상대성 이론이란 무엇인가?

상대성 이론이란 무엇인가? - 세상에서 가장 쉬운 물리학 특강, 개정판
제프리 베네트 지음, 이유경 옮김 / 처음북스 / 2022년 10월

상대성이론이란 무엇인가 - 제프리 베네트

*본 도서는 출판사로 부터 제공받았습니다.*

상대성이론이란 무엇인가에 대해 물으면 간단하게 E=mc²라는 공식을 말할 수 있을 것이다. 아인슈타인이 발명해낸 이론이라는 것을 덧붙이는 정도이다. 책을 읽으며 아주 쉽게 상대성이론을 이해할 수 있을 것이라고 생각했지만, 물리학 대가의 이해는 사실 100%는 하지 못하였다. 솔직하지만 다 알겠다고 말하는 것은 자만이기에 고백한다. 대신 에너지는 질량과 빛의 속도의 제곱이라는 이 공식은 특수 상대성이론이며 1905년에 발표되었다. 움직이는 기준틀의 물체는 시간지연, 길이수축, 질량 증가를 겪는다는 것이다.

특수 상대성이론의 파트에서는 내가 이해한 짧은 부분은 인터스텔라처럼 다른 우주로 빛의 속도에 가깝게 다녀온다면 그 블랙홀과의 거리가 25광년일 때 내가 다녀오면 7년 정도의 시간이 흐르고, 지구에서는 50년의 시간이 흐른다는 것이다. 빛의 속도로 가면 시간이 느려진다는 것 이것이 핵심이다. 물론 공식을 최대한 배제하고 사례와 이야기를 통해 전달하려는 작가의 노력 덕분에 그나마 이 정도 이해했다. 계속 우주와 시간 그리고 시공간의 뒤틀림이 이런 결과가 나온다는 예를 친절하게 설명해준다.

아인슈타인의 특수상대성 이론은 블랙홀의 존재가 실제로 발견된 2019년 4월 10일로 검증되었다. 사진은 없어서 따로 검색해봤는데 붉은 빛 안에서 검은 점으로 보이는 블랙홀이란 신기했다. 생각보다 대단한 이슈였을 것 같은데 크게 기억이 안나는 점이 더 충격이었다. 나름대로 우주에 대한 관심이 많다고 생각했는데도 말이다. 블랙홀이 관측되지도 않았고, 그 개념조차 희미한 때에 이런 가설을 발표했다는 점이 아인슈타인의 천재성을 대변하는 것 같다.

그리고 두 번째 파트에서 나오는 일반 상대성이론은 <시간과 공간은 하나이며 시공간은 중력에 의해 휘어진다>는 것이다. 중력질량과 관성질량이 동등하다는 등가의 원리를 바탕으로 한다.

신기한 점은 모든 것을 빨아들이는 것의 대명사로 엄청나게 무거운 질량을 가지고 있다는 블랙홀의 옆을 지나가도 블랙홀은 빨아들이지 않는다는 것이다. 태양이 수명을 다해 블랙홀이 된다 한들 지구는 블랙홀이 되어버린 태양을 공전할 것이란다. 태양의 질량은 블랙홀이 된다 하더라도 유지되기 때문에 중력도 동일하게 작용한다. 그래서 지금과 같이 공전 가능하다고 하는 것이다. 그리고, 빨아들이는 블랙홀의 시공간의 휜 정도가 (블랙홀의 사건의 지평선)의 반지름이 3km라면 빨려 들어가는 영향권이 이 3배라고 할 때 지구와 태양의 거리가 1억 5천만 km이기 때문에 그대로 있을 것이다.

그리고, 이 책을 읽으면서 초반에 등장한 자몽만한 태양과 15미터 떨어진 곳에 좁쌀 만한 크기의 지구가 있다는 이미지화 할 수 있는 태양과의 거리와 광년에 대한 많은 설명들을 통해 우리 은하의 그 중 태양계의 거리감을 매우 눈에 보일듯한 상상이 가능해졌다.

솔직히 쉽게 설명한 과학서이기도 하지만, 워낙에 사례를 디테일한 그림과 같이 설명해주기 때문에 재독이상을 하면서 좀 더 내밀하게 상대성이론을 생각해본 계기가 되었다. 보는 내내 나처럼 예전에 봤던 인터스텔라와 어제의 개기월식이 물리학과 밀접한 관련 그리고, 알고 보면 더 재미있는 과학현상이라는 생각이 든다.