《현대물리학 시간과 우주의 비밀에 답하다》 & 《평행우주》

 

 

 

영화 <인터 스텔라> 봤슈?

‘중력방정식’, ‘웜홀’, ‘블랙홀↔화이트홀’, ‘양자역학’, ‘상대성이론’, ‘5차원공간’, …… ,

감이 옵디까? 난 어리버리 합디다. 그렇지만,

영화는 감동적으로 잘 봤습니다. 눈물도 찔끔거리면서‥. 세 시간이 진짜 휙 갑디다.

아직 안 본 사람은 꼭 가서 보시우.

 

도서관 가서 뒤져왔수. 『현대물리학…』『평행우주』

말 시키지 마오. 머리 싸매고 읽을 참잉께.

 

 

 

 

 

 

1부 시간, 경험과 우주
1 과거는 현재의 기억이다 27
2 엄격한 엔트로피 52
3 시간의 시작과 끝 81

2부 아인슈타인 우주에서의 시간
4 시간은 개인적이다 117
5 시간은 유연하다 140
6 시간은 순환한다 157

3부 엔트로피와 시간의 화살
7 시간을 거꾸로 돌리다 197
8 엔트로피와 무질서도 232
9 정보와 생명체 285
10 반복되는 악몽 321
11 양자시간 360

4부 부엌으로부터 다중우주까지
12 블랙홀: 시간의 끝 405
13 우주의 생명체 447
14 급팽창과 다중우주 488
15 내일을 통한 과거 525
16 끝내면서: 영원으로부터 현재까지 565

 

 

우리가 사는 우주는 대폭발, '빅뱅'과 함께 시작됐다고 대부분의 물리학자들은 말한다. '빅뱅'으로 팽창한 뜨거운 우주가 점차 식어가며 '시간'과 '공간'이 나뉘어 140억년의 시간이 지나 현재에 이르렀다는 가설이다. 그러나 캘리포니아공대의 이론물리학자 숀 캐럴은 '시간의 화살'을 '빅뱅'에 정면으로 쏘며 새로운 가설을 제기했다.

캐럴은 '네이처'지 선정 5대 과학 블로그 중 하나인 'cosmicvariance.com'을 만든 대중적이면서도 다음 노벨물리학상 수상이 유력시되는 학자. 그는 이 책에서 우리 생활 속의 예를 들어 가며 명료하게 설명하고 있다.

'달걀을 깨서 스크램블드에그를 만든다' '커피에 우유를 넣고 젓는다' '물 잔 속에 있는 얼음 덩어리가 녹는다' '방 안에 놓인 새로 구운 파이에서 향기가 퍼져 나간다'…. 이같이 재료를 섞는 것은 쉽다. 하지만 그것을 원상태로 되돌리기는 어렵다. 이것은 안정된 상태에서 무질서한 상태로 진행된다는 열역학 제2법칙의 가장 흔한 일례로, 부엌에서 일어나는 모든 일에는 '시간의 화살'이 밀접하게 연관돼 있기 때문이다.

시간은 한마디로 정의할 수 없는 여러 가지 속성을 가지고 있다. 그중 가장 중요한 특성은 '시간의 화살', 즉 시간이 방향성을 가진다는 것이다. 이러한 '시간의 흐름'은 한번 일어난 일을 되돌릴 수 없다는 근본적인 비가역성을 내포하며, 물리학적으로 엔트로피의 특성과 밀접한 관계를 가진다.

캐럴은 이 '시간의 화살'을 현대물리학의 핵심인 특수상대성이론 및 일반상대성이론, 양자역학을 비롯해 최첨단 물리학인 입자물리학과 엔트로피, 양자역학, 빅뱅, 카오스, 끈 이론, 블랙홀, 화이트홀, 웜홀, 타임머신, 다중우주, 아기우주 등 현대우주론의 모든 과녁에 발사, 의문을 제기한다.

그 결과 그는 '빅뱅'이 아닌 '다중우주론'을 제기했다. 우리가 보는 우주가 전혀 낮은 엔트로피 상태에서 출발하지 않은 훨씬 더 큰 다중우주의 한 부분일지 모른다는 것이다. 우리의 우주는 그보다 엄청나게 큰 집합체의 한 조각으로 높은 밀도의 빅뱅으로부터 영원한 무의 상태로 진화하는 광대한 다중우주의 여정의 일부일 수도 있다는 것이다.

캐럴의 이 같은 가설은 철학과 종교의 영역에 머무르고 있던 시간의 문제를 물리학에서 정면으로 다룰 수 있는 길을 연 것으로 평가된다. 이는 수학계 최고의 난제였던 '페르마의 마지막 정리'가 융합 연구를 통해 증명된 것처럼 융합과학 시대의 여러 가지 난제를 푸는 열쇠가 될 것으로도 기대를 모으고 있다.

아주대(물리학) 교수인 역자는 "이 책을 읽으며 놀라웠던 점은 시간의 화살을 연구하기 위해 현대물리학의 핵심인 특수상대성이론 및 일반상대성이론, 양자역학은 물론 최첨단 물리학인 입자물리학, 현대우주론까지 동원을 해야 한다는 것"이라고 말했다. 그에 따르면, 이 책은 현대과학이 추구하는 융합과학의 특성을 극명하게 보여주는 시간의 물리학을 소개하며, 광활한 우주 속에서 인간이 살아남기 위해 '정신적 진화'가 우선이라는 메시지를 던지고 있다.

 

김승현 선임기자 hyeon@munhwa.com

 

 

 

 

 

  어휴! 이 책은 너무 어렵습니다.

《평행우주》로 보십시요.

 

 

 

 

 

 

 

나는 이론물리학자 스티븐 와인버그가, “우주에 대해 알아보는 것은 우리 삶의 질을 높이는 몇 안 되는 행위들 중 하나”라고 한 말에 공감한다. 우주에 대한 이야기가 매우 흡족하게 소개되는 책으로 미치오 카쿠의 『평행우주』(김영사, 박병철 역, 2006)가 있다. 정치가 혼란스럽고 경제가 어려워 우리 삶이 더 팍팍해질 것으로 예상되는 2014년 벽두, 잠시 우주의 세계로 도피(?)함으로써 새로운 충전을 할 수 있다고 보아 이 책을 권해 본다. 무엇보다도 이 책이 가진 무시할 수 없는 장점은 문장이 대단히 정련되어 있으며 심지어 미려하기까지 하다는 점이다. 참고로 이 책은 평생 내가 가장 재미나게 읽은 책 10권 중의 하나에 든다.   미치오 카쿠는 일본계 미국인으로서 뉴욕시립대의 이론물리학 석좌교수이며 끈이론의 권위자이다. 그는 어려운 이론물리학의 세계를 단아하고 위트 있게 전달하는 문체적 능력을 가진 저술가이기도 하다. 그의 역저 『평행우주』는 영국 <BBC>에서 다큐멘터리로 방영하기도 했다. 역시 내가 좋아하는 문화사학자 자크 바전은 “모든 순수과학이 실제로는 그리 순수하지 않지만 이론물리학만은 예외”라고 말했는데 나는 『평행우주』를 통해 그의 말을 실감할 수 있었다.   오래 전 나는 우연한 기회에 미치오 카쿠의 다른 저서 『초공간』을 접했다. 그런데 놀랍게도 이 책은 생명체의 탄생에 관해 내가 품었던 궁금증을 거의 해소해 주었다. 미치오 카쿠는 '과학이론은 우아할수록 정당하다'는 심미적인 과학관을 가지고 있다. 『초공간』에서 보인 그의 논리는 한 마디로 '인류는 별의 후손'이라는 것이었다. 물론 『초공간』에도 경이적인 이야기들이 부지기수로 나온다. 하지만 이 책은 중반부 이후가 다소 어려운 것이 흠이다.   나는 『평행우주』를 여러 차례 읽었다. 그리고 읽을 때마다 이른바 ‘삼매경’을 체험한다. 『평행우주』는 제목과 달리 우주 이론을 소개하는 내용이 주를 이룬다. 이 책은 뉴턴 시대 이후 인류가 우주의 신비를 어떻게 알아내 왔는지를 전달하는 내용으로 시작된다. 최신의 우주학설인 ‘평행우주론’은 책의 마지막에 언급된다.   “인간이 겪을 수 있는 경험 중 가장 아름다운 것은 ‘신비’이다. 신비는 예술과 과학의 근본을 이루는 모태이다. 이 사실을 깨닫지 못하고 확실한 길만을 추구하는 과학자는 결코 우주를 맑은 눈으로 바라볼 수 없다.” - 알베르트 아인슈타인   이렇게 이 책은 아인슈타인의 말을 인용하면서 시작된다. 그리고는 만유인력의 법칙, 핼리혜성, 상대성이론, 허블의 망원경, 빅뱅이론, 인플레이션우주론 등을 소개하고 중반부 이후 블랙홀의 가공성과 양자역학의 기묘함과 함께 끈이론를 뛰어 넘는 M-이론의 정교함을 보여준다. 이 과정에서 비교적 익숙한 지구와 태양계와 별의 일생, 그리고 중력과 전자기력 등이 해명된다.   우리는 이 책을 통해 별은 왜 반짝이는가? 빛보다 빨리 달리면 어떻게 되는가? 우주적 우연이란 무엇인가? 시간 여행은 가능한가? 차원이란 무엇인가? 지구의 종말은 어떤 것인가? 등의 질문에 대한 우아한 답변을 풍요롭게 얻을 수가 있다.   미치오 카쿠는 음악에도 깊은 조예를 보여준다. 그는 초끈이론을 음악에 유추하여 설명해 준다. 구체적으로 말해서 음악기호는 수학이며 바이올린의 끈은 초끈이 된다. 그리고 음조는 소립자, 화성법칙은 물리학, 멜로디는 화학, 우주는 ‘끈의 교향곡’에 비유된다. 그는 마지막에 중차대한 의문을 제기한다. 그렇다면 “음악의 작곡가는 과학에서 무엇이란 말인가?” 미치오 카쿠는 참으로 예술적인 이론물리학자이다. 그는 이런 말을 덧붙이고 있다.   끈이론이 아름답게 여겨지는 이유는 음악과 일맥상통하는 부분이 많기 때문이다. 우주는 미시적 규모나 거시적 규모에서 음악과 비슷한 특성을 갖고 있다. “음악은 혼돈 속에서 질서를 창출하는 능력이 있다. 리듬은 다양한 대상에 일치감을 부여하며 멜로디는 불연속적인 대상에 연속성을 부여한다. 그리고 화성은 판이하게 다른 것들 속에서 화합을 이끌어낸다.”(인용 문장은 바이올리니스트 예후디 메뉴인 Yehudi Menuhin의 말)   마지막으로 미치오 카쿠가 내린 음악의 정의를 소개한다. 그는 “음악이란 무의식중에 계산이 수행되고 있는 마음의 수학”이라고 규정한다.   <>

김갑수