움직이는 물체의 전기동역학에 관하여

Name: 움직이는 물체의 전기동역학에 관하여
Brand: 아인슈타인
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물리학자가 아니라 특허청의 비정규직으로 근근이 살아나가던 1905년, 아인슈타인은 다섯 편의 경이로운 물리학 논문들을 연달아 써낸다. 그래서 이 해를 과학사가들은 기적의 해라 부른다. 그중에는 브라운 운동을 통계역학적으로 설명해낸 것, 광양자론의 바탕이 된 광전효과 논문, E=mc2 논문 등도 있었지만, 특수 상대성 이론이라는 충격적인 이론을 제창한 논문 ｢움직이는 물체의 전기동역학에 관하여｣도 있었다. 이 논문은 당대 최고의 물리학 잡지인 <물리학 연보>에 실렸다. 무명의 직장인이 쓴 논문을 최고의 물리학 잡지에서 실어준 것도 놀랍지만, 그 잡지에 실렸다고 해서 당장 유명 대학의 교수가 되거나 하진 않고 특허청에서 몇 년을 더 일해야 했던 것도 이채롭다.

이 논문은 전자기학의 핵심 현상인 ‘전자기 유도’에 내재되어 있는 비대칭성을 문제로 포착한다. 전자기 유도란 가령 쇠로 둥그런 코일을 만든 다음, 그 둥그런 빈 공간에 자석을 넣었다 뺐다 하면 코일에 전류가 흐르는 현상이다. ‘전자기 유도’는 ‘전기-자기 유도’의 준말로, 자기(磁氣)의 변화가 전기를 유도한다는 말이다. 문제는 이 현상을 이론적으로 설명할 때 코일이 정지하고 그 안을 자석이 움직인다고 할 때는 잘 설명이 되는데, 자석을 정지시키고 코일을 왔다갔다 하는 상황일 때는 이론적으로 설명이 잘 안 되었다는 점이다. 이를 아인슈타인은 ‘현상에 내재하는 것으로는 보이지 않는 비대칭’ 문제라 부른 다음, 이를 ‘동시성’과 ‘시간’의 문제로 접근하기 시작하여 결국 특수 상대성 이론으로 깨끗이 해결해낸다. 뉴턴의 고전역학과 맥스웰의 전자기학 간의 불일치 문제를 해결한 것이기도 하다.

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저자|책 아인슈타인

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