이상한 성격의 저는 또 매일 매일 과학에 관한 글을 찾아읽게 되겠지요?
(무슨 일에 관심이 가면 그것에 대해 거의 매일 광적인? 에너지를 넣어서
해보게 되는 것이 이상한 성격인 셈이지요)
그래서 아침에 한겨레 신문에 들어가서 아인슈타인 따라잡기란 제목의 글을
몽땅 다 읽었습니다.
그리곤 도서관 홈페이지에 한꺼번에 올려 놓았는데
그래야 다음에도 한 번에 클릭해서 다시 읽어볼 수 있을 것 같아서요.
함께 읽어보실래요?
과학 문맹에서 벗어나자고 마음을 먹고
어제부터 신문에 이미 연재된 과학기사들을 찾아서
읽어보고 있습니다.
아무래도 신문은 대중을 상대로 쓰는 글이라
조금 쉽게 접근해서 이야기를 풀어갈 것 같아서요.
특수 상대성 이론 등장 이후 과학무대 ‘시공간’ 으로 확장
특수 상대성이론 발표 100돌을 맞는 올해 ‘2005년 세계 물리의 해’를 맞아, 현대 물리학의 출발을 알린 아인슈타인의 과학이론을 풀어보는 김성원 교수의 테마칼럼을 일곱 차례에 걸쳐 격주로 연재합니다.
‘공간+시간=시공간’? 마치 무슨 수학 공식과도 같은 이 관계는 아인슈타인의 상대성이론에서 가장 중요한 핵심 개념들 가운데 하나다. ‘시공간’의 상대성은 곧 ‘공간’의 상대성과 ‘시간’의 상대성이 합쳐진 개념이다.
상대적 거리란 떨어져 있는 두 사람, 예컨대 철수와 영희 사이의 거리를 가리킨다. 상대적 속도란 철수와 영희 사이의 상대적 거리가 달라지는 변화율을 뜻한다. 다른 말로, 두 사람의 빠르기 차이, 곧 한 사람의 속도에서 다른 사람의 속도를 뺀 것과도 같다.
상대성이론에서는 이런 상대 속도를 지니고 움직이는 두 사람 사이에 벌어지는 상황을 설정하고 말한다. 서로 다른 상대 속도로 움직이는 두 사람이 바라보는 세상을 설명하자는 것이다. 두 사람은 같은 하나의 세상을 각각 다르게 볼 것이며, 다르게 보는 것들 사이에 있는 관계가 상대성이론이다.
아인슈타인이 특수 상대성이론을 발표한 1905년 이전까지, 과학자들은 공간의 상대성만 인정하고 있었다. 이들이 말하는 공간의 상대성이란 서로 다른 속도로 움직이는 두 사람이 어떤 한 장소에 대해 그 위치를 다르게 측정하게 됨을 뜻한다. 물론 기준점은 같지만, 속도 차이 때문에 두 사람의 공간에 대한 개념은 상대적일 수밖에 없다. 예를 들어 비행기를 탄 사람과 걸어가는 사람에게 남산~시청의 거리는 속도 차이로 의한 이동거리 만큼 분명히 달라 보인다.
그러나 아인슈타인은 여기에 시간의 상대성까지 도입한 것이다. 공간만으로는 부족하다고 생각했는지 시간까지도 서로 다르게 움직이는 두 사람에게는 상대적인 양으로 간주했던 것이다. 예를 들어 다른 속도로 움직이는 두 사람이 측정하는 1초의 길이는 미세하게 다르다. 어떤 사람이 1초라고 측정한 동안에 다른 사람에게 그 같은 시간은 1초보다 길어지거나 짧게 측정된다. 일반적으로 그 차이는 극히 작지만 두 사람 사이의 상대 속도가 클수록 그 효과는 크다. 만일, 빛 속도의 60% 빠르기로 로켓을 타고 날아가는 사람이 0.8초마다 정보를 보내면 지구에 있는 사람은 그 정보를 1초마다 받게 된다.
따라서 시간마저도 상대적인 양이 돼버린 상대성이론에서는 공간과 시간이 서로 따로 존재하는 게 아니라 함께 뒤섞여 구별하기는 불가능해진다. 그래서 3차원 공간에다 시간의 차원을 묶은 4차원의 ‘시공간’(spacetime)이라는 개념이 도입되었다.
공간에서 위치를 지정할 때에는 앞뒤, 왼쪽과 오른쪽, 위아래의 세 방향에서 위치에 대한 3개의 정보가 필요하다. 그리고 시간에서의 위치에 대한 정보는 시각이다. 친구와 약속할 때에 분명히 “내일 10시에 마포 ㄱ빌딩 커피숍에서 만나자”고 시각과 장소를 지칭하는 시공간의 특정 지점을 정해야 한다. 우리는 이처럼 4차원의 시공간에 살고 있다. 특수 상대론 이전까지는 물체라는 배우가 운동이라는 연극을 공연하는 과학의 무대가 ‘공간’이었다면, 아인슈타인 이후에 그 공연무대는 ‘시공간’으로 바뀌었다고 하겠다.
김성원 이화여대 교수·과학교육과 sungwon@ewha.ac.kr
현대 과학 대표공식 E=mc² 물질→에너지 변환가능 증명
아인슈타인의 상대론을 대표하는 공식을 하나 들라면 대부분 ‘E=mc²’을 꼽을 것이다. 복잡한 과학 공식을 등장시키지 않은 스티븐 호킹의 저서 도 유일하게 이 공식만은 썼다는 일화는 유명하다. 그만큼 이 공식은 아인슈타인의 과학 뿐 아니라 현대 과학을 대표한다.
아인슈타인은 시간과 공간 뿐 아니라, 질량도 상대적인 양으로 해석할 수 있음을 깨달았다. 시간과 공간이 관측자들의 상대적 관계에 따라 달라질 수 있는 것처럼, 질량마저 상대적이라는 것이다. 아인슈타인이 깨달은 질량은 어떤 것일까.
일반적으로 질량은 물체가 지닌 고유의 양으로 무게를 정하는 기본 물리량이다. 상대론이 나오기 이전에는 질량이란 변할 수 없는 물리량이었다. 그러나 아인슈타인의 상대론에서는 움직이면서 물체를 관측할 때에 질량은 원래보다 늘어나게 된다. 게다가 아인슈타인은 그 물체의 질량에 에너지가 담겨 있음을 과학 이론으로 밝혀냈다. 이 개념은 그동안 물질계를 바라보던 과학의 관점에 커다란 변혁을 가져왔다.
아인슈타인 이전까지는 물체가 움직일 때에만 운동에너지를 가지며 그 값은 물체의 질량과 속도로 결정된다. 당연히 정지 때엔 에너지가 없다. 하지만 상대론에서는 정지 물체에도 '정지질량’의 에너지가 주어지며, 이것은 운동하든 정지하든 물질과 에너지는 서로 바뀔 수 있음을 증명한 것이다. 공식 ‘E=mc²’은 에너지(E)가 곧(=) 질량(m)이라는 관계를 표현한 것이다. 그 에너지의 값은 질량에 빛속도의 제곱(c, c=30만㎞/초)을 곱한 것이기에 엄청나다. 예를 들어 1g의 물질을 아인슈타인 공식으로 에너지로 바꿔보자. 그 에너지의 양은 한 달에 300㎾(킬로와트)의 전력을 쓰는 1천가구의 1년치 전력량과 맞먹는 어마어마한 값이다.
하지만 모든 물질이 단번에 에너지로 바뀌는 것은 아니다. 이런 변환을 이용한 대표 사례가 바로 ‘핵 반응’이다. 핵 반응은 우라늄처럼 무거운 원소의 핵이 쪼개지는 핵분열과, 수소처럼 가벼운 원소들의 핵이 합쳐져 무거운 핵이 되는 핵융합으로 나뉘는데, 두 핵 반응에선 모두 작은 질량의 변화가 일어난다. 이 때 사라진 질량은 그저 사라지는 게 아니라 엄청난 ‘핵 에너지’로 바뀌어 나타난다.
제2차 세계대전 직전인 1938년, 독일에서 핵폭탄의 원료인 우라늄을 순수 분리하는 데 성공하자 아인슈타인은 이듬해 동료 과학자들과 함께 당시 루즈벨트 미국 대통령한테 원자폭탄의 가공할 파괴력에 대한 경각심을 적어 편지를 보냈다. 편지를 받은 루즈벨트는 연구개발 예산을 마련하고 대규모 연구팀을 꾸려 원자폭탄을 개발하고 실제 사용하기에 이르렀다. 당시 아인슈타인은 원자폭탄이 대량파괴의 목적이 아니라 그저 다른 나라들에게 보여주는 목적으로 사용되기를 바랐다. 결과는 그렇지 못했다. 그는 편지에서 다른 사람과 함께 서명했음을 크게 후회하고 평화주의자로서 반전운동을 적극 펼친 것은 잘 알려진 사실이다.
김성원 이화여대 교수·과학교육 sungwon@ewha.ac.kr
휘어진 시공간 따라 물체 운동 상대 가속도 개념 도입해 설명
시공간의 절대성을 포기하고 그 상대성을 발견한 아인슈타인의 1905년 특수상대론은 기존의 이론과는 전혀 다른 모습을 보여주었다. 여기에서 얻은 것 가운데 아주 중요한 것은 빛이 제일 빠르며 어느 물체라도 빛의 속도보다 더 빠를 수는 없다는 것이다.
아인슈타인은 이렇게 속도의 한계가 있는 특수 상대성이론으로는 중력을 설명할 수 없음을 알았다. 이전까지 중력은 뉴턴의 만유인력의 법칙에서 정의되는 힘이었다. 질량을 가진 두 물체들 사이에 작용하는 힘이다. 두 물체는 동시에 힘이 작용하며 그 힘이 작용하는 속도는 무한대이다. 따라서 뉴턴의 중력이론은 속도에 제한을 두는 아인슈타인의 특수 상대론과는 모순이 된다. 어느 물체라도 빛의 속도를 능가할 수 없다는 결과와 맞지 않기 때문이다.
아인슈타인은 중력을 설명하기 위해 특수 상대론을 확장해야 했다. 이 상대론을 조금 더 일반 법칙으로 확대하는 작업에 착수했다. 10여년 동안 여러 번의 시행착오 끝에 드디어 특수 상대론을 확장한 일반 상대성이론을 완성했다.
상대론은 서로 다른 속도로 움직이는 두 물체 사이의 관계에 대한 이론이다. 움직이는 두 사람이 상대방을 볼 때 생기는 빠르기를 상대속도라 한다. 이 상대속도가 일정한 경우가 바로 특수 상대론이다. 일정한 속도로 멀어지거나 가까워지는 두 사람이 물체의 운동에 대해 어떻게 다르게 설명하는가에 대한 이론이다.
일반 상대론은 특수 상대론에서 다루는 일정한 상대속도의 제한을 없애고 이를 일반화했다. 상대속도가 일정하다는 특수한 조건이 없이 상대속도가 점차 늘어나도록 한다면 가속도가 생긴다. 중력은 일정한 가속도 운동이 일어나는 대표적인 예이다. 지구상의 모든 물체가 떨어지면 중력에 의해 가속운동을 하게 된다. 중력을 도입하기 위해서는 상대 가속도의 도입이 필요했다. 아인슈타인이 이 상대 가속도에서 출발해 일반 상대론을 만들고 그의 중력이론을 완성했다.
일반 상대론에서는 ‘등가의 원리’라는 것이 있다. 이는 물체에 작용하는 중력과 관성력의 구별이 필요 없으며 물체의 운동으로 중력이 생긴다는 의미이다. 관성력이란 물체가 가속운동을 할 때 나타나는 것으로 달리는 버스가 급정거할 때 버스의 승객들을 앞으로 쏠리게 만드는 힘과 같다. 이 관성력을 중력으로 해석할 수 있다는 것이 등가의 원리이다. 중력이나 관성력이나 다르게 해석할 이유가 없다는 것이다.
그는 이런 물체와 중력의 관계를 시간과 공간을 도입해 해석했다. 그리하여 놀라운 과학이론을 제시한다. 중력은 물체 주위의 시간과 공간을 결정하며, 그 결과로 물체 주위의 시공간은 굽어지고 휘어질 수 있다는 것이다. 그리고 물체가 중력을 받아 운동하는 것을 이 ‘휘어진 시공간’을 따라 움직이는 것으로 이해했다. 엄청난 중력을 지닌 블랙홀 주변에서 시공간이 휘어지며, 거대한 별의 주변을 지나는 빛 입자는 휘어진 시공간을 따라 휘어지게 되는 것을 현대 과학이 이해할 수 있게 된 것은 아인슈타인의 일반 상대론 덕분이다. 아인슈타인은 이처럼 물체와 중력 그리고 시공간 사이의 관계를 정립해 특수 상대론에서 한 걸음 더 나아간 일반 상대성이론의 일반법칙을 정립했다.
김성원 이화여대 교수·과학교육과 sungwon@ewha.ac.kr
시공간 휘어짐 관측 잇따라 블랙홀·웜홀 존재 밝혀지나
뉴턴은 태양계의 행성운동이나 사과가 땅에 떨어지는 현상 모두를 아우르는 만유인력의 보편법칙으로 중력을 설명해 근대 과학혁명을 이끌었다. 아인슈타인은 여기에서 한발 더 나아가 중력에서 시간의 의미를 발견했으며 중력에 의해 시공간이 휘어진다는 사실을 일반 상대성이론으로 규명했다.
이는 상식을 뛰어넘는 파격의 개념이었다. 이전에 생각하던 시공간은 평평한 종이와도 같으며 이 종이를 지나는 빛은 오직 직선을 따라 똑바로 움직일 뿐이었다. 하지만 중력으로 굽어진 곡면 위에서는 빛도 굽어지며 이는 중력의 영향을 받는다는 뜻이다.
‘시공간이 굽어진다’는 개념은 실제 몇가지 사실로 밝혀졌다. 그 하나는 빛이 태양 주변에서 굽어지는 현상을 관측한 것이다. 일반 상대론이 발표된 지 3년 뒤인 1919년 영국 과학자인 에딩턴이 이끄는 과학원정대가 관측해 측정한 일식 관측자료에서 별빛이 휘어짐을 확인하는 데 성공했다. 밤에 보이는 별의 위치와 태양 뒤에 가려지는 낮의 별 위치가 다르다는 것을 일식 순간에 정확히 측정 비교함으로써 일반상대론이 입증됐다.
또 하나의 증거는 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 회전축이 해마다 약간 비틀어지는 정도를 이전 이론으로는 정확하게 설명하지 못했던 것을 아인슈타인의 이론이 설명해냈다.
다른 하나는 중력에 의해 벌어지는 시간의 지연 현상이다. 중력이 클수록 시간은 늘어난다. 예컨대 높은 상공에 있는 인공위성의 시간은 더 큰 중력을 받는 지상의 시간보다 빨리 돌아간다. 이 때문에 지구 위치확인 시스템(GPS)은 이런 중력 차이에 따른 시간 차이를 보정해야 하는데 이게 가능한 것은 아인슈타인 이론의 덕분이다.
무거운 물체의 중력에 의해 시공간이 굽는 극단적인 사례는 바로 ‘블랙홀’이나 ‘웜홀’이다. 블랙홀은 아주 큰 별이 일생을 살다가 스스로 수축해 한 점으로 오그라들어 버린 것을 말한다. 그러면 아주 좁은 영역에서 강한 중력이 작용하기 때문에 주위의 시공간을 심하게 구부려서 빛마저도 빠져나가지 못하게 된다. 모든 것을 잡아먹기만 하고 빛마저도 나오지 못하는 검은 구멍과도 같은 것이 블랙홀이다. 최근 관측결과들은 블랙홀의 존재 가능성이 아주 높음을 보여주고 있다.
시간을 거꾸로 적용한 것이 ‘화이트홀’이다. 블랙홀과 반대로 모든 것을 내어 놓기만 하는 천체인데 아주 불안정하기 때문에 존재하기가 어렵다. 그리고 블랙홀과 화이트홀을 서로 연결한 것이 웜홀이다. 처음에 소개되었을 때에는 이 또한 불안정해서 관심이 적었으나 최근에는 여러 방식으로 웜홀이 연구되고 있다. 아인슈타인의 이론에 따라 상상할 수 있는 이들의 존재 여부는 앞으로 더 밝혀야 할 숙제이다.
시공간이 중력에 의해 휘어질 수 있다는 사실은 그동안 무대에 불과했던 시공간이 이제는 배우가 되어 과학과 자연의 무대에서 역동적으로 춤을 출 수 있게 되었다는 것을 의미한다. 이런 새로운 사고는 인간한테 시공간과 더불어 살아가야 함을 가르쳐주고 있다.
김성원 이화여대 교수·과학교육과 sungwon@ewha.ac.kr
중력과 양자론 하나로 결합 ‘통일장 이론’ 언제나 나올까
‘우리의 소원은 통일!’
서로 갈라진 우리 민족의 염원이며 남북 모임이 끝날 때마다 부르는 지정곡이다. 이 구호를 간절히 외치는 또 하나의 집단이 있는데, 바로 이론 물리학자들이다. 이런저런 이론들을 단 하나의 원리로 깔끔하게 설명할 수 있는 이론이 있다면! 이들은 물리학의 통일 이론인 ‘통일장 이론’의 출현을 간절히 바라고 있다.
아인슈타인은 그의 말년을 통일장 이론을 성공시키려는 일에 보냈다. 1928년부터 본격 연구에 나선 그는 모든 물리학의 상황을 간단하면서도 우아한 이론 하나로 설명하고 싶어 했다. 이 이론에는 완전히 다른 개념들이 포함되며, 시공간 연속체도 모두 같은 법칙으로 설명될 수 있어야 한다는 것이었다. 아인슈타인은 ‘통일장 이론’이라는 말을 처음 만들어내어 전자기력과 중력을 어떤 기본적 장의 다른 표현임을 증명하고자 했다. 그러나 아인슈타인의 시도는 성공하지 못했다.
이런 통일적 해석은 이미 뉴턴의 시기부터 있었다. 뉴턴은 땅바닥에 떨어지는 사과에 작용하는 힘의 법칙이 태양계를 비롯한 천체에 작용하는 힘의 법칙과 같음을 이해했기에 이 중력의 법칙을 ‘만유인력의 법칙’이라는 이름으로 불렀던 것이다. 또한 전혀 다른 현상인 줄로 알았던 전기와 자기의 법칙이 서로 상관이 있음이 밝혀져 맥스웰은 이를 통일된 ‘전자기력’에 관한 식으로 표현했다.
이런 시도는 자연계에 존재하는 기본적인 네 가지 힘(중력·전자기력·강력·약력)을 하나의 이론으로 표현하고자 하는 노력으로 발전했다. 강력과 약력은 핵에서만 작용하는 힘으로서 그 작용 범위가 아주 짧다. 이 통일에 대한 시도는 1969년 전자기력과 약력의 통합을 성공시킴으로써 절정에 이르렀다. 1980년대 많은 물리학자들은 전기약력에 강력까지 합치려는 소위 ‘대통일 이론(GUT)’을 성사시키려고 부단히 노력했다. 이는 적어도 전자기력·강력·약력은 양자론으로 설명할 수 있기 때문에 비교적 통일하기가 쉬울 것이라는 생각이었다.
따라서 어떤 측면에서 통일장 이론은 중력을 설명하는 일반 상대론과 다른 세 힘을 설명하는 양자론의 결합이라고 말하는 학자들도 있다. 즉 중력을 양자화하는 일(‘양자중력’ 이론)에 성공하면 통일장 이론은 거의 다 이룬 셈이다. 그러나 중력은 은하, 우주 같은 거대 규모의 물리학에서나 그 특징이 나타나는 물리학이고 양자론은 소립자나 핵과 같은 미시세계에서 잘 들어맞는 이론이다. 둘을 같은 규모에서 합친다는 일이 쉽지 않음은 당연하다.
최근에 이뤄지는 시도 가운데 가장 그럴듯한 이론이 ‘끈’ 이론과 ‘막’ 이론이다. 소립자들을 끈의 진동이나 막으로 바라보려는 것이다. 고차원에서 중력과 양자론의 결합하려는 시도로서 ‘만물의 이론’(TOE)이라고도 불린다.
모든 것을 조화롭게 단순화하려는 물리학자들의 노력에 대한 종지부를 찍는 시기는 20~30년, 아니 50년까지 걸릴지도 모른다. 우리 민족의 꿈과 이론물리학자들의 소원 가운데 어느 것이 먼저 이뤄질 것인가?
김성원 이화여대 교수·과학교육과 sungwon@ewha.ac.kr
알쏭달쏭 빛의 정체 밝히기
20세기 초 과확혁명 밑거름
어제 19일에는 참으로 의미가 있는 밤을 보냈다. 꽃이 활짝 핀 봄날 밤이 깊도록 빛과 어울려 축제를 벌였다. 2005년 세계 물리의 해를 맞아 한국물리학회의 공식 행사 중 처음 열리는 행사로서 빛이 가지는 의미를 다시금 생각하게 한 것이다. 아인슈타인이 말년을 보냈던 미국의 프린스턴에서 시작한 빛의 릴레이는 하루 동안 지구를 한 바퀴 돌아가는 행사였다. 우리나라에서도 부산에서 받은 빛이 독도를 거쳐 서울로 전송되는 행사다.
아인슈타인은 빛과 아주 가까운 사이였다. 특별히 1905년에 특수상대론을 만들 때에도 소위 광속 불변의 법칙을 가설로 설정하였고 광속을 속도의 한계로 하여 아주 특별한 존재로 삼았다. 또한 같은 해 출판하였으며 노벨상을 받게 한 광전효과에 대한 논문도 광량자설을 뒷받침하는, 빛에 대한 업적이었다.
게다가 일반상대성 이론도 중력과 빛에 대한 이야기를 풀어가면서 만들었다. 뉴턴의 중력이론은 물체가 놓인 순간 만유인력이 동시에 작용하게 되는데 이것은 아인슈타인의 특수상대론과 일치하지 않는다. 바로 빛의 속도가 최고의 속도라는 것에 모순이 된다. 따라서 아인슈타인은 빛이 속도로 중력이 전달되는 이론을 만들었다.
일반상대론에서는 빛에 중력효과를 고려한 것이다. 특수상대론에 의하면 빛의 정지질량이 없어서 중력의 영향을 받을 수 없다. 하지만 아인슈타인은 중력의 영향을 시공간의 곡률로 생각하였다. 따라서 굽은 공간을 따라가는 빛이 중력의 영향을 받는 것으로 해석하였다.
이렇게 모든 물리학자들의 관심과 질시를 한 몸에 받았던 빛의 정체는 무엇인가? 빛이 바로 전기장과 자기장이 진동하여 전파하는 전자기파라는 것이 19세기 중반에 맥스웰에 의해 밝혀졌다. 그러나 파동의 경우 전파할 때 매체가 반드시 필요하다. 수면파의 경우 물이 매체이다. 따라서 당시에는 빛을 전파하는 매체인 소위 에테르의 존재에 관한 것이 주된 논쟁거리였다. 하지만 19세기말에 마이켈슨과 모올리의 실험으로 빛은 매체 없이 전파함이 밝혀졌다. 빛의 속도가 누가 재더라도 일정함을 보여 아인슈타인으로 하여금 특수상대론을 만들도록 계기가 되었음은 잘 알려져 있다.
빛의 또 다른 모습은 20세기 초에 나타났다. 미시세계를 다루는 양자역학적인 입장에서는 빛은 입자와 파동성을 동시에 가진다. 다시 말하면 이중성을 가진 헐크와도 같은 존재인 셈이다. 파동성을 보이는 빛이 불연속적인 에너지 뭉치라는 것이 밝혀지기도 했으며 이 빛의 성질은 20세기 초의 과학혁명을 이루는 밑거름이 된 것이다.
김성원 이화여대 교수(과학교육과) sungwon@ewha.ac.kr
재수생·청년실업 아픔 겪은 아인슈타인도 ‘평범한 인간’
시공간과 우주를 마음껏 주물렀던 20세기의 천재 과학자였던 인간 아인슈타인의 삶과 철학은 지극히 평범하였고 보통사람과의 그것과도 별반 다르지 않았다.
천재 아인슈타인이 1895년 스위스의 취리히공대(ETH) 입학시험에 실패했던 일화는 잘 알려진 사실이다. 이유야 어떻든 그는 대입 재수의 경험을 가지게 되었으며 이 경험은 대학교 졸업 뒤에도 취업전선에서 또 다시 반복되었다. 취업을 하지 못하고 2년여 동안 청년실업자 신세로 지내는 동안 첫아이를 낳고 먹고 살 걱정으로 심적 고통이 심했었다. 그러다가 친구 부친의 소개로 스위스 특허청 사무실 서기직으로 첫 직장 생활을 하기 시작했다. 이 과정은 우리 보통 사람들과 별반 다르지 않았던 그의 젊은 시절을 말한다. 1905년에 그는 상대론 발표 뒤 세간의 주목을 받았고, 1908년부터는 베른에 있는 대학교에 시간강사로서 대학과 인연을 맺기 시작했다. 다음해에 아인슈타인은 특허청을 그만두고 연구와 강의를 계속 하다가 1911년에야 프라하의 카를-페르니난드 대학의 교수직을 얻었고 이듬해에 그가 졸업한 취리히공대의 교수가 되었다. 이는 그가 전문가로서 직업을 얻게 되는 과정도 순탄하지 않고 파란만장했음을 보여주는 예라 하겠다.
이 외에 그의 인간다움을 보여주는 예가 있다. 그는 이론물리학 연구뿐만 아니라 생활과 관련된 것들을 발명한 것으로도 유명하다. 그중 대표적인 것은 소음 없는 냉장고 개발이다. 그는 독일에서 그것을 개발하기 위해 친구인 레오 실라드와 함께 1926년부터 연구를 시작하여 새로운 형태의 냉장고 개발에 성공하였고 1928년까지 여덟 개의 주요 특허를 얻었다. 그의 발명가로서 소질은 뒤에 나침반, 보청기, 광도 자동조정 사진기 등에도 여러 가지 특허를 얻게 하였다.
그의 인간적인 삶은 유대인이라는 독특한 성향으로부터 특징 지워진다. 아인슈타인은 유대교의 가치 안에서 믿고 행동해 왔다. 유대인들은 종교적 전통에서 열심히 일하고 신이 축복하는 삶으로 의미를 만드는 데 모든 노력을 다해왔다. 그도 일에 대한 이러한 가치를 받아들여 일생동안 지적인 노동에 헌신하였으며 죽을 때까지 일과 연구를 계속해왔다. 그는 죽기 전 병상에 있는 동안에도 이스라엘 독립기념일을 위한 연설문을 준비하고 있었다. 그는 사회적인 정의에 대해서도 모든 사람이 성별이나 인종, 종교에 관계없이 평등하다는 생각에 평등과 평화를 실천하고자 하였다. 그가 이러한 맥락에서 세계의 평화를 위해서 반핵운동을 펼친 사실도 잘 알려져 있다.
아인슈타인은 바이올린을 연주를 즐기는 등 예술을 이해했고 세계 평화를 위해 노력했을 뿐만 아니라 재수생과 청년실업자로서의 평범한 삶을 살기도 했다. 이혼과 재혼을 경험하고 발명가로서 많은 일을 하기도 하였다. 평범하면서도 독특한 삶을 살았던 ‘인간 아인슈타인’은 우리와 함께 같은 세상을 살았던 사람인 것이다.
김성원 이화여대 교수(과학교육과) sungwon@ewha.ac.kr
아인슈타인 따라잡기라는 이름으로 쓰여진 글들인데요
이번 글만 필자가 다르네요.
일요일 아침 트럼펫 협주곡을 틀어놓고
읽어보는 아인슈타인
아직도 알쏭달쏭한 점이 많지만 그래도
한 가닥 잡히는 가락이 있어서 즐거운 시간입니다.
과학자 사회적 책임 고민한 아인슈타인 모습 조명되길
올해는 알베르트 아인슈타인이 특수 상대성이론을 처음 발표한 지 꼭 100년이 되는 해이다.
1905년 아인슈타인이 잇달아 발표한 물리학 논문들은 20세기 과학의 진로를 혁명적으로 바꾸어놓은 것으로 평가된다. 이에 따라 국제연합(유엔)은 아인슈타인의 특수 상대성이론 발표 100돌을 기념해 올해를 ‘세계 물리의 해’로 지정했다. 우리나라 역시 과학기술부가 올해를 ‘물리의 해’로 지정하였고, 한국물리학회 등 과학자단체들도 올해에 아인슈타인과 상대성이론을 기념하는 대규모 과학전시회와 강연회 등 행사들을 열 예정이라고 한다. 여러 언론매체들도 아인슈타인의 난해한 물리학 이론들을 대중에게 쉽게 풀어 소개하는 데 열심이다.
아인슈타인을 통해 물리학에 대한 대중의 이해를 높이고자 하는 이러한 시도들은 일반 대중에게 어렵고 멀게만 느껴졌던 물리학에 대중이 가깝게 접근할 수 있도록 한다는 점에서 나름의 의미를 지니는 것으로 평가할 수 있다. 그러나 나는 ‘물리의 해’를 맞아 여기저기에서 등장하는 아인슈타인에 대한 소개나 묘사가 순수 과학자로서 아인슈타인의 위대함만을 부각하는 데 그치고 있음을 안타깝게 생각한다.
물론 아인슈타인은 세상을 뒤바꾼 위대한 과학자였다. 그러나 동시에 그는 사회 속에서 과학의 역할과 과학자의 사회적 책임에 대해서도 치열하게 고민하고, 경우에 따라서는 적극적 행동도 불사한 사회운동적 과학자의 모습도 지니고 있었음을 기억해야 한다.
아인슈타인은 독일의 파시즘에 적극적으로 항거하였고, 인류를 절멸에 빠뜨릴 수도 있는 핵무기에 반대하였으며, 매카시즘과 같은 반지성적 국가폭력에 맞서 싸웠다. 또한 그는 자본주의의 비윤리성을 통렬하게 고발하기도 했다. 아인슈타인에게 이러한 사회적 활동들은 과학활동과 동떨어져 있는 것이 아니고, 과학의 사회적 책임에 대한 고민 속에서 나왔던 것이다.
과학의 사회적 책임에 대한 그의 생각은 핵통제 평화주의 운동에 대한 그의 헌신에서 가장 잘 드러난다. 그는 과학자는 연구만 하면 되고, 그 결과물에 대한 이용은 정치가의 몫이라는 전통적 이분법에 반대하고 과학자도 자신의 연구가 초래할 결과에 대해 사회적 책임감을 느껴야 한다고 생각하였다.
1955년에 핵무기로 인한 인류 절멸의 위기 상황에서 세계의 과학자들이 함께 모여 해결책을 찾아보자는 이른바 ‘러셀-아인슈타인 선언’에 그가 앞장서서 서명하였던 것은 바로 이런 이유였다. 이런 ‘러셀-아인슈타인 선언’은 2년 뒤에 과학자의 사회적 책임을 강조하는 평화주의 과학자단체인 ‘퍼그워시’(Pugwash)가 탄생하는 데 결정적인 구실을 하였다.
나는 우리나라에서 ‘물리의 해’를 맞아 올해 전개될 다양한 아인슈타인 관련 행사들에서 과학과 사회의 관계에 대해서도 치열하게 고민했던 위대한 과학자 아인슈타인의 또 다른 모습이 충분히 조명되기를 기대한다.
이영희 가톨릭대 교수·과학사회학 leeyoung@catholic.ac.kr
백석동에서 벌어진다는 빛의 축제가 그러고보니
물리학의 해에 하는 행사인가요?
아는 사람이 있다면 간단한 소개 부탁드립니다.
도서관에는 이렇게 맨 글만 올려 놓았는데
옮기다 보니 그림 몇 점 함께 올려 놓고 싶어서 뒤적여서 보고 있는 중입니다.
바로 위의 두 작품이 화가는 다른데 제목이 둘 다 천상의 소리이네요.
우연히 만난 남관의 삐에로입니다.
2003년 키아프에서 보고 있는 그림들인데요
후앙 미로입니다.
이제 정말 자리에서 일어나야 할 시간입니다.
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