| 아인슈타인의 공식수확 E=mc². 탄생 100년 | |||
| 상대성이론 몸으로 체험, ‘아인슈타인 체험전시’ | |||
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유명조 기자
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27일은 아인슈타인이 특수상대성이론의 수학적 표현이라고 할 수 있는 E=mc² 공식이 탄생한지 100년되는 날이다. 아인슈타인의 E=mc² 발견으로 질량과 에너지는 결국 같은 존재하는 뜻을 알 수 있는 중요한 발견이었다. 이 공식이 처음 등장한 것은 1905년 독일의 물리학 연보 639페이지이다. ‘물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가?’라는 3쪽짜리 짤막한 논문이었다. 아인슈타인이 이 논문을 제출한 날은 1905년 9월 27일이기때문에 2005년 9월 27일은 아인슈타인의 특수상대성이론의 수학적 표현이라고 할 수 있는 공식이 탄생한지 꼭 100년이 되는 날인 것이다. 당시 아인슈타인의 나이는 26살에 불과했다. 이 논문은 아인슈타인이 1905년에 연속해서 발표한 4개의 놀라운 논문 가운데 맨 마지막 논문이었다. 흔히 1905년을 ‘기적의 해’로 부르고, 100주년이 되는 올해를 세계 물리의 해로 기념하는 것도 바로 이 때문인 것으로 밝혀졌다. 아인슈타인의 E=mc² 발견은 작은 질량이 엄청난 에너지를 내는 것은 거대한 상수 즉 c² 이 붙기 때문이다. 1Kg의 질량(m)이 내는 에너지가 1초에 30만 킬로미터로 날아가는 빛의 속도의 제곱에 해당하므로 무려 900억 Joule의 에너지를 갖는 다는 것을 알 수 있었다. 아인슈타인이 1905년에 발표한 논문을 보면 자신이 제안한 엄청난 이론을 입증하기 위해 라듐염을 이용해 실험을 할 수도 있을 것이라고까지 제안하고 있다. 아인슈타인 이론의 신봉자였던 아써 에딩턴 경은 4개의 수소 원자와 하나의 헬륨 원자가 합쳐지면 질량 결손이 생기면서 태양이 에너지를 낼 수 있다는 사실을 알아냈다. 낮에는 해, 밤에는 수많은 별들이 엄청난 에너지를 발산하면서 빛을 내고 있어도 어떻게 해서 저렇게 많은 에너지가 태양에서 날아 나오는지 설명할 수 없었던 물리학자들은 드디어 가장 기본적인 의문에 답할 수 있는 이론을 갖게 됐다. 이어서 핵무기가 개발되고, 핵발전소가 가동에 들어가면서 오늘 날 그의 이론은 엄청난 위력을 발휘하고 있다. 아인슈타인은 1915년 특수상대성이론을 일반화시킨 일방상대성이론을 발표해 그의 상대성이론을 한 단계 더 업그레이드 시킨다. 이 이론을 통해 아인슈타인은 관성과 중력이 결국은 같은 것이라는 것을 설명했다. 아인슈타인은 1921년 노벨 물리학상을 수상했지만, 정작 그가 물리학상을 수상하게 된 것은 상대성이론이 아닌 광전효과에 대한 논문때문인 것으로 알려졌다. 광전효과란 빛의 입자가 물체를 때리면 전자가 발생한다는 것으로, 오늘날 태양전지의 이론적 근거가 되고 있다. 1905년 아인슈타인이 연이서 발표한 4편의 논문은 물리학에 혁명을 가져왔다 해도 과언이 아니다. 당시 빛은 입자인가, 파동인가. 이 질문은 수천 년 동안 과학자들을 괴롭혔다. 이런 상황에서 1905년 3월 아인슈타인이 빛의 ‘입자론’을 지지하는 논문을 발표했다. 1905년 기적의 해를 장식한 두 번째 논문은 5월에 발표된 브라운 운동에 대한 논문이었다. 이번에는 원자의 존재가 화두였다. 물속의 조용한 꽃가루가 불규칙하게 움직이는 것은 원자의 충돌에 의한 것이라는 것을 밝혀낸 것이다. 이를 통해 원자가 존재한다는 것을 알 수 있었다. 1905년 아인슈타인이 브라운 운동의 비밀을 수학적으로 깔끔하게 풀어냈다. 그렇다면 아인슈타인은 우리 생활에 얼마나 많은 영향을 끼쳤을까? 아인슈타인의 광전효과는 오늘날 디지털 카메라와 디지털 캠코더, 태양전지에 이용된다. 차량항법장치, 즉 위성위치확인시스템(GPS)에는 상대성이론이 이용된다. 차량항법장치는 지구 주위를 돌고 있는 24개의 GPS위성에 의존해 위치를 알려준다. 이 위성은 가장 정확한 원자시계를 갖고 있지만 시속 1만4000km의 속도로 지구 주위를 돌기 때문에 시간이 느려진다. . 디지털 카메라는 아인슈타인의 광전 효과를 토대로 만들어진 것이다. 광전 효과는 빛 알갱이 즉 광자가 금속판을 때리면 전자가 튕겨 나가는 현상이다. 디지털 카메라 안에는 전하결합소자(CCD)라는 부품이 들어 있다. 이 부품은 렌즈를 통과한 빛을 전기 신호로 바꾸는 일종의 광(빛)센서다. 400만 화소라면 400만 개의 광센서가 CCD에 붙어 있다. CCD에서는 광센서가 보낸 모든 전기 신호를 모아 사진 파일을 만든다. CCD는 디지털 캠코더, 몰래카메라, 감시카메라 등 다양한 곳에 쓰인다. CD에 담긴 음악을 재생해주는 레이저가 아인슈타인의 작품이다. 레이저는 할인점에서 바코드를 읽을 때 뿐만 아니라 DVD플레이어 등 정보를 저장하고 읽어 들이는 곳에서 널리 쓰인다. 광통신과 홀로그래피도 레이저를 이용한다. 이밖에도 레이저의 쓰임새는 많다. 이런 아인슈타인의 업적을 기념하고 창의적인 아인슈타인을 입체적으로 해석한 전시가 서울 과학관에서 열리고 있다. 바로 아인슈타인 특별전이다. 아인슈타인 특별전은 ‘기적의 해’로 불릴 만큼 중요한 연구물이 쏟아져 나온 ‘1905년’을 집중 조명하고 이런 연구물이 나오게 된 그의 성장사를 소개한다. 과학자 아인슈타인 뿐 아니라 반전운동가, 예술가, 평화주의자, 인도주의자, 세계시민 이었던 아인슈타인에 대한 입체적 해석을 통해 과학자로서의 아인슈타인과 인간 아인슈타인을 만나볼 수 있다. 특히 이스라엘 히브루대학과 이스라엘 박물관 등에서 입수한 노벨상 유물, 연애편지, 학창시절의 성적표 등 유물 100여점과 특수상대성이론 논문 전문 등을 직접 볼 수 있다. 아인슈타인 특별전은 국립서울과학관 특별전시장에서 열리고 있으며 내년 2월 28일까지 계속된다. |
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| 기사입력: 2005/09/27 [09:55] 최종편집: ⓒ 호남조은뉴스 | |||
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