박종진의 과학 이야기- 시공간 도표와 세계선

박종진

물리학에 세계선이란 말이 있다. 세계선이란 우리 개개인이 겪는 과거와 현재, 그리고 미래를 연결한 선이라고 한다. 물리학 도표 중에 공간 좌표의 중심을 기준으로 위로 열린 원뿔과 아래로 열린 원뿔 모양의 그래프가 있는데 바로 민코프스키의 시공간 도표이고 그 두 원뿔 안을 지나는 선이 바로 세계선이다. 헤르만 민코프스키의 시공간 도표는 복잡하고 어려운 수식으로 이루어진 상대성이론의 설명을 돕는 데 유익하게 쓰인다.  
 
러시아 태생 독일의 수학자였던 그는 유대인 혈통으로 스위스 취리히 연방 공과 대학교의 전신인 스위스 연방 폴리테크닉에서 수학을 가르쳤다. 어느 날 그의 강의실에 문제아가 한 명 들어왔는데 그와 같은 유대인이었다. 동병상련하는 유대인이란 신분 때문에 그 학생에게 잘 해주려고 했지만, 그 문제 학생은 아예 수업을 밥 먹듯 빠졌으며 시험은 홍일점이던 같은 과 여학생 노트를 빌려서대충 때웠다. 그는 자기가 좋아하는 물리학만 열심히 공부했고 수학 같은 기타 과목에는 아예 관심을 두지 않았다. 수학 담당 교수였던 민코프스키는 그 막돼 먹은 학생을 곱게 보지 않았다. 그러다 응징할 기회가 찾아왔다. 그 불량 학생은 졸업 후 취직에 필요하다며 몇 번 교수 추천서를 원했고, 민코프스키 교수는 그런 학생에게 추천서를 좋게 써 줄 수 없었다. 담당 교수 눈 밖에 난 그 졸업생은 취직을 못 한 채 학교를 마치고도 거의 2년 동안 빈둥거리며 놀자, 이를 보다 못한 한 친구가 자기 아버지를 졸라서 특허청에 심사관으로 낙하산 취직을 시켜주었다. 별 볼 일 없는 한직이어서 여유 시간이 많이 생기자 자기 연구에 열중할 수 있었다.  
 
뒷문으로 들어온 직장에서 이 특허청 심사관은 틈틈이 개인적으로 연구했던 '운동하는 물체의 전기동역학에 대하여'라는 논문을 발표했는데 그 논문을 본 민코프스키 교수는 몹시 놀랐다. 그 논문의 저자는 자기가 가르친 적이 있던 그 문제 학생이었고, 추천서를 나쁘게 써 줘서 취직을 못 했던 그 애송이의 논문은 자기도 평생 걸려 연구했던 똑같은 주제를 다룬 글이었다. 스승과 제자가 서로 모르는 채 같은 것을 연구했다. 민코프스키 교수는 이미 자신의 논문을 완성해 놓고도 명색이 수학자여서 그랬는지 수식을 조금 더 다듬어서 발표하려고 차일피일 미루다가 덜컥 제자에게 추월당했다.
 
하지만 헤르만 민코프스키는 우선권이나 자기 몫을 주장한다거나 어떤 속상한 감정도 접어두고 제자의 논문을 축하해 주었다. 그 후에도 그는 학회에서 자기 논문의 주제인 '상대성 원리'에 관한 강연을 했고, '공간과 시간'이란 주제의 글을 학회지에 발표하기도 했는데, 정작 논문을 먼저 발표했던 제자는 그 후 3년이 지날 때까지도 논문 제목에는 상대성이란 말을 쓰지 않았다. 주변에서는 논문 제목에 상대성이란 단어가 들어가야 한다는 조언을 했지만, 정작 본인은 상대성이란 말 이면에는 절대적이 아닐 수 있다는 오해의 소지가 있을 수 있으므로 상대성이란 표현을 사용하기 꺼렸다고 한다. 하지만 논문 저자의 의도와는 상관없이 그의 첫 번째 논문은 특수상대성이론, 두 번째 논문은 일반상대성이론이란 이름으로 세상에 알려지고 유명해졌다. 처음에는 별 반응을 보이지 않던 아인슈타인도 두 번째로 발표한 일반상대성이론에서는 자신의 수학적 이론을 기하학적으로 도식화하여 어려운 이론을 이해하기 쉽게 도움이 된 은사 민코프스키의 시공간 도표에 찬사와 함께 깊은 감사를 표했다고 한다. (작가)
 

박종진