[Review] 잠 못들 정도로 재미있는 이야기 – 상대성 이론 (오미야 노부미쓰 著)

상대성 이론 ㅣ 그림으로 읽는 잠 못들 정도로 재미있는 이야기
오미야 노부미쓰 지음, 조헌국.이영란 옮김 / 성안당 / 2020년 5월

과학은 발전 단계에 따라 패러다임이 성립되고, 공통적인 이론적 기반과 방법론이 받아들여지게 됩니다. 이러한 패러다임 하에서의 연구 성과가 차곡 차곡 쌓이게 되지만 점차 기존의 패러다임으로는 설명이 되지 않는 이례 (異例, anomaly) 역시 쌓이게 되면서 기존 패러다임에 대한 의문이 나타납니다. 결국 기존 패러다임을 대체하는 새로운 패러다임이 출현하면서 기존 패러다임 하에서 쌓아온 연구 성과의 상당수가 무너지고 새로운 패러다임이 정상 과학으로 자리 잡습니다. 이러한 구조는 토마스 쿤에 의해 ‘과학 혁명의 구조’라 명명되었습니다.

이렇듯 세간의 오해와는 다르게 과학은 과학적 성과를 지속적으로 쌓는 것이 아니라 기존 성과를 바탕으로 그 성과를 무너뜨리면서 진리를 찾아가는 과정이라 볼 수 있습니다.

1905년 26세에 불과하던 특허청 직원 아인슈타인은 연달아 ‘빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여 (광전 효과)’, ‘정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여 (브라운 운동)’, ‘운동하는 물체의 전기역학에 대하여 (특수상대성 이론)’, ‘분자 차원의 새로운 결정 (고체 분자의 운동과 에너지)’, ‘물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가 (질량 에너지 등가 원리)’ 등 5편의 논문을 발표합니다. 이 중 ‘분자 차원의 새로운 결정’은 아인슈타인이 박사 학위를 취득하기 위한 논문이며, ‘빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여’는 노벨 물리학상을 수상하는데 기여한 논문입니다. 또한 ‘정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여’, ‘운동하는 물체의 전기역학에 대하여’ 두 논문 역시 노벨상급을 훌쩍 넘어서는 논문으로 유명하며 ‘물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가’는 E=mc^2라는 유명한 공식으로 유명합니다. 이렇듯 다른 과학자는 평생에 걸쳐 단 하나를 남기기도 어려운 과학적 업적이 담긴 논문을 학부 출신 직장인이 한 해에 여러 편을 발표한 1905년을 과학사가들은 ‘기적의 해’라 칭하고 있습니다.   

이러한 아인슈타인이라는 인류 사상 최고의 천재가 나타난 것은 그간 과학적 성과가 지속적으로쌓였기에 가능했던 것으로 이 역시 과학 혁명의 결과로 설명할 수 있습니다.

“잠 못들 정도로 재미있는 이야기 – 상대성 이론 (오미야 노부미쓰 著, 조한국 監, 이영란 譯, 성안당)”은 이러한 관점에서 ‘상대하여 일정 속도로 움직이는 좌표계에서 물체의 운동은 동일한 법칙을 양쪽 좌표계에 적용할 수 있다’는 갈릴레이의 상대성 원리부터 이야기를 시작합니다. 이는 아인슈타인의 상대성 이론의 절대 원리 두 가지 중 하나인 ‘자연의 법칙은 누구에게나 똑같다’의 토대가 됩니다. 

이렇듯 책은 아인슈타인 이전의 과학사를 8개의 장을 통해 할애하여 설명함으로써 이후 아인슈타인의 상대성 이론을 보다 쉽게 이해할 수 있는 토대를 제공하고 있습니다. 또한 광속의 절대성 (책에서는 빛의 속도라고 표현했는데 번역자의 실수가 아닐까 합니다. 빛의 속도는 통과하는 물질에 따라 변할 수 있음에도 불구하고 13장의 제목이 ‘언제 어디서든 변하지 않는 빛의 속도란?’이라는 제목으로 되어 있어 오해를 불러 일으킬 수 있을 것 같습니다.)이나 시간과 공간을 통합하여 시공간이라는 개념을 제시한 상대성 이론의 핵심적인 아이디어와 원리를 일러스트와 함께 55개의 짧은 아티클로 설명하고 있어 상대성 이론에 대한 이해를 돕고 있습니다. 

상대성 이론을 접할 때 가장 큰 난관은 직관과 상식에 의한 세계관입니다. 우주와 자연은 원래 그런 모습이지만 인간이 바라볼 때 자신이 알고 있는 바대로 보고 해석하기 때문에 우주와 자연을 오해하는 것 같습니다. 보통 사람 뿐 아니라 많은 과학자들도 그런 오해를 해왔습니다. 하지만 조금씩 조금씩 우주와 자연을 해석해왔고 아인슈타인은 특유의 사고 실험을 통해 우주와 자연의 비밀을 한 꺼풀 벗겨냈습니다. 그리고 그동안 상대성 이론은 그것의 증거를 강력하게 확보하고 있습니다. 보통 사람들이 세상을 살아가는 데 별로 도움은 되지 않겠지만 그래도 인간이 인간다운 것은 모르는 것에 대해 알고자 하는 욕망이라 생각합니다. 우주와 자연이 가진 비밀 일부를 조금이나마 이해하기 위해 필요한 도움을 이 책이 조금이나 줄 수 있을 것이라 생각합니다.

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※ 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다