E=mc2 나무위키 - E=mc2 namuwiki

어제 E=mc^2을 다 읽었다

엘러건트 유니버스는 잡아도 도무지 잘 이해가 안가는 부분이 많아서 놓게 되었는데, 

이 책은 야밤의 공대생 만화 처럼 인물사를 많이 다뤄서 더 재미있었던 것 같다. 

이 책은 책 앞에서 저자가 서술하듯 E=mc^2이라는 공식 딱 하나에 대한 지식과 역사를 전달하기 위한 책이다. E=mc^2에 대한 나무위키 같달까. E는 무엇이고 m은 무엇이고 c는 무엇이며, c에는 왜 제곱이 붙는지 =이라는 기호는 역사상 어떤 의미였는지 에 대한 이야기로 뼈대를 잡는 구성은 매우 신선했다. 마치 E=mc^2의 뿌리와 기원등에 다루는 것이 인물사 같은 구성이었다.

다만 내가 이 공식을 통해서 원래 이해했어야 한다고 생각했던 질문, 

이 공식이 세상에 나옴으로서 시간이란 것이 어떻게 상대적이 될 수 있는가 라는 나의 궁금증은 이 책을 읽고 잘 이해가 되지 않았다.

그래서 나는 오늘 아침 가족들과 아침을 다 먹고 아버지께 

'내가 이런 책을 읽었다, 이러한 구성이다'라고 얘기를 했는데 

매우 당황스럽게도 아버지는 또 다른 bs류의 교양서적이라고 생각하신듯 꽤나 적대적인 첫 반응을 보여주셔서 사실 좀 놀랐다. 평소에 정말 1도 공격성이란 것이 없으신데, 뭔가 교양 서적에 최근 데이신건지, (나도 가끔 이상한 제목의 뇌과학과 양자 물리학을 섞어서 뇌를 발전시킨다 뭐 이런 식의 교양서적을 보고 경악을 금치 못했던 적이 있다. 요상한 다큐에서의 편집이나 주석 없는 생략및 왜곡도 경악스럽다.) 뭐 그랬던 것인가 이런 생각을 하면서 조심스럽게 다시 여쭤봤다.

내가 그래서 이 책을 읽고 이해한 것은 E=mc^2에서 이런 부분인데 나는 이런게 이해가 안갔다고.

아버지는 내 질문을 듣고서는 곧 바로 본인의 원래 성향: 궁금해하면 최대한 근본부터 자세히 가르친다. (학생의 궁금증의 해결이 문제라기보다도 이때부터는 본인이 아는 것을 최대한 성실하게 가르쳐야한다는 책임감이 발동됨) 가 발동 되었다.

내가 궁금했던 것은 위에서 말했듯 이것이다.

내가 이 책을 읽고 그래도 머리로 받아들일 수 있다고 생각했던 부분은 

E=mc^2 이라는 공식을 깔고

한 물체가 있다고 가정하자.

이 물체에 일정한 방향으로 에너지를 가하면 이 물체는 그 가해지는 방향에 따라 속도가 점점 올라가는데, 속도에는 올라갈 수 있는 한계라는 것이 있다.

이 한계는 빛의 속도로서, 이 공식에서 c이다.

자 그럼, 내가 에너지를 이 물체에 가해서 그 가하는 에너지가 처음에는 속도의 증가라는 상태 변화로 일어나겠지만 이 속도 증가의 곡선은 plateau에 가까워지게 된다는 것이다.

그럼 남는 에너지는 어떻게 변해야할까?(이 물체는 깨지지 않는다)

놀랍게도 이 책에서는 이 공식, (E=mc^2)에서 알 수 있듯이 m(질량)이 증가한다는 것을 내가 상상할 수 있게 해줬다.

다만 내가 이 책을 잡았던 가장 궁금했던 질문은 

이 물체가 빛에 속도에 가까워 질때 왜 시간이라는 축이 왜곡돼냐는 것이었다. 

이 질문에 대해서 이 책은 내게 명쾌한 질문을 해주지 못했다. 

(다시 말하지만, 나는 엘러건트 유니버스가 이 부분을 설명할때 부터 좀 내 자신에게 와닿는 상상이 안가서 이책으로 넘어왔다.)

아버지는 일단 내가 이해한 이 질량의 부분에 대해서 거기서 말하는 m이 어떤 것인지, 

실제 이 E=mc^2이 어떤 식인지부터 간략화 된 것들이 있다는 것을 짚어주셨다.

즉, 이 m은 그냥 m이 아니라 감마*m을 퉁쳐서 m이라고 한다는 것이다.

다시 말해, 원래의 식은 E = (gamma – 1) m c 2 라는 것이다.

그래서 여기서 말하는 m의 변화라는 것은 물체 고유의 m0값의 변화가 아닌 (gamma-1)m이 변하는 것임을 명확하게 구분해야 한다고 하셨다. 

즉, 물체의 고유값, 고유 길이등은 가만히 놔두는 변수를 따로 고려할 수 있다는 개념을 강조하셨다.

자 그럼 이제 시간이라는 축이 왜곡될 수 밖에 없는 논리는 어떻게 연결되는가?

아버지의 예시는 브라이언의 예시와 같은 것으로,

기차 안에서 상하로 수직 왕복 운동하는 물체에 관하여 그림을 그려가며 설명해주셨다.

(더 쓰려하니 막막하군 이 그림이 궁금하다면 엘러건트 유니버스를 보거나 왠만한 검색을 하면 나올 것이다)

내가 이해한 핵심만 간략히 설명하자면, 

실험에서 측정을 했을때, 이동거리라는 것은 위에서 설명하듯 가만히 놔두는 변수다. 

이 이동거리는 측정치로 정확하게 나온다.

하지만 빛의 속도에 가깝게 이동하고 있는 기차 안에서 (안에 있는 사람이 보기에) 상하 왕복 운동하는 진자는 

밖에서 이를 보는 사람의 눈에는 이 물체가 이동하는 거리가 길어진다.

엥? 그럼 이동 거리는 더 길어지는데 왜 밖에서 측정되는 이 물체의 이동 속도는 원래 달리는 기차의 속도와 같은 c인가? 더 이동한 거리의 증가분은 어디로 갔는가?

여기서 이 진자가 이동하는 속도(v = delta 이동거리 / delta t)에서 

이동거리는 실험에서 측정하는 고유 측정치로 왜곡되지 않는 것을 실험에서 검증해서 데이터를 얻었을 다면, 

변하지 않는 속도를 설명할 수 있는 유일한 변수는 시간의 왜곡이라는 것이다.

그럼 여기서 드는 질문은, 

정말 이 =이라는 가정이 맞다고 논리적으로 말할 수 있는 근거는 어디에서 오는가?이다.

내가 얻은 데이터가 솔리드하다는 것을 그 누가 오더라도 부정할 수 없는 것이라고 해도, 

=이 안맞으면 여기서 왜곡되는 변수가 time일 수밖에 없다는 주장은 할 수 없다. 

아버지는 이 =이 맞다는 논리는 물리보다는 수학쪽에서 끌어오는 것이며 그건 내가 공부해야하는 것이라고 하셨다. (흑)

나는 이 책 덕분에 E=mc^2이라는 발상이 가정하는 상황에 대해서 좀 더 내가 납득할 수 있는 상상을 할 수 있게 되었고, 

아버지의 설명 덕분에 이전에는 왜 '시간'이 왜곡되어야한다는 결론에 도달해야하는지 그 논리를 이해할 수 없었던 것에 대해서 자세한 설명을 들을 수 있었다.

이 책을 추천해 준 친구에게 감사를!

사사로운 comment

새로운 개념, 이런 상상을 하는 것은 정말 즐겁다!

오랜만에 진짜 궁금해왔던 추상적인 것에 대해서 아주 조금이라도 더 이해해서 재밌었다.

그리고 아버지가 내가 이런 질문을 하시는 것에 굉장히 고무되시고 즐거워하시는 것을 보는 것도 좋은 시간이었다.

내가 학부때 전공을 추가로 수학이나 과학쪽을 하지 않은 것은 정말 매우 아쉽다.

이런 생각을 이리저리하면서 질문을 책에 적어두고, 곰곰히 생각해보는 것보다 즐거운 일은 거의 없다.

야공만을 좋아하는 사람에게,

엘러건트 유니버스는 어려워서 포기했지만 e=mc^2에 대해서 좀 더 와닿는 상상을 해보고 싶은 사람에게 이 책을 추천한다.

이 책은 정말 초등학생이나 중학생도 흥미롭게 읽을 수 있게 쓰여있다. 

E=mc2 작가데이비드 보더니스출판생각의나무발매2005.03.21.평점