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아인슈타인

아인슈타인

Albert Einstein

1879. 3. 14 독일 뷔르템베르크 울름~1955. 4. 18 미국 뉴저지 프린스턴.

독일의 물리학자.

20세기초의 창조성이 뛰어난 대표적 지식인이었던 알베르트 아인슈타인은 20세기초 15년 동안 질량과 에너지의 등가를 단언하고 공간·시간·중력에 관한 새로운 사고방식을 제안한 일련의 이론들을 내놓았다. 그의 상대성 원리와 중력에 관한 이론들은 뉴턴 물리학을 넘어서는 심오한 진전이었고 과학적 탐구와 철학적 탐구에 혁명을 일으켰으며, 1921년 노벨 물리학상을 받았다. 그는 자신이 '사회 정의와 사회적 책임이라는 열정적 감각'을 갖고 있음을 인정했다. 아인슈타인은 그의 명성 덕택으로 평화주의·자유주의·시오니즘과 같은 대의를 지지하는 데 영향력이 있었다. 그러나 아이러니컬하게도 이러한 이상주의적인 사람이 물질 입자가 엄청난 양의 에너지로 바뀔 수 있다는 에너지-질량 방정식 가설로 지금까지 알려진 가장 파괴적인 무기인 원자폭탄과 수소폭탄의 창조를 증명했다.

초기생애와 경력

그가 태어난 이듬해 그의 가족은 뮌헨으로 이사하여 아버지 헤르만 아인슈타인과 숙부 야코프 아인슈타인은 조그마한 전기공장을 세우고 전기일을 시작했다. 뮌헨에서 엄격한 학교에 다녔는데, 19세기 독일 교육의 엄하고 현학적인 단체훈련 속에서 아인슈타인은 학생으로서의 능력을 거의 보이지 못하고 무섭고 지루함을 느꼈다. 어머니의 명령으로 음악도 공부하게 되었는데, 생애를 통해 기분전환으로만 연주했음에도 불구하고 그는 능숙한 바이올린 연주자였다. 그무렵 단지 숙부 야코프 체자르 코흐만이 아인슈타인의 수학과 과학에 대한 관심을 자극시켜주었다. 12세가 된 아인슈타인은 '거시 세계'의 수수께끼를 푸는 데 헌신하려는 결심을 하게 된다. 3년 후 역사·지리·어학에서 낮은 점수를 받아 졸업장도 못 받고 학교를 나와 가족을 다시 만나기 위해 이탈리아 밀라노로 갔는데, 그의 가족은 아버지의 사업이 망해서 밀라노로 이사한 지 얼마 안 된 상태였다. 아인슈타인은 스위스에서 공부를 다시 시작했는데, 유명한 취리히의 연방공과대학에서 4년간 물리학·수학 공부에 몰두했다.

1900년 봄, 학교를 졸업한 후에 스위스 시민이 되었고 2개월간 수학교사로 일한 후에 베른에 있는 스위스 특허 사무소 심사관으로 채용되었다. 새로이 안정을 찾게 되면서 1903년 대학시절의 애인 밀레바 마리치와 결혼했다. 1905년초에 아인슈타인은 독일의 유명한 월간 학술지〈물리학 연보 Annalen der Physik〉에〈분자 차원의 새로운 결정 A New Determination of Molecular Dimensions〉이라는 논문을 냈는데, 이 논문으로 나중에 취리히대학교에서 박사학위를 받게 되었다. 그 해의〈물리학 연보〉에 4개의 더 중요한 논문을 발표했고 이는 인간의 우주에 대한 견해를 영구히 바꾸어버렸다.

이중에서 첫번째 논문인〈정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 (열의 분자운동론에 의한) 운동에 대하여 Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen〉는 브라운 운동에 대해 이론적으로 설명해주었다. 빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여 Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt〉에서 빛은 파동적 작용에 더하여 입자에만 고유하게 나타나는 일정한 성질들을 보여주는 개별적 양자(量子:후에 광자로 불림)로 이루어져 있다고 가정했다. 그는 이 한 가지 가정으로 빛 이론에 혁명을 일으켰고 여러 현상들 가운데서 광전효과(光電效果)라고 하는, 빛을 비추었을 때 일어나는 몇몇 고체로부터의 전자(電子) 방출에 대해 설명할 수 있었다.

아인슈타인의 특수상대성이론은〈운동하는 물체의 전기역학에 대하여 Zur Elektrodynamik bewegter Körper〉에 처음으로 실렸다. 특수상대성이론은 모든 좌표계에서 빛의 속도가 일정하고 모든 자연 법칙이 똑같다면, 시간과 물체의 운동은 관찰자에 따라 상대적이라는 것이다. 특수상대성이론의 수학적 표현에 대해 아인슈타인은 그의 4번째 논문 물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig〉를 썼다. 이 논문에서 질량과 에너지의 등가를 확립했는데, 이에 따르면 어떤 양의 물질이 갖는 에너지는 그 물질의 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 값, 즉 E=mc2이다.

특수상대성이론이 알려짐에 따라 아인슈타인은 유럽의 저명한 물리학자 대열에 서게 되었다. 그는 중력 현상을 새로 포함시키려고 이론을 계속 발전시켰다. 특허사무소를 떠나서 처음에는 스위스에서, 그리고 잠시 프라하의 독일대학교에서 정교수로 있었으며, 1912년 겨울 취리히의 연방공과대학으로 돌아왔다. 그는 그때를 결혼생활에 만족했고 어린 두 아들 한스·에트바르트와 즐거웠던 행복한 시절로 회상했다.

1914년 4월 베를린으로 이주하여 프로이센 과학 아카데미에서 자리를 얻었는데, 아카데미 당국은 아인슈타인이 때때로 베를린대학교에서 강의를 하면서 연구를 계속하도록 허가해주었다. 아내와 아이들은 스위스에서 휴가를 보내고 있었는데, 제1차 세계대전이 일어나 베를린으로 돌아올 수가 없었다. 어쩔 수 없는 헤어짐으로 몇 해 뒤에 아인슈타인은 이혼하게 되었다. 그는 전쟁을 혐오했고 일반적으로 순종적인 학자사회에서 독일 군국주의에 대한 공공연한 비판자가 되었으나, 일반상대성이론을 완성하는 데 주로 열중했다. 일반상대성이론은 1916년〈물리학 연보〉에〈일반상대성이론의 기초Die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie〉로 출판되었다. 이 가설의 핵심은 중력이, 뉴턴이 이야기했던 것과 같은 힘이 아니라 시공연속체 속의 질량의 존재에 의해 생긴 굽어진 장(場)이라는 것이었다. 이러한 의미는 별빛이 태양 가까이를 지날 때 별빛의 휘어짐에 의해 증명되거나 반증될 수가 있는 것이었는데, 별빛은 개기 일식 동안에만 볼 수가 있다. 아인슈타인은 뉴턴 법칙으로는 설명할 수 없는 2배의 빛의 휘어짐을 예측했다.

그의 새로운 방정식들은 또한 수성의 근일점(近日點)의 당혹스러운 불규칙성(약간의 이동)을 최초로 설명해주었고, 강한 중력장 속의 별들이 약한 장의 별들이 내는 스펙트럼보다 적색에 더 가까운 스펙트럼을 내는 이유를 증명했다. 아인슈타인은 전쟁이 끝나는 것과 일식이 일어나는 상황에서 그의 이론이 시험될 기회를 기다리면서, 점차 평화주의적 입장을 취하게 되었다.

국제적인 환호

1919년 아인슈타인은 국제적인 명성을 얻게 되었는데 그해에 런던 왕립학회는 기니 만에 있는 프린시페 섬에서 있었던 과학탐사에서 그해 5월 29일의 일식을 사진 찍었고 아인슈타인의 일반상대성이론에서의 예측을 검증시킨 계산값들을 내었다고 공표했던 것이다. 사람들은 상대성이론을 거의 이해하지 못했지만, 그 기본 가설들은 대단히 혁명적이었으며 과학계는 이 물리학자가 지구에서 가장 위대한 천재로 환호받은 데 강렬한 인상을 받았다. 아인슈타인은 그러한 반응에 깜짝 놀랐고 아주 기분이 상했는데, 왜냐하면 그결과 중단된 그의 연구 때문이었다. 이혼 후 1919년 그의 아버지의 작고한 사촌의 딸로 과부였던 엘자와 재혼했다.

당시 독일의 악화되어가는 정치적 상황에도 불구하고, 아인슈타인은 국가주의를 공격했고 평화주의 사상을 장려했다. 베를린에서 반유대주의 물결이 거세어지자, 아인슈타인은 '물리학에서의 볼셰비키주의자' 범주로 구분되었고, 그가 시오니즘 운동을 대중적으로 지지하기 시작하자 우익집단들의 그에 대한 격노가 거세졌다. 아인슈타인은 베를린에서 적대를 받았으나 유럽의 다른 도시에서 그에게 요청한 것 때문에 상대성이론을 강의하러 유럽의 여러 도시들을 널리 다녔는데, 보통 3등열차를 타고다녔고 늘 바이올린을 지니고 있었다. 이후 3년 동안에도 유럽의 수도들뿐만 아니라 동양·중동·남아메리카 등지도 다녔다. 여기에는 실론 섬, 일본, 팔레스타인 등도 포함된다. 1921년 상하이[上海]에서 "당신의 광전법칙과 이론물리학 분야에서의 업적으로 노벨 물리학상을 받게 되었다"는 국제전보를 받게 되었는데, 상대성이론에 대한 언급은 없었다.

1920년대의 시끄러운 상황에도 불구하고 새로운 연구, 즉 전자기와 중력 사이의 수학적 관계를 찾아내려는 노력을 중단하지 않았다. 그가 느끼기에 이것은 전자로부터 행성까지의 우주 안에 있는 모든 것의 작용을 지배하는 일반 법칙을 발견하는 첫 단계가 되는 것이었다. 그는 단일한 방정식이나 공식으로 물질과 에너지의 보편적 속성들을 연관시키려고 했는데 이는 나중에 통일장이론으로 불리게 되었다. 이것은 그의 나머지 삶을 차지한 성과 없는 질문으로 판명되었다. 아인슈타인의 동료들은 일반적으로 그의 탐구가 실패할 운명을 갖고 있다는 데에 일찍부터 동의했는데, 왜냐하면 급속히 발전하고 있던 양자이론은 입자의 운동에 대한 모든 측정에서의 불확정성원리를 밝혀냈기 때문이다. 단일한 입자의 운동은 그 입자의 속도와 위치를 동시에 측정할 때의 근본적 불확정성 때문에 단순하게 예측될 수가 없었는데, 이는 사실상 원자구성입자 수준의 어떤 물리계의 미래를 예측할 수가 없음을 의미한다. 아인슈타인은 양자역학의 탁월성을 충분히 인정했음에도 불구하고, 이 이론이 절대적이고 미래의 발견에 대한 더욱 만족스러운 기초로서 일반상대론에 맞설 수 있다는 관념을 거부했다. 그는 정확하게 만들어진 우주에 대한 믿음, 즉 "신은 교묘하지만 심술궂지는 않다"라는 말을 인용했다. 이러한 점에서 그는 대부분의 이론물리학자들과 의견이 상이했다. 외롭게 그의 길을 고집했고 결과적으로 낭비되어버린 노력이었다고 이야기되는 그에 대한 평가는 후대의 판단에 맡겨야 할 것이다.

1931년 교환교수로 옥스퍼드대학교를 방문했을 때, 과학을 논의하는 것만큼의 많은 시간을 평화주의를 옹호하는 데 보냈다. 그는 1932년 제네바에서 일정이 잡혀 있었던 세계비무장회의에 대중적 압력을 가하려고 아인슈타인 반전기금을 설립했다. 이 회담이 실패하자 그는 세계 평화와 인간의 이해를 지지해왔던 여러 해의 노력이 아무런 소득이 없었음을 깨닫게 되었다. 아인슈타인은 과학적 진리가 인간성과 독립해 있는 타당한 진리로 개념화되어야 한다고 주장했다. "나는 이것에 대해 옳음을 증명할 수는 없지만 이것은 나의 종교이다"라고 말했다. 그는 무신론을 강하게 반대했는데, "존재하는 것의 조화 안에서 스스로를 드러내 보이는 스피노자의 하느님"에 대한 믿음을 표현했다. 그는 네덜란드 레이덴대학교의 물리학자 파울 에렌페스트와 헨드리크 A.로렌츠와 함께 있는 것을 좋아했으며, 세미나에 참석하려고 패서디나에 있는 캘리포니아공과대학을 몇 차례에 걸쳐 방문했다. 1933년 아돌프 히틀러가 독일 집권자가 된 후 독일 시민권을 포기하고 독일을 떠났다. 뒤에 그는 프린스턴대학교 고등연구소 수학과정 기초임원이라는 정식자리를 받아들였다. 그결과 나치주의자들은 그가 애용하는 베를린 근처에 있는 여름 별장을 수색하고 그의 배를 압수했다. 그는 독일이 전쟁을 준비하고 있음을 확신하고 유럽 자유세계가 방위력을 보충하고 무장하도록 촉구했다.

미국에서의 말년

프린스턴에서 아인슈타인은 20년 이상을 거의 변화가 없는 생활을 유지했다. 그는 소박한 2층 목조가옥에서 아내와 살았고, 아침마다 산책을 하거나 연구소까지 걸어다녔다. 연구소에서 통일장이론을 연구했고 동료들과 토론했다. 마침내 그는 미국 시민권을 획득했지만, 자신을 항상 유럽인으로 생각했다. 전쟁이 임박함에 따라 나치 과학자들이 '원자탄'을 최초로 만들 것이라는 공포감으로 아인슈타인은 루스벨트 대통령에게 "경계를 해야 하며 만일 필요하다면 빠른 조치를 취하라"는 편지를 썼다. 아인슈타인이 루스벨트 대통령에게 했던 그러한 권고는 맨해튼 계획의 시작을 의미했다.

그는 뉴멕시코 로스알라모스에서의 작업에 참여하지 않았으며, 1945년 히로시마[廣島]가 괴멸될 때까지 핵분열탄이 만들어지고 있었다는 것을 몰랐으나 아인슈타인의 이름은 원자시대의 등장과 강하게 연결되었다. 그는 미래의 원자탄 사용을 막을 방법을 찾고 있었던 과학자들과 즉시 합류했고, 그의 긴급한 탄원은 미국·영국·러시아가 기초한 규정 밑에 있는 세계정부를 수립하는 것이었다. 세계를 괴롭힌 핵공포에 자극받아 아인슈타인은 "우리는 단지 의도만 해서는 안 되고, 세계 안전에 필요한 속박된 권위에 우리 자신을 복속시키려는 적극적인 열성을 가져야 한다"고 이야기했다. 정치인과 정치꾼에 의하여 좌절했지만 가장 주요하게 매달렸던 것은 여전히 물리학이었기 때문에 극복할 수 있었다. 1955년 아인슈타인은 프린스턴 병원에서 잠을 자다가 숨을 거두었다. 그의 책상에는 이스라엘 독립일에 대해 씌어진 미완성의 언명들이 적혀 있었는데 부분적으로 다음과 같은 내용이 있었다. "내가 성취하고자 추구했던 것은 단지 나의 부족한 능력으로 진리와 아무도 즐겁게 하지 못하는 위험에 대한 정의에 봉사하고자 한 것이다." 우주에 대한 인간의 이해에 대한 그의 기여는 비길 데 없으며, 그는 언제나 과학의 거인이었다. 넓게 말해서 인간사에 대한 그의 개혁운동은 지속적인 영향을 갖지 못한 것으로 보인다. 아인슈타인이 "정치는 순간을 위한 것이다. 방정식은 영원을 위한 것이다"라고 말했을 때 그는 아마도 자신의 삶에 대한 평가를 예견했던 것 같다.

P. Michelmore 글 | 李相元 참조집필


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