아인슈타인의 업적

아인슈타인의 업적

아인슈타인은 과학이 지배했던 지난 세게에서 가장 뛰어난 과학자였습니다. 폭탄, 빅뱅이론, 양자물리학, 전자공학 등 모든 과학적 영역의 기준에 그의 흔적이 남아 있습니다. 그리고 물리학자로 과학철학, 이론물리학 전반에 혁명적인 영향을 끼친 그의 업적을 알아보도록 하겠습니다.

1. 학문적 업적

1-1 광전효과

1902년 광전효과 현상이 보고 됩니다. 이 효과는 기존의 빛에 대한 개념으로는 설명할 수 없는 것이었습니다. 근대에는 빛이 슬릿을 통과하여 보이는 회절, 간접 무늬 패턴이 빛이 파동이라는 확실한 증거로 나타남으로써, 빛은 파동이라는 것이 정설로 자리 잡게 됩니다. 그러나 아인슈타인은 광전효과의 실험 데이터를 기존의 빛에 대한 이론으로는 설명할 수 없다는 것을 깨달았습니다. 그는 이 개념을 설명하기 위해 광양자라는 개념을 도입하게 됩니다. 광양자 가설은 빛의 에너지가 양자로 이루어져 있다고 주장한 것으로 현재의 광자라고 명명됩니다. 이후 양자역학을 이뤄내는데 큰 역할을 하게 됩니다. 플랑크의 양자 가설을 바탕으로 해, 빛에는 일정한 에너지 단위, 양자화된 무언가가 있는데, 그것이 빛에게 입자적 성질을 가지게 한다고 합니다. 양자화된 그 무언가를 그는 '광양자'라고 불렸으며 빛은 광양자들의 모임이라고 보았습니다. 아인슈타인은 광전효과로 노벨 물리학상을 수상하였습니다.

1-2 브라운 운동

브라운 운동이란 1837년 영국의 생물학자 브라운이 발견한 현상으로, 물에 작은 입자를 집어넣었을 때 외부의 특별한 간섭이 없어도 여기저기로 움직이는 현상을 말합니다. 아인슈타인의 업적은 이것이 물 분자의 열운동에 의해 그 입자의 통계 역학적 임의 보행 운동하는 현상이라고 설명한 것입니다. 예를 들어, 정지한 물통에 아주 작은 입자를 하나 넣었다고 하면 그 입자는 물속에서 물 분자들과 충돌하여 이리저리 움직이며 앞으로 어떻게 움직일지는 예측 불가능해서 랜덤워크라고 합니다. 물통에 들어간 입자가 충분히 크다면 역학적 평형 관계를 이루지만, 입자가 너무 작으면 계속해서 움직인다는 것입니다. 아인슈타인은 이런 가설로부터 미소 입자의 움직임을 나타내는 식을 만들었는데, 이후 프랑스 물리학자 바티스트 페렝이 실험으로 검증해냈습니다.

1-3 상대성 이론

아인슈타인의 가장 유명한 상대성 이론은 1905년 발표한 특수 상대성이론과 이후 1916년에 발표한 일반 상대성 이론으로 나누어집니다. 상대성 이론 발표 이후 1922년에 1921년분 노벨 물리학상을 받았습니다. 노벨 물리학상은 '광전효과'로 받은 것으로 상대성 이론으로 받은 것은 아닙니다. 상대성 이론은 여러모로 말이 많았고, 현재 우리가 쓰고 있는 GPS 장치는 상대성 이론이 없었다면 작동이 불가능한 기술입니다. GPS가 없다면 자동항법장치도 나올 수 없고 스마트폰에 있는 지도 앱이나 운동 앱들은 탄생하지 못했을 것입니다.

1-4 중력파

1916년 아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 시 공간이 뒤틀리면서 발생하는 파동, 즉 중력파의 존재를 제시하게 됩니다. 당시 과학기술로는 이 존재를 확인하지 못했습니다. 아인슈타인조차 중력파에 대한 확신이 없었습니다. 그러나 100년 뒤에 중력파의 존재가 확인되면서 이는 21세기 물리학 분야 최고 성과로 인정받게 되었습니다. 이 연구는 우주에 대한 신비를 밝혀줄 것으로 기대되고 있습니다.

2. 평화주의와 반핵 운동

아인슈타인은 평화주의자이자 세계  최초로 핵무기 반대운동을 시작한 인물들 중 한 사람입니다. 아인슈타인은 1939년 8월에 나치 독일의 원자력 연구에 위험성을 이야기하였습니다. 첫 번째는 엔리코 페르미와 레오 실라드 등의 저명한 과학자들이 아인슈타인에게 독일의 원자력 연구가 사실은 핵무기 개발이라며 그 위험성을 경고한 것이고 둘째는 나치 독일이 체코 등지에서 우라늄의 판매를 중단시킨 것입니다. 또한 독일의 과학자인 오토 한과 프리츠 슈트라스만이 우라늄을 조개는 데 성공한 것도 당시 아인슈타인의 생각에 영향을 주었습니다. 그 당시에는 우라늄을 쪼갤 수 없다는 반응이 대세였기 때문입니다. 큰 원자핵에 작은 방사능을 쏘면 못 쪼개는 게 당연한다는 것인데 문제는 이 쪼개는 과정에서 생기는 ㅇ에너지가 굉장히 막대하다는 것입니다. 핵분열에서 원자량의 일부가 에너지로 변환되어 상대성 이론에 의하면 이 에너지는 다이너마이트 수백수천 톤의 폭발량으로 전환됩니다.