1900년대 초반 과학의 패러다임 시프트를 이끌었던 학자들의 모임, 솔베이 회의를 기억하시나요? 1927년 10월 24일 벨기에의 수도 브뤼셀 5차 솔베이 회의. 바로 이곳에서 아인슈타인은 일생일대의 실수를 저지릅니다. 아인슈타인의 상대성이론과 함께 큰 변혁을 이끈 학문이 바로 양자로(Quantum theory)입니다. 전자와 같은 입자들 의 운동이 확실히 정해진 것이 아닌, 단순히 확률에 의해서 정의될 수 있다는 이론입니다. 여러분께서 고등학교 때 보셨을 보어 모형도 양자론의 태동에서 비롯된 이야기입니다.현대 과학에서 양자론이 없는 과학은 상상조차 할 수 없는데 요. 놀랍게도 아인슈타인은 양자론의 존재를 상상조차 할 수 없었습니다. 그는 양자론을 강하게 부인했습니다.

아인슈타인
"신은 주사위 놀이를 하지 않네."

보어
"신의 주사위 놀이는 당신이 상관할 바가 아니네.
신이 왜 주사위 놀이를 하지 않는지 잘 생각해보게나."

아인슈타인의 일반상대성이론을 여러분은 들어보셨을 겁니다. 일반 상대성이론의 내용이 무엇인지 알고 계시나요? 아마 대부분은 잘 모르실 겁니다. 하지만 괜찮습니다. 상대성이론이 도입된 지 얼마 안 됐을 때,상대성이론을 완벽히 이해하는 사람은 단 3명 밖에 없다는 말이 있었을 정도니까요.
아인슈타인의 인생 최대 실수 두 번째, 우주상수 이야기를 시작하기 전에 상대성이론에 대한 이야기를 조금 해보고자 합니다. 조금 어렵긴 하지만, 그래도 도전하는 사람이 아름다운 법이니, 우리도 그 3명에 들어가기 위해 상대성이론을 조금 공부해볼까요?

특수상대성이론 이후 아인슈타인이 일반상대성이론을 제안하는 데는 무려 10년이라는 세월이 필요했습니다. 천재 물리학자 아인슈타인도 10년 동안 고민한 이론. 그것을 한마디로 정리하자면 " 중력"입니다. 세상에는 네 가지 힘이 존재합니다. 전자기력(Electromagnetic force), 강력(Strong force), 약력(Weak force), 그리고 중력 (Gravitational force)입니다. 이 네 가지 힘 중 행성, 은하, 우주 등 거시적인 세계를 기술하기 위해서는 반드시 중력에 대한 이해가 선행되어야 합니다. 일반상대성이론의 가장 중심에 있는 아인슈타인 방정식, 한번 살펴보도록 하겠습니다.

물리학에서 변환(Transformation)은 중요한 개념 중 하나인데요. 아인슈타인은 상대성이론에서 변환 규칙을 조금 다른 것을 썼습니다. 특수상대성이론에서는 갈릴레이가 아닌 로렌츠 변환을 일반상대성이론에서는 민코우스키(Minkowski)공간에서 pseudo-Rimann…….

자, 여기까지 물리학도의 외계어였고요. 여러분은 이 방정식을 이해하지 못하셔도 괜찮습니다. 중요한 건 그 안에 들어있는 물리적 의미입니다.일반상대성이론, 그리고 아인슈타인의 방정식이 이야기하는 결론은 시공간이 휘어있다는 것입니다. 이 섹션의 처음에 보신 그림처럼 말입니다. 시공간에 곡률이 있다, 중력이 어떻게 생기는지에 대한 설명이다. 이 두 가지만 알면 여러분은 이 식을 충분히 알고 있는 것입니다. 이 식에서 딱 한 개만 주목해서 보고자 합니다. 식의 맨 마지막에 붙어있는 λ!바로 이 섹션의 제목이었던 우주상수(Cosmological constant)입니다.

하지만! 최근에 암흑에너지의 발견으로 아인슈타인의 우주상수는 다시 재기의 기회를 맞았습니다. 우리가 이해하는 물질은 겨우 4%에 불과하고, 우주 전역을 채우고 있는 70% 가까운 암흑에너지의 존재에 대해서 한 번쯤은 들어보셨을텐데요. 이 암흑에너지의 유력한 가능성이 바로 우주상수 안에 있습니다. 결국 아인슈타인이 "우주상수는 내 인생 최대의 실수"라고 했던 말이 오히려 실수였던 것입니다. 최근에 들어서 우주상수는 다시 화려하게 부활했습니다.

지금까지 아인슈타인의 두 가지 실수에 대해서 살펴보았습니다. 제 아무리 천재 학자라도 자신의 지식을 너무 과신하면 안되는 것 같습니다.
아인슈타인을 통해 학자의 겸손한 자세에 대해 다시 생각해보며, 기사를 마치도록 하겠습니다.

지금까지 IBS블로그 기자단 강별기자였습니다.