하늘만큼 땅만큼 다른 특수상대성과 일반상대성 이론
특수상대성은 물리학, 일반상대성은 과학 옷 입은 철학이다
특수상대성과 일반상대성 이론은 하늘과 땅 보다 훨씬 더 차이가 난다. 물리학과 생물학의 차이보다 크다고도 할 수 있다. 1905년 특수상대성 이론을 발표한 아인슈타인은 1906년, 1907년 빛과 물질의 확산이론까지 연이어 발표하면서 세상에 이름을 날리고 대학교수가 되어 안정적인 자리까지 얻게 된다. 빛 관련 이론으로 이후 1921년 노벨물리학상까지 수상한다.
그런 그에게도 풀리지 않는 숙제와 같은 어려운 문제가 있었다. 아니 어떻게 생각하면 어떤 문제인지 정확하게 그 실상이 드러나지 않는 묘한 느낌이었다. 알듯 말듯 머리 속에서만 맴돌뿐 정확하게 집어내지 못하니 그 답은 요원해 보였다.
특수상대성이론을 발표하고 세상사람들은 아인슈타인을 뉴턴의 후계자라고 불렀다. 그의 이론은 수학적으로 확고하고 한치의 오차도 허락하지 않을 태세를 갖춘 엄밀함으로 무장한듯 보였다. 그런 그지만 왠지 모를 갈증을 느꼈다. 해결은 고사하고 도대체 부족함의 실체가 무엇인지 실마리에 한걸음도 다가가지 못했다. 그런 자신의 마음에 이상함을 느꼈지만 학문에 대한 갈증 정도로 여겼다.
특수상대성이론 방정식을 보면 어쩜 이다지도 절묘할까 싶을 정도로 완벽한 우주 현상의 수학적 표현이다. 시간과 공간, 그리고 힘 변수를 연결하는 우주 본질의 기원까지 파헤칠 기세로, 예술같은 연결고리를 완성한듯 보였다. 뉴턴의 후계자로서 추호의 손색도 없었다. 특수상대성이론으로 받은 것은 아니지만, 우주 물질의 질량을 확대할 수 있어 그의 노벨상 수상 이론의 기반이 되었을 것이다. 물론 여러 상상이 필요하지만 그의 식대로라면 블랙홀도, 시간여행 타임머신도 가능해 보였다.
특수상대성이론에서 광전이론으로 이어지는 논문을 발표한 그는 다양한 분야에 대한 관심으로 연구를 이어갔다. 물질이 중력 또는 흐름으로 인해 힘을 받아 이동하는 것은 너무나 당연하지만 그렇지 않은 물질의 이동도 있다. 컵 속 물에 잉크 한방울이 떨어지면 퍼지는 이동은 중력과 무관하며 물의 흐름이 없어도 일어나는 확산 현상이다. 그는 특수상대성과 광전현상과 마찬가지로 확산현상도 수학으로 표현해 보고 싶었다. 미분방정식으로 완성된 물질의 확산 미분방정식의 해는 아인슈타인 확산계수라고 해서 100여년이 지난 지금도 여전히 물리학, 공학 분야에서 사용되고 있다. 사실 아인슈타인 확산계수를 콜로이드 물질의 확산에 적용하면 적지않은 오차가 있음을 발견하지만 이를 대체할 수 있는 방법이 없는 실정이다. 물질 확산분야에서도 인류의 과학은 아직 아인슈타인을 극복하지 못한 셈이다.
특수상대성이론을 발표한지 십년이 다 되어 가고 있었다. 그의 놀라운 업적으로 얻게 된 명성은 그를 안주하게 만들기에 충분했다. 그도 즐기고 싶었다. 그러던 어느날, 운명같은 만남이 아주 우연히 일어났다. 그가 니체의 “짜라투스트라는 이렇게 말했다”를 읽는 중 일어났다. 책의 중간 부분까지 읽어갔을 때까지는 이런 일이 일어나리라곤 그도 예상치 못했다. “환영과 수수께끼”에서 그는 뒷통수를 한대 세게 맞는 충격을 받았다. 특수상대성이론 발표이후 그를 내내 괴롭혔던 유령과도 같은 존재가 무엇인지 갑자기 그에게 나타난듯 했다. 이어지는 책의 후반부를 단숨에 읽은 그는 니체의 환영을 만났다. 니체는 그에게 다가와 그토록 그를 괴롭혔던 존재는 다름 아니라 중력이라고 말해 주는듯 하였다. 그러면서 니체는 덧붙여, 중력을 벗어나야 하는 존재는 사실은 중력에서 이미 벗어나 있다고도 강조했다. 그것만 깨달으면 우리 모두는 초인이라고 말했다. 그랬다. 중력이란 환상에 얽매여 있는 우주 모든 존재는 사실 중력에서 벗어나 있었던 것이다. 사실 오래전 아인슈타인은 이를 알고 있었다. 그의 확산이론은 이미 이를 말하고 있지 않았던가.
우주 모든 물질은 질량을 통해 힘을 가진다는 생각이 특수상대성을 완성하게 했다면 중력을 벗어나야만 우주의 근원에 접근할 수 있다는 단서를 짜라투스트라가 그에게 말해준 것이다. 특수상대성이론 방정식의 형태는 그대로 유지하되 시간, 공간, 그리고, 질량의 힘 변수를 인접한 점들의 관계로 치환하였다. 그렇게 그의 일반상대성이론은 완성되었다.
일반상대성이론에는 더 이상 시간, 공간, 질량이 분리되지 않는다. 시간과 공간 대신 시공간이고 인접하는 관계만 존재할 뿐 힘과 대상으로 분리되지 않는다. 일반상대성이론은 여전히 물리인듯 보이지만 실은 수학의 옷을 입은 철학이다. 우주의 본질과 그 본질의 기원은 시간, 공간, 질량이 아니라 인접하여 이웃한 모든 물질의 관계였던 것이다. 이를 철학자가 아닌 물리학자가 108년전 어느날 수학으로 증명해 보였다. 그로써 그는 존경했지만 인정할 수 없었던 뉴턴의 굴레에서 벗어날 수 있었다.
