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데이비드 보더니스의 E=mc2을 읽고
E=mc2
인류 역사상 가장 위대한 공식에 대한
숨겨진 이야기-
현대의 가장 선구적 천체물리학자로 인정받는 스티븐 호킹마저 피하지 못했던 식이 있다. 그가 ?시간의 역사? 저술을 시작할 때 일반 대중이 어려워하는 수식을 절대 쓰지 않기로 결심했다고 한다. 하지만 그는 결국 그 결심을 지키지 못하고 한 수식을 쓰게 되었다.- 그것이 e=mc^2이다.
“질량이 속도의 터널을 지나면 거대한 에너지로 전환된다.”
독일의 여성 과학자 리제 마이트너의 말로 e=mc^2를 직관적으로 가장 잘 표현한 말이다. 에너지, 질량, 빛의 속도- 이세가지 사이의 관계를 나타내는 이 법칙은 현대 물리학의 역사를 그대로 담고 있는 물리 법칙의 결정체라고 할 수 있다.
1905년 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표할 당시 그 자신은 물론 어느 누구도 상상치 못했던 파괴력을 가진 핵폭탄…(생략)
보된 연구로 나갈 수 있는 문-그 이전엔 굳게 자물쇠로 잠겨져 아무도 들여다 볼 수 없었던 그- 문을 열어 주었다.
그리고 mass를 뜻하는 M이란 기호는 아이작 뉴턴에 의해 1600년대 말에 정립돼었다.-모든 물질은 질량이라는 속성을 가지고 있으며 그것이 물질의 운동에 영향을 끼친다는 사실을 말이다. 또한 빛의 속력- 670,000,000mph- 300,000km/s 는 카시니와 뢰머, 패러데이와 맥스웰을 통해 결과적으로 그 유명한 맥스웰의 전자기이론의 방정식을 통해 정립되었다. 이들 모두 아인슈타인이 e=mc^2란 공식을 이끌어내는데 일조한 ‘일등공신’인 셈이다.- 물론 샤틀레와 볼테르의 가슴 아픈 사랑을 통해 얻어난 ^2 의 역할 또한 결코 무시할 수 없을 것이다.
아까 전 예를 들었듯이 태양의 에너지원도 이 식으로 설명할 수 있다. 태양에서 일어나는 핵융합은 수소 4개가 모야 헬륨 한개를 만드는 과정인데 이때 질량이 1+1+1+1=4 가 아닌 1+1+1+1=3.993 이 되므로서 나머지 0.007의 질량이 빛의 속도의 제곱과 곱해져 우리 인류의 에너지원이자, 지구를 살아가게 해주는 - 가장 적당한 양의 에너지를 발생시켜 주는 것이다. 여기서 0.007이란 이 수가 적은 숫자로 보이지만 태양은 초당 400만톤이 넘는 수소를 연소시킨다는 것을 상기했을 때엔 결코 작은 양이 아니다. - 지구의 70퍼센트가 바다로 되어있다고 가정했을 경우 태양이 1초동안 생성하는 에너지의 양은 그 바다에 있는 물들을 모조리, 하나도 남김없이 다 기화시켜버리고도 남을 정도다.
저 이야기에도 아직 e=mc^2란 식의 위력을 실감하지 못했다면 다른 방법이 하나있다. 1945년 8월 6일 오전 8시 16분 일본 히로시마 9km상공에서 B-29 전폭기가 투하시킨 23kg짜리-20대 남자들의 평균몸무게의 삼분의 일이 겨우 조금 넘는 무게밖에 되지 않되는- 농축 235-우라늄 폭탄이 온 몸을 바쳐가며 보여준 전례이 있지 않는가. 세로 3미터, 가로 0.76미터 크기의 폭탄이 고도 560미터에 이르렀을 때 전기 충격이 코르다이트를 점화한 후 농축된 우라늄 중 일부가 총신 안으로 밀려들어가 약 1.2미터를 이동한 후 남아있는 우라늄 덩어리에 충격을 가해 돌진해가는 중상자는 핵에 박혀서 핵의 균형을 깨고, 서로 밀치면서 핵을 비틀거리게 한다. 이때부터 양성자가 띠고 있는 전기 때문에 입자들이 서로 밀어내게 되면서 깨어진 파편이 우라늄의 다른 부분을 향해 질주해 부딫치고 연쇄반응을 일으키면 단 2개이던 중성자 파편은 순식간에 4개,8개,16개로 계속 증가해 100만분의 1초안에-그러니까 폭탄이 2.5센치미터정도 내려갔을때- 중성자 방출의 기하급수적 증가가-정확히 2배가 되는 과정을 80번이나 더 거치고 나서- 끝이 나고 질량이 원자 내에서 ‘사라지면서’ 질주하는 중성자 파편이 에너지로 분출된다.- 바로 이게 e=mc^2의 과정인 것이다!- 이 에너지들은 2-3초간 우라늄 주위의 강철 템퍼를 통과하면서 있는 힘을 다해 자신을 ‘비워내기’시작한다-즉 열에너지를 내뿜는 것이다.-
이렇게 원자폭탄의 위력이 증명했듯이, 하나 재미있는 사실이 있다. 내가 지금 쓰고 있는 글 모두 합친 것에 담긴 잉크와 종이 물질이, 아니 방금 전에 찍은 ‘,’하나에 담긴 잉크와 종이물질만이라도 순수한 에너지 형태로 바뀔 수만 있다면 이는 거대한 폭발을 능가하는 엄청난 질량의 에너지 위력을 보여줄 것이다. 1905년 발표당시 비웃음을 사기도 했던 이 공식이 수많은 현실세계의 법칙으로 증명되면서 그 이후엔 어느 누구도 예상치 못한 무수한 그리고 우연적 사건들의 갈림길을 만들었을 것이다.-그 중 하나가 진주만 습격의 성공으로 시작해 절대지지 않을것만 같았던 일본의 무조건 항복이다.-
이렇듯 세상에서 가장 유명한-하지만 이해하기 가장 난해한 공식인 e=mc^2의 전기(傳記)는 나에게 신선한 충격으로 다가왔다. 이런 책의 저자가 누구인지 궁금해 알아보니- 책의 저자인 데이비드 보더니스는 놀랍게도 물리학 전공자가 아니었다. 옥스포드 대학에서 지적 역사의 연구조사법을 오랫동안 가르쳐온 그는 "상대성 이론의 모든 것을 담은 또 하나의 해설서를 쓰거나 그동안 지겹도록 많이 씌여진 아인슈타인의 전기를 또 하나 보태는 대신" 세상에서 가장 유명한 공식인 "E=mc2의 전기(傳記)"를 쓴것이라고 한다. 공식 하나를 하나의 역사적 인물을 다루듯이 묘사해나가며 내게 전율을 흐르게 한 이 참신한 설정의 대중과학서는 유명한 영화배우인 카메론 디아즈의 인터뷰로부터 시작되었다고 한다. “프리미어”란 잡지와의 인터뷰 중 기자가 인터뷰를 끝내면서 디아즈에게 궁금한 것이 있으면 물어보라고 하자 “글쎄요, E=mc^2가 도대체 무슨뜻이죠?” 라고 하고 둘 다 웃음을 터뜨렸다. 디아즈는 “농담이 아닌데..” 하고 말끝을 흐렸다. 이를 읽은 보더니스는 디아즈의 경우처럼 많은 사람들이 그 공식이 매우 중요하다는 것은 알고 있지만 그 의미를 제대로 이해하는 사람은 거의 없다는 것을 알고 이 책을 쓰기 시작했다고 한다.-담긴 엄청나게 많고 대단한 의미에 비해 매우 당황스럽게, 황당하게도 턱없이, 정말 어이없을 정도로 너무나 짧은 식 e=mc^2를 설명해 보려고 말이다.
사람들은 너무나 어려운-그래서 이해하고 있는 사람이 거의 없는, - 한 기사에 따르면 그 이론을 이해하고 있는 사람은 전 세계를 통틀어 10명 남짓하다는- 고차원적인 과학이론을 과학과 전혀 관련 없는 순진한 여배우가 물어보았다는 사실에 코웃음을 칠지도 모른다.
하지만 여기서 내가 하나 장담할 수 있는 것이 있다. 그렇게 자신만만하게 코웃음 치는 그들은 모두 e=mc^2가 뭐지라는 의문을, 디아즈와 정확히 같은 의문을 갖은 “디아즈”들에 불과하다는 것이다. 공부를 잘하게 도와준다는 집중력 향상프로그램의 이름이자. 천재들을 총칭하는 말이며, 심지어는 머리가 좋아진다는 우유의 상표로까지 쓰이는 그 이름-『아인슈타인』- 그가 만든, 보는 이로 하여금 당황스러울정도로 짧지만 공식이 갖는 그 의미를 안다면, 우주자연의 본질을 약간은 안, 진정 ‘한가닥쯤’ 하는 사람이라고 볼 수 있기에.- 또한 진정 ‘한가닥쯤’ 하는 사람은 코웃음치지 않을 것을 알기에 말이다.
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