호두껍질 속의 우주

휜 시공에 대한 새로운 이론은 중력을 포함하지 않은 최초의 이론과 구분하기 위해서 일반상대성이론이라고 부른다. 오늘날에는 처음 발표된 상대성이론을 특수상대성이론이라고 부른다. 일반상대서이론은 1919년에 서부 아프리카로 간 영국 탐사대가 일식이 진행되는 동안 태양 근처를 지나는 별빛이 약간 휘는 현상을 실제로 관찰함으로써 매우 특기할 만한 방식으로 확인되었다. 이것은 시간과 공간이 휘어진다는 직접적인 증거였고, 기원전 300년에 유클리드가 「기하학 원리」를 쓴 이래로 우리가 살고 있는 우주에 대한 가장 큰 지각적인 변화였다.

아인슈타인의 일반상대성이론은 시간과 공간을 그 속에서 사건들이 일어나는 수동적인 배경에서 우주 동역학의 능동적인 참여자로 변모시켰다. 이 이론은 21세기 물리학의 최전선에 아직도 남아 있는 가장 큰 문제로 우리를 이끈다. 우주는 물질로 가득 차 있고, 물질은 시공을 휘게 만들기 때문에 천체들은 서로를 향해서 이끌린다. 아인슈타인은 그의 방정식들이 시간의 흐름에 따라서 변화하지 않는 정적인 우주를 기술하는 해(解)를 가지고 있지 않다는 사실을 발견했다.

그러나 그는 그를 비롯해서 대다수의...휜 시공에 대한 새로운 이론은 중력을 포함하지 않은 최초의 이론과 구분하기 위해서 일반상대성이론이라고 부른다. 오늘날에는 처음 발표된 상대성이론을 특수상대성이론이라고 부른다. 일반상대서이론은 1919년에 서부 아프리카로 간 영국 탐사대가 일식이 진행되는 동안 태양 근처를 지나는 별빛이 약간 휘는 현상을 실제로 관찰함으로써 매우 특기할 만한 방식으로 확인되었다. 이것은 시간과 공간이 휘어진다는 직접적인 증거였고, 기원전 300년에 유클리드가 「기하학 원리」를 쓴 이래로 우리가 살고 있는 우주에 대한 가장 큰 지각적인 변화였다.

아인슈타인의 일반상대성이론은 시간과 공간을 그 속에서 사건들이 일어나는 수동적인 배경에서 우주 동역학의 능동적인 참여자로 변모시켰다. 이 이론은 21세기 물리학의 최전선에 아직도 남아 있는 가장 큰 문제로 우리를 이끈다. 우주는 물질로 가득 차 있고, 물질은 시공을 휘게 만들기 때문에 천체들은 서로를 향해서 이끌린다. 아인슈타인은 그의 방정식들이 시간의 흐름에 따라서 변화하지 않는 정적인 우주를 기술하는 해(解)를 가지고 있지 않다는 사실을 발견했다.

그러나 그는 그를 비롯해서 대다수의 사람들이 믿고 있던 영원한 우주라는 개념을 포기하는 대신 우주상수라고 불리는 항을 추가함으로써 자신의 방정식들을 조작했다. 우주상수는 시공을 반대방향으로 휘게 하기 때문에 천체들은 서로 멀어지게 된다. 이 반발력이 물질 사이에서 작용하는 인력을 상쇄 시키기 때문에, 그는 우주상수의 도입을 통해서 정적인 우주를 위한 해를 얻을 수 있었다. 이것은 이론물리학에서 달성될 수 있었던 가장 위대한 가능성들 중에서 하나가 상실된 안타까운 순간이었다. --- pp.19-20

우주가 공간상의 모든 지점에서 동일한 것처럼 보이지만, 시간의 측면에서는 분명한 변화를 나타낸다. 이 사실은 20세기 초에 와서야 밝혀졌다. 그때까지 많은 사람들은 우주가 시간에 대해서 본질적으로 일정하다고 생각했다. 우주는 무한한 시간 동안 존재해왔다고 생각할 수도 있지만, 그러한 가정은 우리를 터무니없는 결론으로 이끄는 것 같다.

만약 항성들이 무한한 시간동안 빛과 열을 발생시켜왔다면, 우주는 그 항상성들과 같은 온도로 가열되었을 것이다. 그리고 밤이 되어도 하늘 전체가 태양처럼 밝게 빛날 것이다. 우리의 시야가 닿는 모든 지점들은 항성이나 또는 항성들과 같은 온도가 될 때까지 가열된 성운에 도달하게 될 테니까 말이다.

지금까지 우리가 해온 관찰, 즉 밤하늘이 검다는 관찰은 매우 중요하다. 그것은 우주가 지금 우리가 보고 있는 상태로 영원히 존재할 수 없었다는 것을 함축한다. 다시 말해서 과거에 어떤 일이 일어나서 항성들이 한정된 시간 동안만 빛을 내게 만들었을 것이다.

그 말은 멀리 떨어진 항성에서 나오는 빛이 우리에게 도달할 만한 시간이 없었음을 뜻한다. 이것이 밤하늘이 모든 방향에서 밝게 빛나지 않는...우주가 공간상의 모든 지점에서 동일한 것처럼 보이지만, 시간의 측면에서는 분명한 변화를 나타낸다. 이 사실은 20세기 초에 와서야 밝혀졌다. 그때까지 많은 사람들은 우주가 시간에 대해서 본질적으로 일정하다고 생각했다. 우주는 무한한 시간 동안 존재해왔다고 생각할 수도 있지만, 그러한 가정은 우리를 터무니없는 결론으로 이끄는 것 같다.

만약 항성들이 무한한 시간동안 빛과 열을 발생시켜왔다면, 우주는 그 항상성들과 같은 온도로 가열되었을 것이다. 그리고 밤이 되어도 하늘 전체가 태양처럼 밝게 빛날 것이다. 우리의 시야가 닿는 모든 지점들은 항성이나 또는 항성들과 같은 온도가 될 때까지 가열된 성운에 도달하게 될 테니까 말이다.

지금까지 우리가 해온 관찰, 즉 밤하늘이 검다는 관찰은 매우 중요하다. 그것은 우주가 지금 우리가 보고 있는 상태로 영원히 존재할 수 없었다는 것을 함축한다. 다시 말해서 과거에 어떤 일이 일어나서 항성들이 한정된 시간 동안만 빛을 내게 만들었을 것이다.

그 말은 멀리 떨어진 항성에서 나오는 빛이 우리에게 도달할 만한 시간이 없었음을 뜻한다. 이것이 밤하늘이 모든 방향에서 밝게 빛나지 않는 이유를 설명해줄 것이다. --- pp.71-73

--- 김정희 candy@yes24.com

『호두 껍질 속의 우주』는 우리 시대의 가장 위대한 사상가 중 한 명이며 가장 뛰어난 천재 중의 한 명인 스티븐 호킹의 새로운 저서이다. 2001년 11월 6일 미국에서 출간된 이 책은 나오자마자 아마존 베스트셀러 상위 목록에 랭크되었고 또 40여 개 언어로 번역되었으니 이 과학자에게 쏟아지는 관심이 어느 정도인지 짐작할 만하다.

1988년 출간된 『시간의 역사』가 예상치 못한 성공을 거두자 스티븐 호킹은 많은 사람들로부터 후속편을 낼 계획이 없느냐는 질문 세례를 받았다. 그럴 때마다 그는 `시간의 역사 제2편'이나 `조금 긴 시간의 역사' 같은 부류의 책을 쓰고 싶지 않아서, 더욱이 연구하느라 책을 쓸 시간이 없어서 그런 계획은 없다고 대답했다고 한다. 그러나 그는 전세계적으로 1천만부 이상이 팔렸지만 그중 2%에 해당하는 사람만이 끝까지 읽었다는 이야기가 나올 정도로 어렵다는 말을 듣는 『시간의 역사』보다 “더 읽기 쉬운 다른 종류의 책을 쓸 때가 되었다는 것을 깨달았다”고 발간 동기를 밝힌다.

“나는 현재 이루어지고 있는 발견들과 새롭게 출현하고 있는 실재(reality)의 상(像)에 대해서 느끼는 흥분감을 여러분들과 함께 나누고 싶다. 나는 점차 더해가는 압박감을 느끼면서 나 자신이 연구해온 여러 영역들을 중심으로 하여 이 책을 집필했다. 물론 그 연구의 상세한 내용은 전문적인 것이지만, 나는 복잡한 수학 공식 없이도 폭넓은 개념들을 전달할 수 있다고 믿는다. 이러한 내 시도가 성공을 거두기를 바란다.”

-서문 중에서

『시간의 역사』는 어떤 거대한 별이 수축을 계속해 무한대에 가까운 밀도와 중력만 가진 상태의 특이점에서 대폭발(빅뱅)을 일으켜 우주가 생성되었으며, 대폭발로 우주의 팽창이 시작되는 순간부터 일어난 자연현상은 모두 기존의 상대성이론과 양자역학으로 설명할 수 있다는 요지의 책. 책 전반을 뚫고 있는 문제의식은 우주의 중심에 자리잡고 있는 '만물의 이론(The Theory of Everything)'은 무엇인가?하는 것이다.

『호두 껍질 속의 우주』도 이러한 문제의식에서는 『시간의 역사』와 동일선상에 있다. 다만 다른 것이 있다면 앞서 인용한 서문에서 “현재 이루어지고 있는 발견들과 새롭게 출현하고 있는 실재(reality)의 상(像)에 대해서 느끼는 흥분감”을 나누고 싶다고 말하고 있듯 초끈 이론, p-브레인 등 『시간의 역사』 이후의 최신 물리학 이론들이 소개되어 있다. 또한 컴퓨터 그래픽으로 처리된 정교한 삽화와 도표는 만약 그것을 완전히 이해할 수 있다면 굳이 텍스트를 읽을 필요가 없다고 해도 좋을 만큼 책의 내용을 함축시켜 나타내고 있다.

대중들이 보다 읽기 쉽도록 책을 썼다고 했지만 그래도 역시 이 책은 쉽다고 말하기는 힘들다. 이 책의 큰 줄기에 해당하는 1장 상대성이론의 약사와 2장 시간의 형태에서 시간과 공간을 극대화?추상화시켜 생각해보는 것도 만만치 않은 에너지가 소요되는 작업이다. 그리고 그후에 10차원 막이나 11차원 초중력 또는 M-이론이나 P-브레인 같은 개념이 속속 등장하면, 이 세상은 소수 몇몇 과학자들이 파헤칠 수밖에 없는 거대한 수수께끼의 장이 아닌가 하는 생각이 들기도 한다.

그러나 모든 것을 한번에 설명해 줄 수 있는 이론, 그 단순함이 아름다울 수 밖에 없는 그 이론을 찾아 끊임없이 관찰하고 발견하며 사고를 확장시키는 과정에서 자연에 경탄하고 흥분하며 경건해지는 한 천재 과학자의 영혼이 독자로 하여금 순수하게 이 책을 갖고 싶다는 마음을 조용히 자극한다. 참고로 제목 “호두 껍질 속의 우주”는 『햄릿』 2막 2장에 나오는 “나는 호두껍질 속에 갇혀 자신을 무한 공간의 제왕으로 생각할 수도 있다. 악몽만 꾸지 않는다면”에서 따온 것이다.

■ 이 책의 특징

우리 시대의 가장 영향력 있는 사상가들 중의 하나인 스티븐 호킹은 그의 이론의 대담성뿐만 아니라 그것들을 표현해내는 그의 명쾌함과 재치로 우리에게 널리 알려진 지식인이다. 이 새로운 책에서, 호킹은 최첨단 이론물리학의 세계로 우리를 안내한다. 이 책의 목적은 우리의 우주를 지배하는 원리를 일반인들의 용어로 설명하는 것이다.

이 책은 인류가 시간과 공간에 대해 탐구해온 여정을 일반인도 알기쉽게 설명하고 있고, 현재 우리를 둘러싼 세계에 대한 이해의 폭을 넓히기 위해 과학자들이 치열한 노력을 벌이고 있는 최전선에 해당하는 주제들을 소개한다. 또한 「그림으로 보는 시간의 역사」와 마찬가지로 풍부한 그림과 보조설명으로 과학을 공부하지 않은 일반인들의 이해를 돕기 위해 많은 노력을 기울였다. 이 책에 실린 훌륭한 그림들은 단순한 삽화가 아니라 호킹의 설명을 시각적인 이미지로 바꾸어낸 또 하나의 내용인 셈이다.

또한 이 책은 구성의 측면에서 호킹의 다른 저서와는 다른 특성을 지닌다. 호킹도 서문에서 밝히고 있지만 각 장이 독립성을 가지기 때문에 독자들은 큰 줄기에 해당하는 제1장과 제2장을 읽은 후에는 순서에 크게 구애받지 않으면서 관심 있는 분야를 찾아서 읽어도 무방하다.

「호두껍질 속의 우주」는 우리가 살고 있는 우주를 이해하기를 원하는 모든 사람들을 위한 기본적인 과학서로서 손색이 없다. 이 책과 짝을 이루는 「시간의 역사」처럼, 이 책 역시 우주의 비밀이 드러날 때 과학계를 뜨겁게 달구는 흥분을 우리에게 생생하게 전달한다.

■ 주요 내용

이론물리학계의 많은 과학자들과 마찬가지로, 호킹 교수는 과학의 신비, 즉 우주의 중심에 자리잡고 있는 정의하기 힘든 만물의 이론(The Theory of Everything)을 알아내기 위해서 노력하고 있다. 그는 접근하기 쉽고 재미있는 방식으로 우주의 비밀―초중력에서 초대칭이론, 양자이론에서 M-이론, 홀로그래피에서 이중성까지―을 벗기려는 그의 탐구의 세계로 우리를 안내한다.

그는 초끈이론과 P-브레인이 이 궁극적인 수수께끼의 단서를 줄 수 있을지도 모르는 과학의 미개척 분야로 우리를 인도한다. 또한 그는 "아인슈타인의 일반상대성이론과 리처드 파인먼의 복수(複數)의 역사 개념을 결합시켜서 우주에서 일어나는 모든 현상을 설명할 수 있는 하나의 완전한 통일 이론을 만들려는"...■ 이 책의 특징

우리 시대의 가장 영향력 있는 사상가들 중의 하나인 스티븐 호킹은 그의 이론의 대담성뿐만 아니라 그것들을 표현해내는 그의 명쾌함과 재치로 우리에게 널리 알려진 지식인이다. 이 새로운 책에서, 호킹은 최첨단 이론물리학의 세계로 우리를 안내한다. 이 책의 목적은 우리의 우주를 지배하는 원리를 일반인들의 용어로 설명하는 것이다.

이 책은 인류가 시간과 공간에 대해 탐구해온 여정을 일반인도 알기쉽게 설명하고 있고, 현재 우리를 둘러싼 세계에 대한 이해의 폭을 넓히기 위해 과학자들이 치열한 노력을 벌이고 있는 최전선에 해당하는 주제들을 소개한다. 또한 「그림으로 보는 시간의 역사」와 마찬가지로 풍부한 그림과 보조설명으로 과학을 공부하지 않은 일반인들의 이해를 돕기 위해 많은 노력을 기울였다. 이 책에 실린 훌륭한 그림들은 단순한 삽화가 아니라 호킹의 설명을 시각적인 이미지로 바꾸어낸 또 하나의 내용인 셈이다.

또한 이 책은 구성의 측면에서 호킹의 다른 저서와는 다른 특성을 지닌다. 호킹도 서문에서 밝히고 있지만 각 장이 독립성을 가지기 때문에 독자들은 큰 줄기에 해당하는 제1장과 제2장을 읽은 후에는 순서에 크게 구애받지 않으면서 관심 있는 분야를 찾아서 읽어도 무방하다.

「호두껍질 속의 우주」는 우리가 살고 있는 우주를 이해하기를 원하는 모든 사람들을 위한 기본적인 과학서로서 손색이 없다. 이 책과 짝을 이루는 「시간의 역사」처럼, 이 책 역시 우주의 비밀이 드러날 때 과학계를 뜨겁게 달구는 흥분을 우리에게 생생하게 전달한다.

■ 주요 내용

이론물리학계의 많은 과학자들과 마찬가지로, 호킹 교수는 과학의 신비, 즉 우주의 중심에 자리잡고 있는 정의하기 힘든 만물의 이론(The Theory of Everything)을 알아내기 위해서 노력하고 있다. 그는 접근하기 쉽고 재미있는 방식으로 우주의 비밀―초중력에서 초대칭이론, 양자이론에서 M-이론, 홀로그래피에서 이중성까지―을 벗기려는 그의 탐구의 세계로 우리를 안내한다.

그는 초끈이론과 P-브레인이 이 궁극적인 수수께끼의 단서를 줄 수 있을지도 모르는 과학의 미개척 분야로 우리를 인도한다. 또한 그는 "아인슈타인의 일반상대성이론과 리처드 파인먼의 복수(複數)의 역사 개념을 결합시켜서 우주에서 일어나는 모든 현상을 설명할 수 있는 하나의 완전한 통일 이론을 만들려는" 그의 연구를 계속하면서 우리를 그의 가장 흥미로운 지적 탐험의 현장으로 안내한다.