아인슈타인의 '특수상대성이론' + '철학적 사고로 배우는 과학의 원리'(제 1장 철학적인 무엇)

(특수상대성 이론을 해석하여 설명한 팟캐스트 '과학이 빛나는 밤에' 중 '시공간, 결정론의 결정체' 편을 듣고 아인슈타인이 직접 말하는 특수상대성 이론이 궁금해 참고해 봤다. 책 '철학적 사고로 읽는 과학의 원리' 제1장에 대해서는 모든 학문을 이야기기할 때 항상 고려해 봐야 할 이야기라고 생각해서 따로 후기를 쓰지 않고 '참고'해서 썼다.)

| 유클리드 기하학 vs 비유클리드 기하학

| 갈릴레이-뉴턴의 고전 상대성이론 vs 아인슈타인의 특수상대성이론

위 이론들의 '이름'을 보면 뒤에 있는 이론이 먼저 나온 이론을 부정하면서 나온 이론처럼 보인다. 과연 그럴까?

 

아인슈타인이 특수상대성이론을 세우게 된 계기를 살펴보았다.

아인슈타인을 깊은 생각의 늪에 빠지게 해준, 당시 화두로 떠오르던 두 개의 법칙이 있었다.

1. 명확하게 실험적으로 증명이 된 빛의 진행에 관한(언제 어디서나 빛의 속도는 동일하게 측정된다는) 법칙 

2. 실제로 정말 당연하게 인정되고 있었던 갈릴레이-뉴턴의 고전 상대성 원리

서로가 서로를 설명을 할 수가 없지만, 또 각자는 맞는 말이었기 때문에 절대 물러날 수 없었던 이 두 법칙.... '둘 중 어느 하나를 버려야만 하는 것인가?'하는 비극적인 딜레마에 빠져있는 학계를 특수상대성이론이 두 가지 법칙을 모두 포용하면서 구해냈다. 이 대단해 보이는 이론은 도대체 어떻게 탄생한 것일까?

아인슈타인은 책의 서문에서 독자들에게 당부의 말을 했다.

"설명의 단정함 따위는 재봉사와 구두수선공에게 맡기라는 이론물리학자인 볼츠만의 교훈에 따라, 말을 아끼고 우아하게 글을 쓰는 대신 분명하게 설명하기 위해 강조할 것은 오히려 여러 번 반복하기도 했다."

그래서, 아인슈타인이 그렇게 여러 번 반복한 말이 무엇이었냐면,

"..여기까지 논의한 결과에 의하면 빛의 진행에 관한 법칙과 상대성 원리(고전 상대성원리를 말함)가 서로 모순인 듯 보이는 것은 증명되지 않은 '고전 역학의 두 가지 가정' 때문이다.", " '이 가정들' 을 포기한다면... 딜레마는 사라진다."

아인슈타인이 강조한, 두 법칙 간에 딜레마가 형성되는 이유는 바로 그 '증명되지 않은 두 가지 가정' 때문이었다. '시간'과 '공간'에 대한 암묵적인 가정. 그것이 바로 '공리'다. '고전역학'을 지탱해주던 공리. 그 공리를 포기하니 모순인 듯 보였던 두 법칙이 서로 연결하여 물리적인 현상을 설명할 수 있는 이론이 되었다.

갈릴레이-뉴턴의 고전역학에서 '역학'은 " '시간' 이 지나는 동안 '공간'에서 물체의 '위치가 어떻게 변하는지' 설명하는 학문"이다. 하지만 '시간', '공간', '움직임'이라는 것은 또 무엇인가를 어느 누가 생각해 보려고 했을까? 늘 우린 시간이 빨리 간다느니 이 공간을 어떻게 활용할까 라느니 하는 말을 하지만 그것에 대해 우리는 따로 정의 내려보지 않는다. 뭐,, 어차피 이 '시간'과 '공간'에 대한 새로운 정의는 또 하나의 '공리'가 되고, 그건 결국 언어로 되어있는 학문의 한계이긴 하다. 하지만 결코 풀 수 없을 것 같이 보였던 딜레마를 한순간에 풀어내는 열쇠가 되기도 한다.

아인슈타인은 '사색의 괴물'이었다는 것을 뼈저리게 느끼고 있다. 문장 하나하나 버릴 수 있는 것이 없어서 단지 한 문장인데도, 음미하고 받아들이는 데에도 시간이 많이 들었다. 아직 반도 제대로 못 읽었다. 하지만 다시 한 번, 그놈의 뭔지도 모르는 '증명되지 않은 암묵적인 약속, 공리'를 붙들고 꼼짝 못하고 갇혀있으면 계속 풀지 못하는 딜레마에 빠져있게 되지만, 그 공리가 무엇인지 파악하고, 곰곰이 생각해보기 시작하고 그 문제가, 언젠가는 한 번 내려놓아도 괜찮을 때가 오지 않을까, 그리고 실제로 내려놓을 수 있게 된다면 또 다른 세상이 펼쳐지겠지! 하는 결론을 얻었다.

하지만 

1. 내가 나도 모르는 사이 만들어 놓고 믿고 있는 공리가 무엇이고 어디 박혀있는지 파악하는 것, 

2. 내가 알지 못했던 다른 학문도 그 공리가 무엇인지까지 정확하게 파악해 보는 것

3. 더 큰 바탕으로 만들어 내는 것! 참,, 어렵다. 일단 아무것도 모르니 없는 셈 치고 다 공부해 보는 수밖에 없겠다^^;;

by illy