읽기일기

E=mc² (20160410)


E=mc², 토마스 뷔르케 지음, 백종유 옮김/자음과모음

 

우주선 시계로 심장 박동을 재 보면 과거 지구에 있을 때와 아무런 차이도 없다. 우주선 안에 있는 모든 것이 똑같이 느려지기 때문이다. 시계의 수정 진동자, 심장 박동, 수도꼭지에서 떨어지는 물, 생각의 속도도 모두 마찬가지이다. (…) 상대성 이론은 정지계와 운동계를 구분하지 않는다. 대신 거기에는 서로 상대적으로 움직이는 계만 존재한다. (…) 그리고 모든 계는 자신의 상대 속도에 따라 고유 시간을 갖는다.

 

헬륨 핵의 질량은 양성자 4개를 합한 것보다 작은데, 그런 질량의 차이는 각 반응 단계에서 방사선 에너지의 형태로 방출된다. 태양이라는 ‘핵융합 장치’는 이렇게 해서 1초에 5억 톤 이상의 수소를 헬륨으로 바꿔 놓는다. 그러면 400만 톤이 넘는 물질에 해당하는 그중 약 0.7퍼센트가 에너지로 변한다. 이는 현재 에너지 수요를 100만 년 동안 소화하기에 충분한 양이다.

 

입자와 반입자가 만나 상호 소멸할 때 물질은 모두 에너지로 바뀐다. 다라서 이 현상은 핵융합에 비하면 수백 배, 핵분열에 대해서는 수천 배나 더 효과적이다. 가속기에서 반물질을 만들고 그 입자들을 저장하는 데 성공한다면 상상을 초월하는 파괴력을 띈 폭탄과 어마어마한 성능을 자랑하는 원자로를 만들 수 있을 것이다.

 

에너지와 물질의 등가성은 매일같이 거대 입자 가속기에 의해 실현되고 있다. CERN의 입자 가속기와 같은 거대 장치에서는 전자와 양성자가 충돌하는데, 이때 추돌 지역에서 2개의 섬광이 일어난다. 그 에너지는 입자의 동력학적 운동 에너지와 mc²이라는 에너지 함량이 합하여 생긴 것이다. 이 총 에너지가 커질 경우 그 섬광으로부터 새로운 입자가 형성된다. 그리고 차츰 속도를 올리면서 그 결과 입자의 운동 에너지까지 높여 줄 경우, 섬광의 에너지도 증가하면서 결국 그 안에서 점점 더 큰 질량의 입자가 생성된다.

 


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