|
올해는 알베르트 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표한지 100년이 되는 해다. 지금 우리에게 익숙한 우주론ㆍ반도체ㆍ우주탐사기술ㆍ원자력 등은 지난 1905년 아인슈타인이 개척한 현대물리학의 아들들이다. 국제연합(UN)은 이를 기념해 올해를 ‘세계 물리의 해’로 지정했다. 한국물리학회는 21일 오전11시 서울 역삼동 LG아트센터에서 오명 부총리 겸 과학기술부 장관이 참석한 가운데 ‘2005년 물리의 해’ 선포식을 갖는다. ‘세계 물리의 해’는 지난 13일 프랑스 파리에서 유네스코(UNESCO)가 공식 선포했다. 현대물리학 100년을 기념하는 행사들이 국내외 곳곳에서 펼쳐질 예정이다. 일반인에게 아인슈타인은 공식 ‘E=mc²’로 대표된다. 사실 20세기 이후 가장 유명하면서도 이해하기 어려운 이 공식은 지구촌의 모습을 바꿔놓았다. 이 공식으로 인해 시간과 공간의 개념이 바뀌었으며 일본 히로시마에 떨어진 원자폭탄이 탄생했다. 100년전 아인슈타인은 과학역사를 바꾼 세편의 잇따라 논문을 발표했다. ‘E=mc²’로 집약되는 특수상대성 이론(6월), 브라운운동 이론(5월) 광양자설(3월)이 그것이다. 아인슈타인이 1905년 ‘움직이는 물체의 전기동력학에 대해’라는 이름으로 첫선을 보인 공식 ‘E=mc²’는 질량과 에너지가 동등하다는 의미다. 이 공식에서 ‘E’는 에너지를 나타내고 ‘m’은 질량, ‘c²’는 빛의 속도를 제곱한 것이다. 간단히 말하면 질량과 에너지는 존재의 두 가지 형식으로, 에너지는 물질을 해방시켜주고 물질은 준비된 상태로 기다리는 에너지라는 뜻이다. 빛의 속도(29만9,792㎞/s)를 제곱한 c²은 엄청나게 크기 때문에 물질에 갇혀있는 에너지의 양은 그야말로 엄청나다. 우라늄 덩어리가 어떻게 그런 거대한 에너지를 방출할 수 있는가, 별들이 수십억년 동안 불타면서도 꺼지지도 연료가 바닥나지 않는 이유가 설명됐다. 무엇보다도 빛의 속도가 일정하고 절대적이라는 사실을 증명됐다. 어떤 것도 빛의 속도를 넘어설 수 없고 빛의 속도로 움직이는 물체에는 시간이 정지한다. 특수상대성이란 모든 움직임이 상대적(상대성)이며, 속도가 일정한 상태로 움직이는 물체에 제한됐다(특수)는 의미다. 그러면 움직이는 물체가 가속하거나 중력과 같은 장애물을 만나면 어떻게 될까. 아인슈타인이 1917년 ‘일반상대성 이론에 대한 우주론적 고찰’에서 밝힌 내용이 공간과 시간이 관찰자와 관찰대상 모두에게 상대적인 것으로 속도가 빨라질수록 그 차이가 더욱 커진다는 일반상대성 이론이다. 대륙을 횡단한 비행기에서 내린 사람은 출발지에 남은 사람들에 비해 수천억분의1초 정도 젊어진다. 160㎞/h로 던진 야구공이 홈플레이트를 지날 때가 되면 질량이 0.000000000002g 정도 증가한다. 물론 그런 변화는 우리가 느끼기엔 너무나 작다. 그러나 우주에 존재하는 빛, 중력, 그리고 우주자체의 경우는 심각한 결과를 초래할 수 있다. 상대성 이론이 무엇보다도 어려운 것은 시간도 공간의 일부라는 주장이다. 스티븐 호킹의 표현을 빌리면 시간은 3차원공간과 ‘풀어헤칠 수 없도록 서로 얽힌’ 시공간이라는 기묘한 차원을 만들어낸다. 행성과 같은 무거운 질량 근처에서는 빛도 휘어진다. 아인슈타인의 학문적 업적은 다소 난해하고 생소해 우리의 실생활과 관련이 없어 보인다. 하지만 우리가 널리 사용중인 GPS(위성항법장치)는 아인슈타인의 일반상대성 이론에 의해 지상과 위성의 중력차이에 대한 시간 보정이 없었더라면 무용지물이 됐을 것이다. 브라운 운동에 대한 정확한 해석은 우리에게 원자와 분자의 존재를 실험적으로 입증, 나노기술의 세계를 열어줬다. 빛이 파동이면서 여러 종류의 에너지를 가진 알갱이(광양자)로 이뤄졌다는 광양자설은 음주측정기의 기본원리가 되기도 한다. ‘물리의 해’를 기념하는 행사는 전세계에서 1년 내내 계속된다. 가장 눈에 띄는 기념행사는 ‘지구촌 빛의 축제’다. 아인슈타인의 사망일인 4월18일(1955년) 미국 뉴저지주 프린스턴대학교에서 서쪽으로 쏜 레이저빛을 평균 4㎞마다 받아 다음 장소로 되쏘는 ‘빛의 릴레이’가 지구를 한바퀴 돌면서 24시간 동안 펼쳐진다. 한국도 부산에서 서울까지 1시간동안 빛의 봉송행사를 준비하고 있다. 이에 앞서 같은 달 10~14일 국제학술대회가 열린다. ‘물리학 2005년 아인슈타인 이후 1세기’를 주제로 영국 코번트리시 워릭대학교에서 열리는 이 행사에서는 세계 석학 108명이 참석, ▦상대성과 우주론 ▦생물학 속의 물리학 ▦빛과 물질 ▦양자역학 등 현대물리학의 4개 분야를 총정리한다. 국내 행사도 잇따른다. 7월부터 내년 1월까지 국립서울과학관에서 아인슈타인을 주제로 한 전시회가 열린다. 전시는 ▦시간과 공간 ▦빛 파동 및 물질 ▦아인슈타인과 우주 ▦아인슈타인과 예술 등 4가지 주제로 꾸며진다. 국내 물리학자들이 참여, 2월부터 1년간 전국 주요도시에서 아인슈타인의 생애와 업적에서 관한 대중강연이 펼쳐진다. ▷물리의 해 2005 관련 홈페이지
세계 물리의 해 www.physics2005.org 한국 물리의 해 www.physics2005.or.kr(물리학회) 영국 물리의 해 www.einsteinyear.org
