E=mc2 : 제곱의 법칙 (4) 에너지란 무엇인가 ?

E=mc² : 제곱의 법칙

 

(4) 에너지란 무엇인가 ?

 

그녀는 대부분의 사람들이 이미 에너지는 충분히 이해된 것으로 받아들이고 있음을 알았다. 볼테르는 뉴턴의 이론을 대중화하는 노력을 통해 그 신성한 진리를 확고히 믿고 있었다. 즉 물체는 어떻게 접촉하는지 분석할 때 찾아내야 할 핵심요소는 단순히 그 물체의 질량과 속도의 곱, 즉 mv¹ 라는 것이다. 만약 5 파운드의 공이 10 mph로 나아가고 있다면, 그것은 50단위의 운동량을 갖는다.

하지만 샤틀레는 독일의 대사이자 자연 철학자였던 고트프리트 라이프니츠가 뉴턴의 관점에 이의를 제기하고 유명한 논쟁을 벌였다는 것을 알고 있었다. 라이프니츠가 볼 때, 초첨을 맞추어야 할 중요한 요소는 mv² 이었다. 만약, 5파운드의 공이 10 mph의 속도로 움직이고 있다면, 그것은 5곱하기 10², 즉 500 단위의 에너지를 갖는다는 것이다.

 

어떤 관점이 맞을까? 이것은 단순히 정의에 관한 논쟁으로 보일지도 모른다. 하지만 그 이면에는 좀더 깊은 문제가 있다. 오늘날 우리들은 과학을 종교와 분리하여 생각하는 것에 익숙해져 있다. 하지만 18세기에는 그렇지 않았다.

 

뉴턴은 mv¹에서 가장 돋보이는 점은, 그것이 신이 존재해야만 하는 이유를 보여주고 있는 것이라고 했다. 가령 똑 같은 2대의 맥주 트럭이 정면으로 충돌한다고 해보자. 엄청난 충격이 발생하여 범퍼는 찌부러질 것이다. 그러고는 정적이 흐른다. 그것들이 부딪히기 직전 우주에는 많은 mv¹ 가 있었고, 속력을 내며 달리는 두 트럭은 각각 그 mv¹ 를 싣고 있다고 해보자. 트럭 하나는 정동(正東) 방향으로, 다른 하나는 정서(正西) 방향으로 최고 속도로 달린다. 두 트럭이 부딪히면 나무와 금속의 정지된 덩어리만 남고 두 트럭이 각자 가지고 있던 v¹는 사라지게 된다. 정동으로 가는 것은 정서로 가는 것에 완벽하게 상쇄된다.

 

뉴턴의 관점에서 보면 트럭이 한때 가지고 있던 모든 에너지는 완전히 소멸된 것이다. 어떤 구멍이 생성되어 그 에너지를 우리 눈에 보이는 우주로부터 다른 어딘가로 끌어낸 것이다. 이런 종류의 충돌사고는 늘 일어난다. 그러므로 만약 우리가 거대한 톱니바퀴 같은 것이 달린 태엽 시계 안에 살고 있다고 하면, 우리는 늘 태엽을 감아주어야 하는 것이다. 하지만 주위를 둘러보라. 많은 시간이 흘렀다고 해서 움직일 수 없는 물체들이 점점 더 쌓여가고 있다고는 말할 수 없을 것이다. 이것이 증거다. 뉴턴의 관점에서 보면 우주가 끊임없이 움직인다는 사실이야말로, 기운을 불어넣는 신이 우리를 양육하고 보호하기 위해서, 또한 그렇게 하지 않으면 잃어버리게 될 모든 원동력을 공급하기 위해서 이 세상을 향해 손을 내밀고 있다는 신호였다.

 

볼테르에게는 그것만으로 충분했다. 뉴턴이 그렇게 얘기했는데, 누가 감히 그와 논쟁하려 한단 말인가? 어쨌든 그것은 대단한 통찰력으로 보였기 때문에 – 그리고 그것은 정말 엄청나게 복잡한 기하학과 미적분에 의해 증명되고 있다 – 그저 수긍하고 받아들이는 것이 가장 현명한 태도였다. 하지만 샤틀레는 많은 시간을 와토의 그림이 있는 서재에서 보냈다. 가장자리에 촛농이 덕지덕지 쌓인 책상에 앉아 라이프니츠가 내놓은 반론을 혼자 연구하고 있었던 것이다. 다양하고 추상적인 기하학 논쟁에 맞서기 위해 라이프니츠는 뉴턴의 접근법이 이 세상에 남겨놓은 틈새를 연구했다. 대사들은 때로 냉소적일 수 있는 특권이 있다. 그(라이프니츠)는 말했다.

 

“뉴턴의 학설에 의하면, 전능하신 신은 때때로 그의 시계를 감아야 한다. 그렇지 않으면 이 세상은 곧 움직임을 멈출 것이기 때문이다. 신은 영원한 움직임을 만들 만큼 선명지명이 없는 듯하다.” (보더니스 ‘E=mc^2’에서 발췌)

 

우주는 미래가 예정되어 있고 신은 끊임없이 우주를 돌리는 태엽을 감고 있는가? 이 늦은 밤까지 계속 오는 빗방울 하나하나도 어디 떨어질 지 계획되어 있는가? 신은 그것을 알고 있는가? 과연 우리들의 운명은 결정지어져 있는가? 영국인들이 신처럼 떠 받드는 뉴턴경의 신상 명세와 유명한 운동의 법칙을 기술한 대표적 저서‘자연 철학의 수학적 원리’의 표지 사진입니다. SMLee