[독후감] 아름답고 위대한 방정식, E=mc^2

책 제목	E=mc^2
지은이	데이비드 보더니스
출판사	웅진 지식하우스

아름답고 위대한 방정식, E=mc²

- E=mc² 세상에서 가장 유명한 방정식의 일생을 읽고

 

 앞 서문에서 작가가 밝혔듯이 오늘날, 아인슈타인에 대한 전기는 넘쳐난다. 하지만 이 작가는 특이하게도 ‘아인슈타인’이 아닌, ‘E=mc²'에 대한 전기를 썼다. 이 책에는 아인슈타인뿐만 아니라 ’E=mc²'이라는 식을 더 완벽히 하기 위해 노력을 한, 또는 이 식의 기초를 발견한 여러 과학자가 나온다. 일반적인 다른 책들과 달리, 아인슈타인이 아닌 E=mc²에 대한 전기를 썼기에 특이해서 더 끌렸던 책이었던 것 같다.

 이 책은 E=mc²의 전기답게 E=mc²을 마치 사람에 비유하여 탄생, 유년시절, 성년시절, 영원한 삶으로 구분하여 설명하고 있다. 탄생과 유년시절 사이에 E=mc²의 조상들의 이야기도 나온다.

 처음 ‘탄생’을 보겠다. 아인슈타인은 학생 시절 공부를 눈에 띄게 잘하는 것이 아니었다고 한다. 항상 공부는 안 하고 시험이 다돼서야 친구의 공책을 빌려 벼락치기를 일삼았다고 한다. 겨우겨우 친구의 도움으로 특허청에 들어가서 짬짬이 연구를 이어갔다고 한다. 나는 이런 생각을 해보았다. 과연, 나였으면 이 두 가지 일을 모두 해낼 수 있었을까? 내 대답은 NO이다. 퇴근 시간이 되면 모든 과학도서관은 문을 닫았다 하니, 특허청 업무만 해도 일이 산더미 일 텐데 다른 것을 연구하는 것도, 아니 눈길조차도 줄 시간이 없었을 것 같다. 이런 상황 속에서도 생각하는 것을 멈추지 않고, 그 생각 속에서 깨달음을 얻은 아인슈타인이 존경스러울 따름이다.

 나는 이 책의 가장 특이한 점은 이 부분이라 생각이 든다. 바로, E=mc²의 조상들에 대한 이야기이다. E=mc²의 조상이라 하면, E(에너지), =(등호), m(질량), c(빛의 속도), ²(제곱) 정도라고 볼 수 있겠다. 이 책에서는 식의 각각의 요소들의 탄생과정을 설명해주고 있어서 특이했다.

 여러 가지 힘들이 서로 무관하다 생각했고, 이 모든 다양한 힘들을 아우르는 ‘에너지’라는 개념이 없던 시절, 제책공이었던 마이클 패러데이가 있었다. 패러데이는 험프리 데이비 경의 강의를 듣게 되었는데 그 강의를 열심히 듣고, 메모한 뒤 책으로 잘 엮어서 데이비한테 보냈다. 그 후 책을 본 데이비는 패러데이를 연구실 조수로 뽑았다고 한다. 데이비는 패러데이의 잠재력을 보았던 것인가, 패러데이는 한 실험으로 과학계를 뒤흔들게 된다. 패러데이의 전동기 실험으로 서로 다른 에너지가 하나로 연결되어 있다는 발견을 시초로 과학계에서 끊임없는 연구로 별개로 보이던 힘들이 연결되었다. 한 사람의 연구 실적이 그 당시의 과학계를 뒤흔들었다는 게 대단하다고 느껴진다. 비록 자신의 종교관을 대입(?)하여 실험해 우연히 발견해낸 것이지만 그런 생각을 했다는 것이 얼마나 대단한가! 나는 패러데이가 없었더라면 아인슈타인도 없었을 거라 생각한다. 아마 패러데이가 이러한 발견을 못 했더라면 에너지라는 개념의 발견이 늦어져 모든 과학발전이 늦어졌을 거라 감히 예상한다. 한 사람의 발견이 과학을 엄청나게 발전시켰다는 것이 신기할 따름이다. 이것이 바로 'E(에너지)’가 탄생하게 된 배경이다.

 다음으로는 c(빛의 속도)의 역사를 다뤄보겠다. 빛의 속도 c는 ‘빠르다’라는 뜻의 라틴어인 ‘Celeritas'에서 유래된 것이다. 빛의 속도를 측정해보겠다는 생각을 한 최초의 인물은 바로, 갈릴레오 갈릴레이이다. 실험내용은, 두 실험자가 여름날 밤에 1마일쯤 떨어진 골짜기 양쪽에 등불을 들고 선 뒤, 차례로 등불 가리개를 열고, 빛이 골짜기를 건너오는데 거리는 시간을 측정하는 것이다. 빛의 속도는 매우 빠르므로 사실상 실험은 실패했다고 보는 것이 좋을 것 같다. 두 번째로 빛의 속도를 측정한 사람은 바로, 올레 뢰머이다. 목성관측의 세계적인 권위자인 장 도미니크 카시니는 목성의 달인 이오가 5시 27분에 모습을 드러내리라 예측을 하였다. 그런데 이 카시니의 예측을 반박하고 나선 올레 뢰머는 27분에는 아직 빛이 오고 있는 중이며, 5시 37분이 돼서야 이오가 관측될 것이라는 것이다. 관측 결과 뢰머의 예측이 맞았다. 올레 뢰머가 추정한 빛의 속도는 현재의 가장 정밀한 측정값과 매우 비슷하다고 한다. 나는 올레 뢰머의 그 용기에 박수를 보내고 싶다. 오랫동안 목성에 대해 연구해온 그야말로, 목성 관측의 세계적인 권위자였던 카시니에 새파랗게 젊은, 어디서 듣도 보도 못한 뢰머가 나타나서 반박했던 것이다.

 아인슈타인의 방정식이 처음 등장했던 1905년부터 약 30년 동안을 유년시절이라 해보겠다.

 이때 동안 E=mc²이 말하고 있는 압축되고 얼어붙은 에너지가 어떻게 풀려날 수 있는지를 연구하였다. 이러한 연구 끝에 어니스트 러더퍼드는 ‘핵’이라는 존재를 발견하였고, 러더퍼드의 조수인 제임스 채드윅은 ‘중성자’를 발견하였다. 엔리코 페르미는 중성자를 핵 속으로 집어넣는 방법을 고안해 내, 이러한 방법으로 과학자들은 이제 핵 속에 도달할 탐침을 얻었다고 한다. 끝으로, 물질의 깊숙한 구조를 밝혀내고, E=mc²이 말하고 있는 에너지에 접근한 한 여인이 있다. 그녀는 리제 마이트너이다. 마이트너가 발견한 것은 우라늄처럼 넘치게 채워진 핵에다 중성자를 또 집어넣으면 핵이 흔들리다가 결국은 폭발한다는 것이다. 한마디로 핵이 쪼개진다는 것인데, 이것이 문제가 되는 이유는 바로 c² 때문이다. 방정식에 의하면 질량이 단순히 에너지로 바뀌면서 c²에 의해 1,200,000,000,000,000,000배로 커진다는 것이다. 이는 거대한 에너지를 낼 수 있다는 것이고, 이것이 점차 발전하여 이 세상에 나타나서는 안 될 원자폭탄이 생겨났다. 이 부분을 읽으며 어떻게 보면 과학발전이 우리에게는 이로움을 주는 것만은 아니라고 생각이 들었다. 이 위험한 발견으로 한 나라를, 한 도시를 날려버릴 수 있는 ‘원자폭탄’이 만들어졌고 이로 인해, 많은 사람에게 불행을 안겨주었다. 만약 이 발견이 조금 늦어져 사람들이 독재, 세계 정복과 같은 생각을 하고 있지 않을 시기에 만들어졌다면 과연 그동안 원자폭탄으로 앗아간 죄 없는 사람들을 살려낼 수 있지 않았을까? 과학의 발전은 빠르게 진행되는 만큼 더욱더 무서워지는 것 같다.

 E=mc²의 성년 시절은 가장 무서운 시기인 것 같다. 책의 내용에 따르면 아인슈타인이 미국 대통령에게 매우 위험한 일이 벌어질 수 있다고 경고를 했다고 한다. 그 방정식을 만든 아인슈타인마저 방정식의 위력을 무서워했던 것 같다. 나라마다 원자폭탄을 만드는 방법에는 조금씩 차이가 있다. 차이가 있다 한들, 원자폭탄은 원자폭탄이다. 이 책의 199~200쪽에는 일본에서 원자폭탄이 터졌을 당시 사진이 기재되어 있는데, 옛날에 히로시마 원자폭탄에 대한 영상을 보았던 기억이 났었다. 그 당시 영상을 보면서도 조금이나마 원자폭탄의 위력을 느낄 수 있었는데, 이 책에 서술된 원자폭탄의 위력을 읽으면서 더욱더 두려웠다. 정말 원자폭탄은 세상에 나타나서는 안 될 그런 무기였던 것 같다.

 영원한 삶에서는 E=mc²를 더 넓게 발전시켜 우주, 심지어 우리가 사는 일반 가정까지 진출한 사례를 설명하고 있다.

 위대한 방정식의 역사에 대해 읽는다는 것은 감사한 일인 것 같다. E=mc² 책을 읽고 E=mc²에 대해 더욱더 알게 돼서 좋았던 계기 인 것 같고, 이 책을 물리학에 관심이 많은 친구에게 꼭 추천하고 싶을 정도로 재미있었다.