E=MC2, 아인슈타인 수식의 기묘한 의미

44. 문과도 이해하는 과학이야기

1905년 6월 30일, 아인슈타인은 특수상대성이론 논문을 발표합니다. 우리 인류사에 오랫동안 전승될 기념비적인 논문입니다. 이 논문에 E=MC2(엠씨스퀘어)라는 수식이 들어있습니다. 세상에서 가장 유명한 수식입니다. 그런데 이게 대체 어떤 의미가 있을까요?  

유튜브 3분 영상으로 설명합니다.

"당신은 얼마나 대단한 존재입니까?"

https://youtu.be/6Z74yesC3LY

영상을 통해 핵분열반응은 위험하고 핵융합반응은 그렇지 않다고 말했습니다만, 이게 좀 설명이 부족하지요. 간단하게 설명하면 다음과 같습니다.

핵분열반응과 핵융합반응 모두 원자 단위에서 질량 감소가 발생합니다. 그러면 아인슈타인의 엠씨스퀘어 수식에 따라, 사라진 질량분에 빛의 속도 제곱을 곱한 크기의 에너지가 발생합니다.

핵분열반응은 우라늄(원자번호 92)이나 플루토늄(원자번호 94) 같은 무거운 원소의 원자핵에 중성자를 충돌시켜서 원자핵을 쪼개는 겁니다. 이때 사라진 질량만큼의 거대한 에너지가 발생하지만, 그것만이 아닙니다. 세슘 등의 다양한 방사성 동위원소가 발생하는데, 이런 것들이 인체에 매우 치명적입니다. 이들을 방사성 물질(Radioactive materials)이라고 하며, 에너지를 갖고 있는 불안정한 원자들입니다. 이 원자들이 안정되기 전까지는 위험합니다. 그리고 이들은 모두 무거운 원소입니다.

반면 핵융합반응은 가장 가벼운 원소인 수소를 이용합니다. 원자번호 1번 수소 원자를 중수소 또는 삼중수소로 융합하고 다시 이들을 원자번호 2번 헬륨 원자로 융합시키는 과정인데, 이때 핵분열반응에서 문제가 되는 방사성 동위원소가 발생하지 않으므로 핵분열반응보다 안전하다는 얘기입니다. 하지만 1억도의 초고온 상태를 만들어야 하고, 그런 온도를 견딜 그릇이 필요해서 극히 어려운 기술입니다.