안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
수소 폭탄이나 태양 내부에서 거대한 에너지가 뿜어져 나오는 비결은 가벼운 원자핵들이 결합하는 핵융합 반응에 있습니다. 태양 중심부나 수소 폭탄 내부와 같은 초고온, 초고압 환경에서는 수소와 같이 가벼운 원자핵들이 서로 밀어내는 전기적 척력을 이겨내고 거대한 압력에 의해 하나로 뭉치게 됩니다. 이 과정에서 가벼운 원자핵들은 헬륨처럼 더 무거운 원자핵으로 변환됩니다.
그런데 반응 전 수소 원자핵들의 질량을 모두 더한 값과 반응 후에 만들어진 헬륨 원자핵의 질량을 비교해 보면, 결합 후의 질량이 원래보다 미세하게 줄어들어 있는 현상이 나타납니다. 이를 질량 결손이라고 부릅니다. 이 사라진 질량의 행방은 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리로 설명할 수 있습니다.
아인슈타인의 방정식에 따르면 질량과 에너지는 본질적으로 같으며, 질량은 에너지로 전환될 수 있습니다. 이때 에너지는 감소한 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 만큼 발생합니다. 빛의 속도는 그 자체로도 매우 큰 값인데 이를 제곱한 상수가 곱해지기 때문에, 눈에 보이지 않을 정도로 아주 미미한 질량 결손만으로도 상상을 초월하는 천문학적인 크기의 에너지가 세상 밖으로 방출되는 것입니다. 결국 태양의 빛과 수소 폭탄의 폭발력은 미시 세계에서 사라진 작은 무게가 거대한 에너지로 전환된 결과물입니다.