◆우리 학교 홍순태 교수 (과학교육 전공)

2005년 새해가 밝았습니다. 올해는 이화인 모두에게 나름대로 뜻깊은 한 해가 되겠지만 특히 물리학을 사랑하는 사람들에게는 더욱 큰 의미로 다가오고 있습니다. 이는 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표한 지 100주년이 되는 해이기 때문입니다.

아인슈타인은 모든 이의 사랑을 받아온 위대한 과학자입니다. 특히 그의 상대성 이론은 뉴턴 고전물리의 절대 공간의 개념들을 바꾼 획기적인 이론으로 물리학뿐만 아니라 철학에까지 영향을 주었습니다.

상대론은 크게 특수 상대론과 일반 상대론으로 나누어집니다. 일정한 속도로 움직이는 물체의 운동을 기술할 때 적용되는 이론이 특수 상대론이라면, 일반적으로 임의의 속도로 움직이는 물체의 운동을 설명하는 이론이 일반 상대론입니다.

특수 상대론에 의하면 3차원의 공간과 시간이 함께 물리량을 구성하여 변하기 때문에 고전물리학으로는 이해할 수 없는 여러 현상이 일어나게 됩니다.  예를 들어 빛의 속도는 일정하고 어떤 물체도 빛보다 빨리 날 수 없습니다. 또 움직이는 물체의 길이는 정지한 물체의 길이보다 더 작아지고 움직이는 물체의 시간은 정지한 물체의 시간보다 더 길어집니다.

특히 물체의 속도를 빛의 속도에 가깝게 높일 수 있는 소립자의 세계에서는 이러한 현상이 더욱 확연하게 나타납니다. 때문에 높은 에너지의 가속기가 있는 실험 연구소에서는 특수 상대성 이론이 더 이상 낯설지 않습니다.

지금까지 살펴본 특수 상대성 이론이 시간과 공간이 평평한 시공간에서 기술되어진다면, 일반 상대성 이론은 시간과 공간이 휘어진 시공간에서 기술됩니다. 마치 그물 중앙에 무거운 쇠공을 놓으면 쇠공 주위에서 그물이 휘어지듯 질량을 지닌 물체 주위의 공간은 휘어진다는 것이 그 내용입니다. 이 휜 공간을 수학적으로 취급하기 위해서 ‘리만 기하학’을 도입해 설명하고 있습니다. 일반 상대성 이론은 우주론에 적용되어 우리가 살고 있는 우주가 팽창하고 있다는 사실과 밤하늘에 빛을 내기는커녕 주위 빛마저도 삼켜버리는 블랙홀이 있음을 설명해 줍니다.

지난 100년 동안 수많은 물리학자들이 있었지만 아인슈타인에 필적할만한 학자는 없는 듯합니다. 우리나라 아니, 이화 안에서 역사에 한 획을 긋는 과학자가 나오길 기대해 봅니다.