[알베르트 아인슈타인] 20세기 현대 과학을 이끈 천재 과학자의 원대한 꿈

알베르트 아인슈타인 - 한 과학자의 위대한 꿈
이종호 지음 / 인물과사상사 / 2023년 5월

 

이 책 『알베르트 아인슈타인』은 독자가 어렸을 때 읽었던 위인전집 중의 한 권처럼 느낌을 받았다. 어렸을 때 위인전은 교과서 이외의 책 중에 가장 많이 권장되고 또 어린이들이 가장 많이 읽는 책이다. 위대한 일을 해낸 사람의 전기는 어린이들에게 꿈과 희망을 주고, 롤 모델로 삼을 만한 위인의 일대기를 읽음으로써 어린이들이 자신이 하고자 하는 일을 정하는 기회를 제공하기도 하기 때문이다. 독자 역시 어렸을 때부터 '아인슈타인'의 전기를 위인전은 물론 만화로도 많이 접한 기억이 있다. 물론 이 책은 그때의 위인전보다 훨씬 상세하고 생애의 빛과 그림자를 모두 조명하고 있어 문필가로 보면 '작가론'에 해당될 듯하다. 공과 실 모두를 가급적 자세하고 객관적으로 다룬 듯하다.

책에 따르면 알베르트 아인슈타인은 세기가 낳은 천재 과학자다. 그가 100년에 한 명 정도 나오는 천재로 꼽히는 이유는 인간의 현대 문명사에서 큰 역할을 했기 때문이다. 또한 인류 역사상 가장 폭넓게 현대 과학 문명의 한 장을 이끌었다는 데 있다. 아인슈타인의 업적을 단적으로 보여주는 이야기가 있다. 만약 아인슈타인이 2020년, 즉 140세까지 살았다면 노벨상을 여섯 개나 받았을 것으로 추정한다는 점이다. 노벨상은 사망한 사람에게는 수여하지 않는다. 아인슈타인은 살아생전 노벨상을 단 한 개밖에 받지 못했지만, 그의 이론은 사후에도 인류에게 지대한 영향을 미쳤다. 이 책은 아인슈타인의 파란만장한 생애와 주옥같은 이론, 자신의 꿈을 이루기 위한 아름다운 도전을 이야기한다. '노벨상 여섯 개 수상 가능'이라는 이야기는 아인슈타인의 과학적 업적이 그만큼 훌륭하고 현대 과학에 큰 영향을 미쳤다는 의미일 것이다.

 

물리학에서 상대성이론은 특수상대성이론과 일반상대성이론을 합친 것을 뜻한다. 전자는 아주 빠른 속도, 정확히 말해 광속에 가깝게 운동하는 물체의 운동학(kinematics)에 대한 내용을 담고 있고, 후자는 아주 무거운 물체가 주위에 미치는 힘을 다루는 동역학(dynamics)의 영역이라고 모든 백과사전은 풀이하고 있다.

상대성이론은 알베르트 아인슈타인(A. Einstein, 1879-1955)이 제안하고 발전시켰는데, 특수상대성이론은 1905년 논문 '움직이는 물체의 전기역학에 대하여'와 '물체의 관성은 에너지에 관련되어 있는가?'에서 발표된 것으로, 일반상대론은 1915년에 프러시아 과학 아카데미에서 중력장 방정식을 발표한 것으로 기준을 삼고 있다. 두 개의 이론은 10년 간의 격차가 있다. 그렇다고 10년 뒤 발표된 일반 상대론이 앞선 특수 상대론보다 진보한 이론이라는 의미는 아니다.

상대성이론의 요점은 시간, 공간, 물질, 에너지의 통합이라고 할 수 있다. 이전까지의 물리학은 보통 뉴턴역학 혹은 고전물리학이라고 하는데, 시간과 공간은 별개의 것으로 어떤 관찰자에게나 동일하게 적용되는 절대적인 시간의 기준, 공간의 기준이 있다고 생각했다. 물질은 공간 안에서 시간에 따라 운동할 수 있는데, 시간과 공간은 절대적으로 주어진 일종의 무대로서 물질은 시간의 흐름과 공간 구조에 영향을 미칠 수 없다고 생각했다. 물질의 운동은 에너지를 변화시키는데, 따라서 에너지는 특정 물체의 중요한 성질이지만 분명히 구분되는 별개의 개념이었다. 이 설명은 『물리학백과』에 따른 것임을 미리 밝힌다.

 

물리학백과에 따르면 상대성이론에서는 시간과 공간이 통합되어 시공간이라 하며 관측자의 운동에 따라 시간의 흐름, 공간적 측정이 달라질 수 있다. 그 결과를 함축적으로 담고 있는 현상이 시간 지연과 길이 수축이다. 물질과 에너지가 서로 전환 가능하다는 것을 의미하는 공식이 유명한 E=mC2(광속의 제곱)이다. 그리고 빛은 정지질량이 0이지만 에너지는 갖기 때문에 무거운 물체는 빛도 끌어당기며, 빛도 빠져 나오지 못할 만큼 큰 중력을 가진 물체라는 뜻에서 블랙홀이라는 용어가 여기서 유래되었다.

일반상대론은 비교해 표현하자면 뉴턴의 중력 이론을 대체하는 아인슈타인의 중력 이론이다. 뉴턴 이론이 기반하고 있는 운동학의 기본적 가정들을 특수상대론에서 폐기했기 때문에, 뉴턴의 중력 이론이 그 자체로는 특수상대론과 조화를 이루지 못하는 것은 당연한 일이다. 특수상대론을 발표한지 10년 후인 1915년에 일반상대론이 발표된 이유다. 일반상대론의 기반이 되는 핵심적 원리는 등가원리이다. 이것은 가속운동과 중력을 받는 것 두 가지는 구분할 수 없다는 주장이다.

원래 특수상대론은 엄밀히 말해 두 관찰자가 서로 등속운동을 하는 경우에만 적용된다. 외부의 영향을 받거나 해서 가속운동을 하는 경우에는 적용할 수 없고, 더 일반적인 물리 법칙이 필요하다. 일상생활에서 자동차가 출발하거나 엘리베이터가 움직이기 시작하거나 할 때 느낄 수 있듯이, 운동이 변화하는 경우 우리는 외력을 받는 것처럼 느낀다. 뉴턴역학에서 이것은 관성력이라 하며, 비관성계에 있기 때문에 작용하는 것이고 실체는 없는, 일종의 가짜 힘으로 취급한다. 등가원리를 생각하게 되는 중요한 착안점은 자유낙하하는 물체가 아무런 힘도 느끼지 않는다는 것이다.

고전역학적으로는 중력의 영향과 비관성력이 정확히 상쇄되는 것이지만, 일반상대론에서는 휘어진 공간에 있는 물체가 시공간의 최단 경로, 즉 측지선을 따라 운동하는 것으로 통합적으로 이해한다. 좀 더 구체적으로, 아인슈타인의 장방정식은 물질의 에너지와 운동량이 어떻게 시공간의 측량 텐서를 결정하는지를 알려준다. 이 책의 저자 이종호는 '상대성'이란 말을 더 쉽게 표현하기 위해 사람과 고래, 개미를 들어 비유한다. "사람은 고래보다 작다. 그러나 사람은 개미보다 훨씬 크다. 그렇다면 사람이 큰지 작은지 누가 알 수 있을까? 개미가 보면 엄청나게 크지만, 고래가 보면 사람은 매우 작다. 그렇다고 사람의 키가 달라지는 것은 아니다. 즉, 누가 사람을 보느냐에 따라서 사람의 키를 평가하는 것이 달라진다는 뜻이다."(p.8)

저자는 이를 정확하게 묘사한 것이 조너선 스위프트의 풍자 소설 『걸리버 여행기』다고 말한다. 책을 조금 읽는 독자라면 이 소설 역시 대체로 아는 소설이다. 걸리버가 소인국에 갔을 때 릴리퍼트 사람들을 소인이라고 생각하고, 릴리퍼트 사람들은 걸리버를 거인이라고 생각한다. 이는 자연스러운 일이다. 그런데 만약 릴리퍼트 사람들이 걸리버에게 소인으로 보이면서 걸리버도 릴리퍼트 사람들에게 소인으로 보인다면 어처구니 없다고 생각할 것이다. 다소 말이 안 되는 이야기인데 아인슈타인은 그런 상황이 벌어질 수 있다는 것이다.

상대성 이론은 내가 생각하는 것과 다른 사람이 생각하는 것이 상대적으로 다를 수 있음을 각인시켰다는 점에서 충격적이라고 저자는 설명한다. 또한 우리가 보고 있는 것이 절대적인 지식이 아니라는 사실을 분명하게 보여주었다는 주석을 덧붙여 내놓는다. 이러한 극적인 상황은 인간들이 평소에 생각하지 못하는 거대한 우주 분야로까지 펼쳐놓은 사람이 아인슈타인이다. 아인슈타인이 만들어준 세계가 남다르다는 뜻으로 그의 이야기를 찾아본다.

 

이 책은 머리말을 제외하고 모두 여섯 개의 장(章)으로 이루어졌다. 1장 「인지 발달이 늦은 외톨이」, 2장 「세계가 놀란 특허청 직원의 논문」, 3장 「아인슈타인 이론 검증」, 4장 「아인슈타인의 상대성 이론 표절」, 5장 「'생애 최대의 실수'」, 6장 「내 몫을 다했습니다」 등이다. 위인전을 한 번이라도 읽은 사람이라면 아인슈타인의 어린 시절의 이야기를 들었을 것이다. 대개 그렇듯이 위대한 과학자 중에는 어린 시절엔 열등생, 말썽쟁이 등 학업 성적이 우수하지 못하다는 평가를 받은 사람이 많다. 우리가 잘 아는 에디슨도 어린 시절 낙제생이었다는 일화도 읽은 적이 있다. 그러나 아인슈타인은 우리와 굉장히 친숙하다. 천재 과학자들의 얼굴은 대부분 아인슈타인을 모델로 했다고 저자는 말한다. 저자의 말을 듣고 보니 과학 만화 등에 단골로 등장하는 천재 박사의 모습은 아인슈타인의 노년 시절의 모습을 닮았다. 백발이 성성한데 빚어 넘기지 않고 산발하듯 엉성한 모습이 특히 그렇다. 거기에 결정적일 때 설명하는 것이 과학의 진수를 중심으로 보여준다. 이 책의 표지 사진은 아인슈타인의 젊은 시절의 모습으로 보여지는데 아마도 사진 보정을 한 것이 아닌가 생각된다. 이 책의 267페이지의 모습이다.

인지 발달이 늦고 외톨이로 지낼 수밖에 없었던 아인슈타인의 소년 시절은 그래도 어머니 파울린 코흐는 아인슈타인에게 '최고'가 아닌 남과 다른 '독창성'을 강조했다고 한다. 어쩌면 아인슈타인에게 가장 큰 영향을 미쳤으리라고 보는 저자의 말에 독자 역시 공감한다. 상대성 이론 역시 남과 다르게 보는 눈, 사고력의 결실이라라고 볼 수도 있다는 점에서 그렇다. 물론 과학적 지식과 과학의 근본이 되는 자질은 이미 갖춘 후에 말이다.

 

이 책은 머리말을 제외하고 모두 여섯 개의 장(章)으로 이루어졌다. 1장 「인지 발달이 늦은 외톨이」, 2장 「세계가 놀란 특허청 직원의 논문」, 3장 「아인슈타인 이론 검증」, 4장 「아인슈타인의 상대성 이론 표절」, 5장 「'생애 최대의 실수'」, 6장 「내 몫을 다했습니다」 등이다. 위인전을 한 번이라도 읽은 사람이라면 아인슈타인의 어린 시절의 이야기를 들었을 것이다. 대개 그렇듯이 위대한 과학자 중에는 어린 시절엔 열등생, 말썽쟁이 등 학업 성적이 우수하지 못하다는 평가를 받은 사람이 많다. 우리가 잘 아는 에디슨도 어린 시절 낙제생이었다는 일화도 읽은 적이 있다. 그러나 아인슈타인은 우리와 굉장히 친숙하다. 천재 과학자들의 얼굴은 대부분 아인슈타인을 모델로 했다고 저자는 말한다. 저자의 말을 듣고 보니 과학 만화 등에 단골로 등장하는 천재 박사의 모습은 아인슈타인의 노년 시절의 모습을 닮았다. 백발이 성성한데 빚어 넘기지 않고 산발하듯 엉성한 모습이 특히 그렇다. 거기에 결정적일 때 설명하는 것이 과학의 진수를 중심으로 보여준다. 이 책의 표지 사진은 아인슈타인의 젊은 시절의 모습으로 보여지는데 아마도 사진 보정을 한 것이 아닌가 생각된다. 이 책의 267페이지의 모습이다.

인지 발달이 늦고 외톨이로 지낼 수밖에 없었던 아인슈타인의 소년 시절은 그래도 어머니 파울린 코흐는 아인슈타인에게 '최고'가 아닌 남과 다른 '독창성'을 강조했다고 한다. 어쩌면 아인슈타인에게 가장 큰 영향을 미쳤으리라고 보는 저자의 말에 독자 역시 공감한다. 상대성 이론 역시 남과 다르게 보는 눈, 사고력의 결실이라라고 볼 수도 있다는 점에서 그렇다. 물론 과학적 지식과 과학의 근본이 되는 자질은 이미 갖춘 후에 말이다.

 

5장의 「'생애 최대의 실수'」는 누가 봐도 원자폭탄과 관련된 아인슈타인의 말인 것 같다. 제목에서부터 아인슈타인이 관여해 발명했다는 원자폭탄이 아니고서는 그의 과학적 업적에 실수랄 게 없을 듯해서 독자의 판단으로 하는 말이다. 이 장의 첫 번째 소제목이 〈우주와 세계대전에서 대폭발〉이다. 역시 원자폭탄 이야기다. 천하의 아인슈타인이 생전에 스스로 두 가지 실수를 했다고 공개한 점을 저자는 들고 있다. 하나는 현재까지도 과학계에서 논란이 되는 것으로, 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표한 직후 학계의 여러 가지 지적에 부응해 나름대로 고심해서 첨가한 우주 상수에 대한 이야기다. 또 다른 하나는 아인슈타인이 당시 미국 대통령 프랭클린 루스벨트에게 원자폭탄을 독일의 아돌프 히틀러보다 먼저 개발해야 한다고 촉구한 편지다. 아인슈타인은 루스벨트에게 독일이 원자폭탄을 먼저 개발하면 제 2차 세계대전의 결과를 예측할 수 없다고 설명했고, 미국은 맨해튼 프로젝트를 발족시켰다. 물론 아인슈타인은 미국의 원자폭탄 개발에는 일절 관여하지 않았다. 하지만 미국은 원자폭탄을 곧바로 개발해 일본 히로시마와 나가사키에 투여했다. 이 일로 일본이 곧바로 항복해 태평양전쟁은 종식되었다. 아인슈타인은 원자폭탄의 위력에 놀라 자신이 루스벨트에게 보낸 편지에 서명했다는 것을 최대의 실수라고 말했다는 것이다.

2차 대전 중 원자폭탄 개발은 독일과 일본에서 이미 돌입한 상태였다. 미국은 아직 그럴 필요성을 느끼지 못했고 아무도 원자폭탄을 운운하지 않았던 듯하다. 아무튼 원자폭탄은 그만큼 개발하기도 어려운 상태이고, 또 개발해도 실제 사용할 수 있을지도 미지수였다. 위험한 물건있었다는 뜻이다. 그러나 궁지에 몰린 독일과 일본은 더욱 원자폭탄 등 신무기에 박차를 가했지만 뒤늦게 개발에 뛰어든 미국이 가장 먼저 성공한 것은 순전히 '돈' 때문이었다고 한다. 원자폭탄의 위력을 전해들은 루스벨트가 미 전역 수십, 수백 군데에서 원자폭탄 개발 프로젝트를 실행시킨 것이다. 결국 우리가 잘 알다시피 미국의 승리로 전쟁은 끝을 맺었다.

 

한 가지 독자로서 아직 의문은 있다. 당시 원자폭탄이란 무게의 위력을 안 나라에서 개발을 서두르고 있는 상황에서 전쟁이 막바지를 향해 가고 있는데 미국은 엄청난 개발비와 인력을 투입했는데 왜 아인슈타인은 개발을 거부했을까. 그리고 거부하는 아인슈타인에게 아무 압력도 없었을까. 상식적으로는 납득이 되지 않는 일이다. 원자폭탄의 힘을 가장 잘 아는 사람이 아인슈타인이었는데 진정 그가 개발 참여는 하지 않았다? 또 전쟁 중인 미국 정부에서도 발을 뺀 아인슈타인에게 아무 압력이나 회유가 없었다? 아무래도 설득력이 조금 떨어지지 않나 싶다. 물론 독자가 자세히 알지 못하는 일을 미국 정부가 아인슈타인의 참여를 외부적으로 감추었다고 말할 수는 없다. 그는 유태인이고 독일 히틀러를 피해 미국으로 망명한 신분이다. 그가 상대성 이론을 발표하면 만들어낸 공식이 'E=mC2(광속의 제곱)'이다. 이는 에너지는 빛의 속도(300,000km)의 자승(2)의 엄청난 폭발력의 공식이다. 아무튼 독자도 아인슈타인의 원폭 개발 참여는 수수께끼로 남겨두고자 한다.

저자 : 이종호

고려대학교 건축공학과와 같은 대학원을 졸업하고 프랑스로 유학을 떠나 페르피냥대학에서 공학박사 학위와 과학국가박사 학위를 받았다. 프랑스 문부성이 주최하는 우수 논문상을 수상했으며 해외 유치 과학자로 귀국해 한국과학기술연구원(KIST), 한국에너지기술연구원(KIER) 등에서 연구했다. 과학기술처장관상, 태양에너지학회상, 한국발명교육학회 논문상, 고려대학교 이정덕 건축상, 국민훈장 석류장 등을 받았다. 프랑스 유학 시절부터 세계의 여러 유적지를 탐사하며 연구해 기초 없이 빌딩을 50층 이상 올릴 수 있는 ‘역피라미드 공법’을 비롯해 특허 10여개를 20여 개국에 출원하는 등, 이론과 실제를 넘나들며 왕성하게 활동하고 있다. 현재 한국과학저술인협회장(과학저술가)으로 신문, 잡지 및 인터넷에도 활발히 기고하는 등 과학대중화에 앞장서고 있다.

주요 저서로는 『4차 산업혁명과 미래 직업』, 『로봇은 인간을 지배할 수 있을까?』, 『피라미드』, 『역사로 여는 과학문화유산답사기』, 『영화 속 오류』, 『유네스코 선정 한국의 세계문화유산』, 『유적으로 보는 우리 역사』 등 100여권이 있다.

 

<출판사로부터 도서를 제공받아 작성된 리뷰입니다.>