상대성 이론으로 달리는 자동차

아인슈타인은 평생 자동차 운전을 배우지 않았다고 한다. 그러나 자동차의 시동을 거는데 핵심적인 부품인 납 축전지는 그가 만든 상대성 이론으로 전력을 발생한다고 한다.

Physical Review Letters에 납 축전지가 전력을 발생하는 이유에 대한 글[1]이 올라왔다고 하는데, 이는 유료라서 읽지 못했지만 대신 이코노미스트지에 관련 기사[2]가 올라와 있어 이것을 읽어봤다.

고전 화학으로도 납 축전지의 작동방법을 설명할 수 있다. 그러나 주기율표의 동일 선상에 있는 주석으로는 왜 비슷한 효과가 일어나지 않는지 설명하기 어렵다고 한다. 기사의 설명[2]에 의하면, 납은 주석보다 원자량이 크므로 전자가 원자핵에 더 가까워지고, 따라서 더 빨리 움직여야하며(광속의 60%) 따라서 상대성 이론에 의해 질량이 증가한 전자 덕분에 납 원자의 결속력이 더 강해진다고 한다. 이 덕분에 화학작용에서 외곽 전자의 출입이 고전 화학에서 예측한 결과보다 더 쉬워진다고 한다. 물리학에 조예가 있다면 Physical Review Letters의 원본 기사[1]를 읽는 편이 좋을 것 같다.

이러한 작용에 의해 실제로 발생하는 전력의 80%는 상대론적 효과에 의한 결과라고 한다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 상대론적 효과를 없애서 실제와 비교했더니 전력의 80%가 감소했다고 한다. 결국 상대성 이론으로 자동차 시동을 거는 셈이다. ㅎㅎ

참고로 자동차 시동장치의 변천에 관한 글[3]을 일전에 올린 적이 있었다. 이것도 재미있는 역사이니 참고하시길.

 


[1] Rajeev Ahuja, et al. “Relativity and the Lead-Acid Battery.” Physical Review Letters 106, 018301 (2011). DOI:10.1103/PhysRevLett.106.018301
[2] 이코노미스트 A spark of genius Jan 13th 2011
[3] http://zariski.egloos.com/338486

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