고등학생, 책으로 세상읽기 ③

글쓴이 : 강범수 세종과학예술영재학교

사진(짧고 쉽게 쓴 '시간의 역사'/ 지은이 스티븐 호킹, 레너드 믈로디노프/ 옮긴이 전대호/ 펴낸곳 까치)

원제 : A Briefer History of Time (2005년)

우리가 보고 있는 세상과 그리고 보이지 않아도 존재하는 세상이 있다. 바로 상상력과 과학이 필요한 순간이다. 태양은 낮에 존재하고 달은 밤에 존재한다. 어둠이 있어야 별은 반짝였고 그들에겐 늘 규칙이 있었다. 하늘 너머 우주 그리고 우주 너머의 세상은 우리와 시간과 공간을 사이에 두고 어마어마한 거리로 떨어져 있다.

하늘과 우주에 대한 동경은 언제부터였을까? 아마도 ‘태양이 지구를 중심으로 돈다’는 천동설을 부인했던 코페르니쿠스 그 훨씬 전, 인류가 하늘을 보기 시작하면서부터이지 않았을까. 그리고 지금까지도 우주는 동경의 대상이다.

이 책의 핵심은 우주과학과 물리학의 통일이론이다. 즉 ‘과학의 본질은 무엇이고 우주는 어떻게 진화되었는가?’ 에 대한 답이다. 따라서 빅뱅으로 만들어진 우주와 어쩌면 신의 세상일 수 있는 빅뱅 이전의 알 수 없는 시간이 있기에 과학과 철학이 유기적으로 결합할 수밖에 없는 이유인가 보다.

"그래도 지구는 돈다"라고 말했던 갈릴레이에서부터 우주의 시간여행은 시작되었다. 뉴턴은 태양계의 모든 천체 운동을 지배하는 힘인 중력은 우주의 모든 물질 입자들 사이에 존재한다고 생각했고, 이전의 천문학자들이 관측했던 우주에 관한 원리들을 수학적으로 접근하고 계산함으로써 행성의 운동과 위성의 운동에도 적용시켰다. 즉 뉴턴의 중력법칙에 따라 지구와 달의 행성들의 궤도를 정확히 예측할 수 있었다.

뉴턴의 중력이론을 바탕으로 ‘물체와 시공간의 상호작용’이라는 일반상대성이론으로 발전시킨 아인슈타인은 특수상대성이론이라는 과정을 거쳐 완성되었다. 그 이론은 중력이 다른 힘들과 같은 종류의 힘이 아니며, 과거에 생각했던 것처럼 시공이 평평하지 않기 때문에 발생하는 결과라는 혁명적인 주장에 기초했다. 공간과 시간은 역동적인 양이며 우주에서의 중력장이 시간과 공간을 휘게 변화시키고 시공의 구조는 물체가 움직이고 힘이 작용하는 방식에 영향을 미친다는 것이다.

우주여행의 끝에는 빅뱅과 블랙홀이 있다. 뉴턴의 중력(만유인력)이론과 아인슈타인의 일반상대성이론으로 우주에서의 시간의 출발점인 빅뱅과 시간의 끝인 빅크런치, 그리고 블랙홀을 형성하는 국부 영역들에서의 특이점들을 설명한다. 그럼에도 불구하고 우주에 얽힌 수수께끼는 여전히 존재하며 그것을 풀기에는 어렵다.

‘한 번쯤 머릿속으로 그려봤을 '타임머신'은 과연 상상으로만 그칠 것인가?’, ‘아니면 현실 가능한 것일까?’, ‘우주의 시작과 끝은 있을까?’, ‘블랙홀 너머의 세상은 있을까?’ 이전의 과학자들이 우주에 대한 물음에서부터 연구를 시작했듯이 나 또한 우주에 대한 관심으로부터 우주와 우주 너머의 세상을 꿈꾸기 시작한다. 아인슈타인의 일반상대성이론은 여전히 어렵지만 물음에 대한 답을 찾으려 노력한다면 좀 더 가까이 가지 않을까 생각해본다. 바로 이 책이 그 물음에 대한 답이다.

‘양자역학과 일반상대성이론을 통합하면, 과거에는 없었던 새로운 가능성이 열릴 것이다. 즉 시공간의 특이점이나 경계가 없는 유한한 4차원 공간을 형성할 수 있을 지도 모른다는 가능성이 그것이다.’