상대성이론, 일상으로 풀어낸 과학의 혁명
아인슈타인의 상대성이론은 복잡한 수학과 이론물리학의 영역으로 여겨지지만, 우리의 일상생활 속에서도 그 원리를 발견할 수 있다. 상대성이론은 크게 특수상대성이론과 일반상대성이론으로 나뉜다.
특수상대성이론은 간단히 말해 ‘빠르게 움직이는 물체에서는 시간이 천천히 흐른다’는 이론이다. 이를 예로 쉽게 이해해보자.
예를 들어, 빠른 속도로 달리는 기차 안에서 빛을 천장으로 쏘아 올린다고 상상해보자. 기차 내부에서 보면 빛은 직선으로 움직이지만, 밖에서 정지해 있는 관찰자가 보면 빛은 사선으로 움직이는 것으로 보인다. 이 때문에 시간과 공간이 상대적이라는 개념이 생겨난다.
특수상대성이론에서 자주 쓰이는 유명한 공식은 다음과 같다.
E = mc²
이 공식은 에너지(E)가 질량(m)과 빛의 속도(c)의 제곱과 같다는 의미다. 이 공식에 따라 물질이 에너지로 변환될 수 있고, 원자력 발전이나 원자폭탄의 원리도 이 공식에서 출발한다.
한편 일반상대성이론은 중력에 관한 이론으로, ‘질량이 있으면 시공간이 휘어진다’는 원리다. 예를 들어 침대 위에 무거운 볼링공을 놓으면 침대 매트리스가 휘어진다. 이 상태에서 작은 공을 올리면 휘어진 부분을 따라 볼링공 쪽으로 굴러간다. 이것이 지구와 같은 질량이 있는 천체가 주변의 시공간을 휘게 해서 다른 물체를 끌어당기는 중력의 원리다.
일반상대성이론의 중력장은 수학적으로 다음 공식으로 표현된다.
Rμν−12Rgμν=8πGc4TμνR_{\mu\nu} – \frac{1}{2}Rg_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{\mu\nu}Rμν−21Rgμν=c48πGTμν
이 방정식은 시공간이 물질과 에너지(T)에 의해 어떻게 휘어지는지 나타낸다.
상대성이론은 먼 우주의 블랙홀에서부터 GPS 위성의 작동까지, 놀랍게도 우리의 생활과 밀접히 연결돼 있다. 과학은 결국 우리 삶 속에서 발견할 수 있는 이해의 과정이다. 상대성이론도 어렵기만 한 것이 아니라 일상 속에서 이해할 수 있는 개념임을 기억하자.
