E=mc² - 세상에서 가장 유명한 방정식의 일생

“세상은 E=mc²이 있기 전과 후로 나뉜다!”
전 세계 교사들이 추천하는 교양 과학 필독서
금세기 최고의 과학저널리스트, 데이비드 보더니스의 <E=mc²> 재탄생하다

E=mc²이라는 위대한 방정식을 이해하는 가장 쉬운 책이자 지난 10년간 가장 많이 읽힌 물리학 책, <E=mc²>이 웅진지식하우스에서 재출간되었다. 2000년에 미국에서 출간된 이 책은 세계 20여 개국에 번역 출간되었고, 한국에는 2005년에 출간되었다. 이후 한국은 물론 전 세계 교사들의 추천 도서로 자리매김 하며 이미 10년 가까이 읽혀온 교양 과학의 필독서이자 고전으로 자리 잡았다. 이번에 재출간한 <E=mc²>은 <파인만 씨, 농담도 잘 하시네!> 등의 과학 베스트셀러를 번역한 물리학 전문 번역가 김희봉이 물리학을 처음 접하는 사람도 이론적인 내용을 쉽게 이해할 수 있도록 심혈을 기울여 전면 재번역했으며, 주석과 참고문헌 소개 또한 충실히 완역하여 더 많은 내용을 알고자 하는 독자들이 참고할 수 있도록 했다.
부모 세대가 학창 시절 읽고 자녀들에게 권해주며 10여 년 동안 인정받아온 이 책의 매력은 어려운 물리학 이론을 쉽게 이해하는 동시에 과학사의 흐름을 한 눈에 파악할 수 있다는 것이다. 새로운 번역으로 다시 찾아온 <E=mc²>은 물리학을 처음 접하는 청소년들에게 그리고 과학을 사랑하는 독자들에게 다시금 믿음직한 필독서로 자리매김할 것이다. <E=mc²>에 이어 데이비드 보더니스의 ‘3종 세트’로 알려진 <시크릿 하우스>, <시크릿 패밀리>도 8월 중에 출간될 예정이다.

추리소설보다 강력하게 독자를 빨아들이는 E=mc²의 생애
“나는 상대성 이론을 해설하거나 아인슈타인의 전기를 쓰는 대신
E=mc²의 전기를 쓰기로 했다”

보더니스는 이 책의 서문에서 E=mc²를 진정으로 설명하기 위해 “상대성 이론을 해설하거나 아인슈타인의 전기를 쓰는 대신 E=mc²의 전기를 쓰기로 했다”고 밝힌다. 그 전기의 첫 부분은 취직을 못한 아들을 채용해달라고 애원하는 한 아버지의 편지로 시작한다. 이 절절한 편지에도 교수는 끝내 답장이 없었고, 아인슈타인은 결국 연구직이 아닌 특허청의 공무원으로 어렵사리 취직을 한다. 이 위대한 방정식의 탄생 배경에는 스물여섯 살 무명 과학자인 아인슈타인이 특허청에서 일하며 일상에 함몰되어 가는 모습이 있다. 그러나 어느 화창한 봄날 찾아온 영감에 사로잡힌 그는 논문 하나를 완성하고, 그 논문 속에 짧은 방정식 하나를 적어 넣는다. “E=mc².” 상대성 이론의 시작이자 방정식의 모습을 한 아이 하나가 세상 밖으로 나온 것이다. 이 방정식이 태어날 수 있도록 아인슈타인을 사로잡은 그 영감은 어디에서 온 것일까? 그리고 이제 막 태어난 방정식 E=mc²은 누구 손에 돌보아질 것이며 어떤 모습으로 성장할 것인가? 이 모든 질문과 사건들에 대해 보더니스는 추리소설처럼 박진감 넘치는 추적을 시작한다.

방정식을 두고 벌어지는 열정 가득한 과학자들의 생애
라부아지에와 마라의 복수극에서 마담 샤틀레와 볼테르의 세기의 사랑까지

E=mc²라는 방정식을 말로 풀어내면 “에너지는 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 것과 같다”라고 간단히 표현할 수 있다. 그러나 E=mc²의 진정한 의미를 알려면 이 설명만으로는 부족하다. 실제로 에너지 E는 무엇인가, 등호=는? 질량m은, 빛의 속도c는, 그리고 제곱은? 그리고 이 방정식에 따르면 어떤 일들이 일어나는가? E=mc²가 담고 있는 과학적 개념들은 현대인이라면 학교에서 쉽게 배울 수 있지만, 그 원리를 발견하기까지 아주 오랫동안 연구되었고 그 과정에서 많은 과학자들이 시행착오를 겪었다. 보더니스는 아인슈타인에게 영감을 주고 E=mc²를 발전시킨 수많은 과학자들의 자취를 추적한다. 그러나 이 과학자들의 연구 업적만을 단편적으로 다루는 것이 아니라 그들의 생애 속에 녹아든 탐구의 과정을 그려내어, 추상적이기만 했던 방정식과 물리학 개념들을 피부에 와 닿는 현실로 만든다.
가난한 제책공 마이클 패러데이는 어떻게 서로 다른 종류의 에너지가 하나로 연결되어 있다는 발상을 할 수 있었을까? 라부아지에는 어떤 과학적 논쟁으로 장 폴 마라와 반목해서 결국 처형될 수밖에 없었을까? 올레 뢰머가 빛의 속도를 밝히기 위해 하필 목성의 위성 이오를 관측한 이유는 무엇일까? 프랑스 귀족 부인 에밀리 뒤 샤틀레는 어떻게 물리학자가 되었는가? ‘E=mc²의 조상들’이라는 이름으로 각각의 개념을 정립시킨 과학자의 연구와 인생을 꼼꼼하게 복원해 낸 보더니스는, 이 방정식의 탄생과 성장이 아인슈타인 혼자만의 업적이 아니라는 것을 알리며 과학사와 연구에 대한 눈을 한층 넓혀준다.

전쟁에 휘말린 방정식의 비극, 원자폭탄의 탄생
“루스벨트 대통령 각하, 극단적으로 강력한 새로운 폭탄이 만들어질 수 있습니다.”

여러 과학자들의 손을 거쳐 E=mc²가 막 성장했을 때, 세계는 전쟁 중이었다. 방정식은 인류의 삶에 유용한 다른 기술도 가능하게 만들었지만, 전쟁 중에 ‘질량이 에너지로 바뀔 수 있다’는 새로운 사실이 밝혀졌다는 것은 이제까지 볼 수 없었던 강력한 폭탄을 만들 수 있다는 것을 의미하기도 했다. 이제 상대성 이론으로 세계적인 명성을 얻은 아인슈타인은 자신의 방정식이 비극의 씨앗이 될 것임을 예견했고 원자폭탄 개발에 대해 경고하는 편지를 루스벨트 대통령에게 보낸다. 그러나 돌아온 것은 “매우 흥미롭다”는 의례적인 답장뿐. 이때 독일에서 양자역학의 창시자 베르너 하이젠베르크가 원자폭탄 개발의 선두에 섰고, 한 발 늦게 사태의 심각성을 파악한 미국도 원자폭탄 개발에 전격적으로 뛰어들면서 미국과 독일의 숨 막히는 경쟁이 시작된다.
이제 E=mc²는 추리소설의 흥미진진함을 넘어 숨막히는 전쟁 다큐멘터리 속으로 독자를 빨아들인다. 2차 세계대전이 격화될수록 원자폭탄 개발 기술도 빠른 속도로 발달하고 있었다. 결정적인 시기에 연합군이 파견한 노르웨이 출신 특공대원들이 나치가 점령하고 있는 고국의 중수 공장을 습격한다. 이 공장에서 생산되는 중수는 독일 원자폭탄 개발에 쓰이는 핵심 재료로, 이 작전이 성공하면 독일의 개발 속도를 늦출 수 있었다. 노르웨이 대원들이 동족을 다치게 하는 비극을 감수하며 임무를 수행하자, 미국의 J. 로버트 오펜하이머가 주도하고 리처드 파인만, 닐스 보어 등 세계 최정상의 물리학자들이 모인 로스앨러모스에서 미국의 원자폭탄 개발팀인 ‘맨해튼 프로젝트’가 반격에 들어간다. 완성된 원자폭탄은 고작 두 손으로 감싸 쥘 수 있을 정도로 자그마했다. 이 폭탄이 히로시마와 나가사키를 휩쓰는 거대한 버섯구름을 만들어내고, 전쟁에 휘말린 E=mc²의 비극적인 일대기의 한 장이 막을 내린다.

태양의 불꽃과 지구의 창조, 블랙홀의 어둠까지
우주의 비밀을 푸는 열쇠 E=mc², 불멸의 삶을 얻다

아인슈타인이 참가하지 않았던 원자폭탄 개발의 과정은 이 책이 아인슈타인의 전기가 아닌 ‘E=mc²의 전기’이기에 나올 수 있었다. 이제 이야기는 원자폭탄의 영역을 넘어, 이 방정식이 어떤 영역에까지 확장해나갔는지에 방향을 돌린다. E=mc²이 우리가 살고 있는 이 땅 위에서만 작동하는 것이 아니라, 별의 탄생에서 생명의 사멸까지 우주의 모든 것을 통제하고 있음을 추적하는 것이다.
태양이 E=mc²에 따라 에너지로 변환되는 수소로 이루어져 있다는 사실을 처음 밝힌 세실리아 페인은 E=mc²의 속박을 지구에서 풀어 우주로 향하게 만들었다. 그 다음으로 E=mc²에 의한 내파 작용을 별의 폭발과 연결시킨 프레드 호일의 발견으로 지구가 어떻게 창조되었는지를 해석할 수 있게 되었고, 인도 출신의 천문학자 수브라마니안 찬드라세카르가 별이 멸망할 때 E=mc²의 작동이 어떻게 블랙홀을 만들어내는지 단서를 잡았다. 이처럼 E=mc²의 작동이 지구를 포함한 우주 전체를 주관하며, 핵잠수함부터 비상구 표시등, 화재 경보기와 GPS 위성에 이르기까지 우리 삶 속에도 얼마나 널리 퍼져있는지 실감하다 보면 E=mc²와 함께하는 인생 여정의 막바지에 다다른다.
세상에서 가장 유명한 방정식 E=mc²와 마찬가지로 세상에서 가장 유명한 과학자가 된 아인슈타인의 조용하고 쓸쓸한 말년을 그리며 이 전기는 마무리되지만, 이 여정을 함께한 독자라면 이 방정식의 일생은 죽음으로 마무리되지 않고 영원한 작동으로 이어질 것이라는 점, 또 다른 위대한 발견을 위한 과학의 조상이 될 것이라는 점을 예견할 수 있을 것이다.