상대성 이론이란 무엇인가

상대성 이론이란 무엇인가?
제프리 베네트 지음, 이유경 옮김 / 처음북스 / 2014년 8월

이공계 전공이 아니라서 물리학 이론을 이해하기는 쉽지 않지만, 우주의 생성이나 천체의 움직임에 대한 이야기를 듣는 것은 참 재미있다. 얼마 전에 세이건의 COSMOS를 새롭게 리메이크된 COSMOS 시리즈가 내셔널지오그래픽 채널에서 방영되었을 때도 열심히 챙겨봤었다. 지구의 역사와 생성과정, 천체의 움직임 등등 너무나도 많은 개념들이 등장하긴 했지만 이해를 돕기위해 재현한 CG를 통해 대략적으로나마 이해를 할 수 있었다. 이 덕분에 평소에 보지 않았던 과학서적에 대해 관심을 가졌고 기회가 되면 읽어봐야겠다는 생각이 들던 차에 <상대성이론이란 무엇인가>를 읽게 되었다. 천체의 움직임을 설명하는 데 있어서 중요한 이론이기에 큰맘 먹고 도전해봤다.

저자 제프리 베네트는 천제물리학 박사이면서 천문학, 천체생물학, 수학, 통계학의 베스트셀러 교재를 쓰는 저자라고 한다. 이론서 뿐 아니라 일반 대중을 위한 저서도 많이 쓰고 있다고 한다. <상대성 이론이란 무엇인가>는 어려운 개념인 상대성이론에 대해 보다 쉽게 설명해 놓은 대중을 위한 책이라고 볼 수 있다. 하지만 역시 술술 읽혀지는 책은 아니다. 아무리 쉬운 과학 교양서라고 해도 상대성 이론은 그렇게 쉬운 개념이 아니기 때문이다. 하지만, 이 책을 통해 상대성 이론이란 무엇인지 어렴풋하게나마 이해하는 시간을 가질 수 있었다.

책의 도입부에서 저자가 소개한 모든 것을 끌어들인다고 알고 있었던 블랙홀이 실제로 블랙홀로 일부러 들어가려고 하지 않는 이상에는 주변의 물체를 끌어들이지는 않는다는 사실은 놀라웠다. 아인슈타인의 상대성 이론을 통해서만 이해할 수 있는 시간과 공간의 극적인 왜곡 현상을 이 책에서 다루고 있으며, 상대성을 알아가는 과정에서 일상적으로 생각하는 시간과 공간개념이 우주의 현실을 정확하게 반영하고 있지 않음을 소개하고 있다.

이 책을 읽으며 이러한 우주와 블랙홀에 대한 잘못된 시간과 공간 개념을 가지게 된 것은 수많은 SF영화와 공상과학소설 때문이라는 생각이 들었다. 너무나도 쉽고 명쾌하게 개념을 언급했던 부분들이 사실이 아니었음에도 불구하고 허구의 이야기 흐름속에서 지각속에 쉽게 심어졌기 때문인 것 같다. 저자 역시 공상과학과 과학의 차이에 대해 첫장에서 명쾌하게 소개하고 있다.

저자는 지금까지 잘못 이해하고 있었던 우주에서의 시간과 공간개념에 대해 설명과 함께 글미을 통해서 핵심적인 개념을 보여줌으로써 이해를 도와주고 있다. 내 경우에는 이 책을 읽으면서 각 장마다 소개된 그림들을 먼저 유심히 보고 나서 각 장을 읽었었다. 아무래도 문자로 설명된 것보다는 그림을 통해 이해하는 것이 쉬운 것 같기 때문이다.

 

아인슈타인의 유명한 공식 E=mc2(제곱)이 등장했을 때는 웃음이 나왔다. 다른 건 기억이 안나도 학창시절에 열심히 외우고 공식에 대입해서 문제를 풀었던 기억이 났기 때문이다. 개념을 이해하고 설명하게 하기보다는 공식을 외우고 문제풀이에 집중하는 방식으로 수업을 받던 세대가 갖는 한계인 것 같다.

하지만, 제프리 베네트 덕분에 상대성 이론을 상대적으로(?) 재미있게 이해하는 시간을 가졌다. '상대성'이라는 개념에 대해 저자는 4차원에 대해 테일러와 휠러가 쓴 고전적인 교재인 <시공간 물리학>에 나오는 문장을 소개함으써 아인슈타인의 공식의 이해를 돕고 있다.

"공간은 서로 다른 관찰자들에게 다르다.

시간은 서로 다른 관찰자들에게 다르다.

시공간은 모두에게 동일하다."

굉장히 당연한 말인 것 같으면서도 이 개념을 가지고 공식화하여 물체의 움직임에서부터 천체의 움직임까지 설명하는 일도, 이해하는 일도 쉬운 일은 아니다. 하지만, 저자의 글을 하나씩 하나씩 읽어나가다보면 '아하, 그런 거구나'라는 생각이 들게 된다.

시공간의 개념과 함께 중력의 개념을 제대로 이해해야하는 중요한 이유 중의 하나가 항공로를 설계하는 방식에 있어서도 중요하며 우주에서의 움직임을 계산하는데 있어서 얼마나 중요한가를 엿볼 수 있었다.

시공간과 중력에 대한 이해에서 출발한 상대성 이론은 일상생활에서 사용중인 GPS 장치를 작동하는 원리라는 것을 저자는 에필로그에서 소개하고 있다. 항공로 설계와 마찬가지로 상대성 이론이 거대한 우주의 움직임을 설명하는데 뿐 아니라 우리의 일상 속 움직임과 관련된 기술들을 개발하는데 있어서도 주요하게 사용되고 있음을 알게 되었다.

제프리 베네트의 책 덕분에 순수과학의 분야로만 생각되어졌던 상대성 이론이 친근하게 다가왔으며 이 이론이 앞으로 어떤 응용과학분야에 영향을 주어 우리의 삶을 향상시키는 기술 개발에 사용될지 기대해본다.