상대성 이론의 참 뜻을 읽고 상대성 이론의 참 뜻을 읽고…

상대성 이론의 참 뜻을 읽고…
지은이 : 러셀 버트런드
출판사 : 사이언스북스
상대성이론이란..
상대성 이론의 본질은 무엇일까? 그것을 단순한 물리학적 의미만 가진 것일까? 내 생각에는 `일`과 같이 우리가 실생활에서 쓰는 말의 의미와 물리에서의 의미가 다른 말이 많은 것처럼 `상대적`이란 말의 의미도 일상적인 의미와 아인슈타인이 말하고자 했던 의미 사이에는 어떤 차이점이 있을 것이라는 생각이 든다. 그 차이를 알고 싶어 이 책을 읽게 되었다. 그 차이가 무엇이라고 확실하게 말하기는 어렵겠지만 뭔가 차이가 있다는 점은 느낄 수가 있었다.
책의 서두에 우리가 이론을 이해하고 자연 세계의 참된 모습을 받아들이기 위해서는 촉각이나 시각 등에 의한 고정된 관념을 마땅히 버려야 한다고 하였다. 사실 이 점이 상당히 어렵다. 나는 학교에서 전공을 물리를 택했고, 일년동안 물리가 아닌 다른 과목을 하…(생략)

이다, 그러므로 그 어떤 것도 절대적인 운동은 없다` 라는 것이다. 예를 하나 들어보자. 내가 학교에서 집으로 차를 타고 왔다고 생각해 보자. 일반적으로 나와 차가 이동하여 집으로 왔다고 생각하지 도로가 움직여서 집이 나에게로 왔다고 생각하지 않는다. 하지만 뒤의 생각이 틀린 것이 아니다. 이것은 단지 기준이 되는 좌표계를 어떤 것으로 잡느냐의 문제이다. 특수 상대성 이론에서 많이 나오는 길이 줄어듬이나 시간 늘어남과 같은 사건은 이 좌표계를 광속에 가깝게 움직이는 좌표계로 바꿀 때 일어나는 것이다.
상대성 이론에는 빛의 속도나 시공간에 관한 이야기가 많이 나온다. 내가 가장 어려워한 부분인 동시에 가장 관심 있고 흥미롭게 생각한 부분으로 여기서도 흥미를 갖고 읽게 되었다. 책에는 빛에 관한 패러독스같은 것이 많이 나온다. 그 중 하나를 들어보겠다.
"에스컬레이터를 탔을 때, 그 위에 서있는 것보다 그 위에서 걸어 올라갈 때 더 빨리 꼭대 기에 도달한다. 하지만 만일 에스컬레이터가 빛의 속도로 움직인다면 그 위에 서 있든 그 위를 걸어 올라가든 간에 정확히 똑같은 시간에 꼭대기에 도달하게 될 것이다."
정말 머리 속을 자극시키는 문제가 아닐 수 없다. 이 문제에 대해서 생각을 해 보았다. 일단 이런 경우가 존재 할 수 없을 것이라는 생각이 들었다. 특수상대성의 원리에 나오는 식 중에 질량에 대한 식을 볼 때 속력이 광속이 되면 그 물체의 질량이 무한대가 되기 때문이다. 광속에 가깝게 접근할수록 물체의 질량은 늘어나게 되고 물체의 속력을 증가 시키기 위해 제공하는 에너지 중에서 속도를 증가 시키기 보단 저 유명한 공식 `E=mc^2`에 맞게 질량이 증가하게 되고 광속이 되면 모든 에너지가 질량증가에 들어가고 속력은 증가하지 않는다. 그런데, 그렇다고 해도 질량이 무한대인 물체 위에서의 상대적인 움직임은 상관 없지 않을까.
물론 그렇게 되면 모든 물체는 광속을 넘을 수 없다는 아인슈타인의 공리에 위배되지만.. 어설프게나마 나는 이렇게 결론을 지었다. 광속으로 움직이는 에스컬레이터 위에 있는 사람 역시 광속으로 움직이기 때문에 질량이 무한대가 될 것이다. 그 위에서 사람의 운동 역시 에너지를 줘서 가속시키는 것인데 그 에너지가 모두 질량으로 변하는 것일 것이다.
하지만 역시 의문은 남았다. 분명 상대성 원리에서 모든 운동은 상대적으로 좌표계에 상관없이 동일할 것이다. 그럼 광속인 물체를 광속으로 달리는 좌표계에서 보면? 정지해 있는 물체도 그런 좌표계에서 보면 광속으로 움직이고 있을 것이다. 난 바로 논리적인 모순에 빠져들게 되어 버렸다.
필자가 말한 말에 크게 공감한다.
"우리는 아주 조금밖에 알지 못한다는 것과 그런데도 우리가 아는 만큼 안다는 것은 놀라 운 일이며, 또 그렇게 적은 지식으로도 그만한 능력을 발휘한다는 것은 더욱 더 놀라운 일 이다."
확실히 우리가 아는 것은 너무나 적다. 알고싶은 것도 알아야 할 것도 너무나 많다. 그런 속에서 우리는 살아가고 있고 앞으로 우리가 그 알아야 할 것을 밝혀내야 할 것이다.
상대성 이론. 이 이론은 분명 나에게 많은 변화를 주었다. 살아가며 나타나는 현상들에 이 이론을 접목해 보려고 애쓰기도 한다. 나의 목표는 물리학자이기 때문에 어쩌면 이 이론을 평생동안 연구하며 살아야 할지도 모른다. 이 이론에 대해 좀더 공부해야겠고, 나의 물리적 사고가 더 넓어진다면 다시 이책을 보고 더 많은 것을 깨닫고 싶다.