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빛의 속도로 읽어 내리는 아인슈타인의 모든 것

『3분 아인슈타인』

지은이	: 폴 파슨스 Paul Parsons

옮긴이	: 김명남

분  야	: 자연과학, 물리학

형  태	: 160면∣양장

가  격	: 15,000원

발행일	: 2012년 8월 20일

발  행	: 열린책들

ISBN	: 978-89-329-1582-1 (04400)

2012년 7월 4일, 유럽입자물리연구소(CERN)는 힉스 입자로 추정되는 새로운 입자를 발견했다고 공식 발표했다. 힉스 입자는 1964년 영국의 물리학자 피터 힉스가 처음 그 존재를 이론화한 것으로, 우주가 탄생할 당시 다른 물질에 질량을 부여한 뒤 사라진 것으로 여겨지는 물질이다. 과학자들은 우주의 원리를 밝히기 위해 자연의 네 가지 힘을 단 하나의 통일된 이론으로 설명하려 해왔고, 힉스 입자는 이런 통일 이론의 구축에 핵심적인 역할을 하면서도 아직까지 존재의 유무가 실증적으로 밝혀지지 않고 있던, 우주라는 무한한 퍼즐의 마지막 한 조각이었다.

최근에서야 대대적으로 언론에 소개되었기 때문에 이 이론이 우주론에 대한 비교적 새로운 물리학적 접근이라고 생각하기 쉽지만, 사실 통일 이론은 꽤 오래전부터 수많은 과학자들에게 관심의 대상이었다. 그들 중 미국의 한 이론 물리학자는 1920년대에 이미 통일 이론과 관련한 이론적 모형을 제안했다. 하지만 자신의 모형에서 오류가 발견되자, 이후 말년을 온통 통일 이론의 확립에 쏟아 부으며 죽기 직전까지 노트와 펜을 놓지 않았다. 누구나 한 번쯤은 들어봤을 이 물리학자의 이름은 바로 알베르트 아인슈타인이다. 이 책 『3분 아인슈타인』은 오래전부터 알베르트 아인슈타인의 이론과 사상에 매료된 과학 저술가인 폴 파슨스가 써내려간 한 천재 과학자에 대한 간결하면서도 명확한 학습서이자 평전, 그리고 한 편의 다큐멘터리다.

세상에서 가장 유명한 물리학자

비단 최신 화젯거리와 연관 짓지 않더라도, 아인슈타인과 관련한 이야기들은 그의 사후 50년이 훌쩍 지난 지금까지도 우리 주위에 넘쳐난다. 이는 아인슈타인이 현대 물리학에 혁명적인 기여를 했다는 사실을 상기해 보면 당연한 것이다. 특수 상대성 이론에서 도출된 유명한 공식을 제품명으로 사용한 학습 기기가 학생과 학부모들 사이에서 크게 유행하는가 하면, 심지어 그의 이름을 브랜드로 활용한 우유까지 판매되고 있으니, 이쯤 되면 누구나 자신이 아인슈타인에 대해 잘 안다고 생각하게 되는 것도 자연스러워 보인다.

하지만 이러한 현상은 물리학에 대한 일반적인 우리의 관심과 이해의 정도를 생각한다면 다소 이해되지 않는 부분이기도 하다. 곰곰이 생각해 보면 우리가 아인슈타인에 대해 정확히 알고 있는 것이 얼마나 되는지에 대한 의문이 생기기 때문이다. 아인슈타인이 <스위스 특허청>에서 사회생활을 시작했다거나, 그가 발표한 첫 번째 과학 논문이 <틀린> 이론이었다는 것과 같은 사소한 문제는 차치하고서라도, 우리에게 너무도 익숙한, 그래서 아인슈타인을 얘기할 때 항상 함께 언급하게 되는 상대성 이론을 정확히 이해하는 사람이 도대체 몇 명이나 있을까? 게다가 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 구분하고 그 차이를 설명할 수 있는 사람은 또 얼마나 될까? 그러니까 어쩌면 아인슈타인은 그저 사람들에게 유명하다는 이유만으로 유명했던 것일지도 모를 일이다.

우리는 아인슈타인을 모른다

어린 아인슈타인은 <멍청한 아이>라고 불릴 정도로 또래들과 비교해서 말문이 늦게 트였다. 청년이 된 아인슈타인도 현재 우리가 생각하는 이미지와는 사뭇 달라서, 입학시험에서 떨어져 재수생 시절을 겪은 후에야 대학에 들어갈 수 있었고, 대학을 졸업할 때도 성적이 좋지 않아 겨우 꼴지를 면한 수준의 학생이었다. 또한 아스퍼거 증후군을 의심 받을 정도로 독특한 행동 성향을 가진 아인슈타인은 마치 자신의 전공을 십분 활용하는 듯 <우주적> 수준의 바람둥이였으며, 사생아를 둔 아버지였으며, 엉뚱하게도 냉장고로 특허를 딴 발명가이기도 했다. 이처럼 물리학자로서의 유명세에 가려져 있었을 뿐, 천재의 이미지가 걷힌 아인슈타인의 인간적이고 보통의 사람들과 다를 바 없는 면모는 이 책을 통해 어렵지 않게 접할 수 있다.

당시의 아인슈타인은 비틀스를 능가하는 유명 인사였기 때문에, 원치 않는 관심과 함께 온갖 소문과 오해에 시달려야 했다. 아인슈타인은 마치 원자 폭탄을 만든 장본인으로 비춰지지만, 오히려 그는 <평화주의자>였다. 또한 오랜 망명 생활 끝에 성공적으로 미국에 정착한 것처럼 보이지만, <좌파 지식인>으로서 미국의 국가기관과 국민들로부터 오랫동안 사상적인 검증을 받아야 했다. 봉두난발의 장난기 어린 표정 뒤에 가려진 이러한 면모를 접하다 보면, 우리가 진정 아인슈타인을 알고 있었던가에 대한 의심은 점점 커질 수밖에 없다. 이런 의심은 결국, 아인슈타인이 상대성 이론으로 노벨상을 수상한 게 아니라는 사실을 알게 되는 순간, 독자들로 하여금 <사실 우리는 아인슈타인에 대해 잘 모르고 있었다>고 실토하게 만든다. 그렇다고 해서, 지금까지의 아는 채를 부끄러워할 필요는 없다. 이러한 자각에서 느끼게 되는 당혹감을 해결하기 위해 『3분 아인슈타인』이 출간되었고, 문자 그대로 3분이면 아인슈타인을 정말로 잘 아는 사람이 될 수 있기 때문이다.

아인슈타인을 이해하는 가장 빠른 지름길

과학과 관련한 다양한 방면에서 내공을 쌓아온 이 책의 저자 폴 파슨스는 <아인슈타인에 대해 잘 알고 있으면서도 사실은 잘 모르고 있다>는 모순의 상태를 해결하기 위한 가장 효과적인 방법을 독자들에게 소개한다. 삶, 이론, 영향력이라는 커다란 세 개의 주제 아래 구성된 각각 3분 만에 읽을 수 있는 스무 편의 글과 삽화는 기존의 그 어느 책보다 아인슈타인을 잘 이해할 수 있도록 돕는다. 혹자들은 아인슈타인의 모든 것을 말하고 있다는 이 책의 분량이 160쪽이라는 것을 납득하기 어려워할지도 모른다. 당장 상대성 이론이라는 주제 하나만으로도 이 책보다 훨씬 더 두꺼운 책을 쓸 수 있을 것이기 때문이다. 그러나 폴 파슨스가 구축한 독특한 구성이 이 책이 단순히 겉핥기로 치부될 위험에서 구해 낸다. 필수적이고 핵심적인 것을 빠뜨리지 않으면서도 어려운 물리학 개념이나 수학 공식을 삽화와 내용 정리를 통해 쉽고 재미있게 정리해 놓았다. 매 페이지를 정리하는 짤막한 요약과 각 장을 마무리하는 연표와 용어 설명도 아인슈타인을 보다 쉽게 이해하는 데 도움을 준다. 이 책이 주는 또 다른 재미는 아무 쪽이나 펼치더라도 독서의 흐름에 간섭을 받지 않는다는 데 있다. 각각의 글은 철저하게 완결적이고 독립적이기 때문이다. 물리학을 딱딱하고 난해한 학문으로만 여기고 있었다면, 동시에 학습의 필요성을 느끼고 있으면서도 쉽사리 시작하지 못하고 있었다면 이 책을 펴보기 바란다. 아인슈타인을 단번에 확실히 이해할 수 있는 책으로서 이 보다 더 나은 책은 없을 것이다.

1장 삶 18

시작 20

어린 시절 22

햇병아리 천재 24

스위스 26

취리히 공대 28

사랑에 빠진 아인슈타인 30

베른 32

아인슈타인의 자녀들 34

떠오르는 스타 36

마지못한 유명인사 38

노벨상 40

다른 영예들 42

뷰티풀 마인드 44

알베르트 아인슈타인은 어떤 사람이었을까? 46

종교 48

미국으로 가다 50

전쟁 시절 52

활동가 54

정치학 56

「이젠 떠날 시간이라오.」 58

연표 60

용어 설명 62

2장 이론 64

물질의 구조 66

빛의 성질 68

열역학 70

전자기학 72

특수 상대성 이론의 토대 74

특수 상대성 이론 76

특수 상대성 이론의 결과 78

일반 상대성 이론의 토대 80

일반 상대성 이론 82

상대성 이론을 향한 경주 84

일반 상대성 이론의 결과 86

상대성 이론의 증거 88

일반 상대성 이론의 확장 90

블랙홀 92

통계역학 94

양자 세계 96

우주론 98

통일장 이론 100

아인슈타인의 철학 102

최대의 실수 104

연표 106

용어 설명 108

3장 영향력 110

전자공학 112

에너지 114

레이저 116

현대의 통일 이론 118

입자 가속기 120

양자 얽힘 122

상대성 역설 124

상대성 이론은 틀렸나? 126

빛보다 빠르게 128

시간 여행 130

시간 여행은 가능할까? 132

새로운 블랙홀 134

천체 물리학 136

현대 우주론 138

아인슈타인의 이름이 붙은 발견들 140

차세대 아인슈타인 142

대중적 영향력 144

대중의 생각 146

문화적 유산 148

새로운 세계 질서 150

연표 152

용어 설명 154

3분 요약 156

참고 자료 158

찾아보기 159

감사의 말 160

본문 중에서

1895년에 취리히 공대에 입학한다는 아인슈타인의 계획은 보기 좋게 무산되었다. 입학시험에서 떨어졌기 때문이다. 과학 영역은 우수한 성적으로 통과했지만, 문학부터 외국어까지 온갖 분야의 질문에 답해야 하는 일반 시험에서는 성적이 좋지 않았다. (……) 독일로 돌아가 있기 싫었던 그는 취리히에서 서쪽으로 40킬로미터 떨어진 스위스 아라우의 한 학교에 들어갔다. 그곳의 교수 방식은 독일에서 경험했던 것과 비교했을 때 훨씬 더 자유로웠고, 순응과 단순 암기보다는 자유로운 사고와 개인주의를 장려했다. 그런 접근법은 아인슈타인과 잘 어울렸다. 그는 반에서 2등으로 졸업했다.

_1장 삶, 26쪽

아인슈타인과 밀레바 마리치에게는 아이가 한 명 더 있었다. 리제를이라는 딸이었다. 리제를은 한스 알베르트도 에두아르트도 태어나기 전인 1902년에 태어났다. 당시 아인슈타인과 밀레바는 결혼할 처지가 못 되었다. 아인슈타인은 베른에서 살면서 곧 특허청으로 출근할 예정이었던지라, 점잖은 공무원 경력을 쌓아야 할 몸으로서 사생아를 두기 어려웠을 것이다. 리제를의 존재는 비밀에 부쳐졌고, 아인슈타인과 밀레바 사이에 오갔던 편지들이 1986년에 발굴된 뒤에야 비로소 세상에 알려졌다. 리제를의 운명은 여전히 오리무중이다.

_1장 삶, 34쪽

아인슈타인은 헝가리 출신 물리학자 레오 실라르드와 평생 두 번 협동 작업을 했다. (……) 첫 번째 협동은 함께 냉장고를 개발한 일이었다. 그들의 설계는 ― 실라르드에게는 불공평하게도 <아인슈타인 냉장고>라고 불린다 ― 가동부가 없고, 압축 기체들의 흐름만으로 작동한다. 전기를 전혀 쓰지 않고, 열원만 있으면 된다. 이 기기는 1930년에 미국 특허를 받았지만, 압축기를 쓰는 더 효율적인 냉장고에 금세 뒤처졌다. 그러나 2008년 옥스퍼드 대학의 과학자들은 전기가 없는 지역에서 이 설계를 활용할 방법을 개발하고 있다고 발표했다.

_2장 이론, 70쪽

특수 상대성 이론은 물리학을 대대적으로 뒤흔들었다. 무엇보다도 급진적인 변화는 시간을 다루는 방식이었다. 아인슈타인의 이론이 등장하기 전에 물리학자들은 삼차원 공간과 일차원 시간을 전혀 다른 것으로 여겼다. 그런데 상대성 이론은 그것을 하나로 통합했다. <시공간>이라고 불리는 그 통일된 구조에서는 시간이 네 번째 차원이었다. 얄궂게도, 상대론적 시공간 연구를 앞장서서 수행한 사람은 독일 수학자 헤르만 민코프스키였다. 취리히 공대에서 아인슈타인에게 수학을 가르쳤고, 의욕이 별로 없는 학생이었던 아인슈타인에게 <게으른 개>라는 별명을 붙였던 그 민코프스키 말이다.

_2장 이론, 76쪽

시간 여행을 반대하는 주된 근거는 우리가 과거로 거슬러 가서 역사를 바꿀 수 있다는 점이다. 극단적인 경우에는 자신의 존재를 없앨 수도 있다. 영화 「백 투 더 퓨처」에서 주인공 마티 맥플라이가 1955년으로 돌아가 무심코 부모의 우연한 첫 만남을 방해했던 것처럼. 그러면 그는 존재하지 않을 것이고, 그러면 그가 과거로 돌아와 부모의 만남을 방해할 수 없을 것이고, 그러면 그는 존재할 것이고……. 이것이 <시간 여행 역설>이다.

_3장 영향력, 132쪽

지은이_ 폴 파슨스 Paul Parsons

과학 저술가로, 오래전부터 알베르트 아인슈타인의 이론과 사상에 매료되었다. 우주론으로 박사학위를 받았고, 과학기술 월간지로서 각종 상을 받은 <BBC 포커스>에서 편집자로 일했다. <30초 과학법칙>을 엮었고, <데일리 텔레그래프>, <멘즈 헬스> 등 여러 출판 매체에 과학 기사를 쓰고 있다.

옮긴이_ 김명남

한국과학기술원 화학과를 졸업하고 서울대학교 환경대학원에서 환경 정책을 공부했다. 인터넷 서점 알라딘 편집장을 지냈고, 현재 전업 번역가로 일하고 있다. 옮긴 책으로 <물리와 함께하는 50일>, <양자 세계 여행자를 위한 안내서>, <신기한 수학 나라의 알렉스>, <현실, 그 가슴 뛰는 마법>, <여덟 마리 새끼 돼지> 등이 있다.

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