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[월요일의 북두칠성] '시간의 끝'에 이르러 모든 걸 다 설명해 줄 '단 하나의 방정식'
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[월요일의 북두칠성] '시간의 끝'에 이르러 모든 걸 다 설명해 줄 '단 하나의 방정식'
  • 양태진 기자
  • 승인 2022.06.24 10:05
  • 댓글 0
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'책(Book)' '두' 권에 깃든 각 '일곱(7)'개의 작은 '별(星)'들로, 한 번쯤 읽어 볼 만한 책들의 선별을 돕는 시간. 오늘밤도 '북두칠성'의 가이딩을 따라 혼삶의 길, 쉬이 열어갈 수 있기를.

새옹지마식 인생살이의 본질과 미래를 알고 싶은 건 당연지사. 그런 호기심의 발로로 우주의 근원과 궁극을 탐미하는 물리학이란 삶을 일깨우는 또 하나의 세상일지 모른다. 그것이 시간의 방정식이 됐든, 아니면 밤하늘에 빛나는 북두칠성이 됐든 말이다.

(시사캐스트, SISACAST= 양태진 기자)

0+1=0. 그 무엇도 존재하지 않는 '0'에서 출발한 빅뱅이론은 단 하나의 점을 지나 다시금 스스로를 형성케한 '0'으로 돌아온다. 이런 방정식 하나에도 꽉 들어찬 쫄깃쫄깃한 우주물리학이란, 그 물질을 제대로 볼 줄 아는 타고난 천재 미식가(?)들만의 전문 영역이란 점은 쉽게 부인할 수 없는 사실.

그렇기에 더더욱, 물리학자들만의 전문성으로부터 결코 가까워지기 힘든 대중의 입장에서라면, 물질 그 자체를 탐미하는 일로 하여금 얼마나 더 큰 행복을 얻어낼 수 있을지, 다시 말해 그 연장선상으로의 예지력 및 상상력, 또는 그 원천이 될 만한 호기심 등을 충족하는 것 외에는 뭘 더 얻어 낼 수 있을지 심히 궁금히 여기지 않을 수 없는 터,

 

 

천체 물리학자들은 우주와 현실 간의 풀리지 않는 비밀 속 수많은 교집합들을 찾아내 작고도 큰 성과들을 집대성해 왔다. 그 성과 중 하나의 것으로, 우주 바깥의 정보를 끊임없이 구축해낼 수 있는 대형 안테나의 모습 스틸컷.(상단) 알 수 없는 길들의 연속 선상을 지나 그 동굴 끄트머리에 이르러 마주한 빛은, '이해하기 어려웠던' 깊은 어둠 속에서 끝까지 살아남은 데 대한 충분한 보상이 되고도 남는 것일 것이다. 이 또 다른 행복과 마주할 수 있는 독자들이 될 수 있길.(하단)(사진=픽사베이)

다른 건 몰라도, 무엇보다 존재 안에 깃든 비밀 들을 풀어내려는 행위 만으로 그간 놓치고 살아온 또 다른 행복의 원천에 문 두드리고 있는 건 아닐지. 그것도 아니라면, 위에서 말한 그 무엇도 존재하지 않는 영원의 영역, 다시 말해 소멸 직전을 향해가는 영혼들의 과장된 몸짓과 몸부림 정도에 그저 만족하고 있는 건 아닐지.

이러한 모든 물음에 지적으로 반응하는 책들은 차고 넘치지만, 그 중에서도 가장 최근, '시간'과 '방정식'이라는 두가지 키워드를 차용함으로서 우주 역사를 비롯한 이론물리학의 최정점에 놓인 다양한 통찰들을 대중들로 하여금, 지근거리에서 호흡할 수 있도록 하는 눈부신 시도가 일어나고 있다. 그 중심에 버티고 선 두 물리학자들만의 비상한 의식 세계를 통해, 다소 전문적이기만 한 동굴 안 탐험을 두 눈 똑바로 뜨고 감행해 보자. 그럼 또 누가 알까. 그 끄트머리에 이르러, 새로운 행복의 빛줄기 하나가 우리의 두 눈을 깜빡이며 다소곳이(또는 격하게) 반겨줄지.

 

 

◐ '두' 권 중 하나, <엔드 오브 타임> ('브라이언 그린' 지음, '박병철' 옮김, 출판사 '와이즈베리')

우주를 얘기하는 공감 에세이는 그리 많지 않다. 그 조차 너무 전문적이기에 그렇기도 하겠지만, 보다 친숙한 표현들로 대중적 이해도를 높이려 애쓴 흔적이 역력한 이 책을 접하다 보면 그것이 얼마나 쉽지 않은 시도인지, 아주 조금은 짐작해 볼 수 있다. 그런 고뇌가 절절이 점철된 이론물리학 책, <엔드 오브 타임>의 메인 표지 스틸컷.(사진=시사캐스트)

태초 이래 우주는 현상과 실체 사이에서 무수한 진리를 양산해 왔다. 그 역사를 들춰내다 보면, 여느 일탈의 경우 또한 쉬이 간과할 수 없는 법. 하지만, 결국 거대한 시간 단위 하에 쪼개진 한 인간으로서의 미미한 찰라식 존재감은, 그저 이 세상을 경외심에 찬 눈 빛으로 바라보지 않을 수 없도록 하고 있는데,

이러한 겸손 마인드를 장착한 천체물리학계는 물론이고, 대중으로부터도 많은 주목을 받고 있는 물리학자 '브라이언 그린'. 그는 컬럼비아대 물리학 및 수학과 교수이면서도, 일명 '초끈이론'*의 대가다운 역량으로, '영원'이란 굴레 안에 깃든 무한한 신적 능력이 유한한 시간 안에서 얼마나 고귀하고 위대한 세계를 창조해 낼 수 있는지를 여러 다양한 접근 방식을 통해 눈부신 분석을 내 놓고 있다.

*초끈이론 : 0차원의 입자 대신, 모든 만물은 1차원의 끈으로 이루어져 있다는 가설대로, 0+1 차원의 입자가 아닌, 시간이 포함된 1+1차원의 끈들이 모여 소립자를 이루면, 그 끈들의 서로 다른 진동 패턴과 장력으로 소립자의 패턴(질량 등)이 정해진다는 이론이다. 여기서 '초'는 초대칭의 의미를 내포하고 있다.

 

 

빅뱅 현상 내 모든 물질이 초끈이론의 면모를 보이며 폭발하는 모습. 이를 상징화한 이미지.(상단) 영국의 위대한 수학자이자, 논리 철학자였던 버트런드 러셀의 모습. 사회 운동가이면서 평화주의자이기도 했던 그는 다방면에 걸쳐 놀라운 업적을 남김과 동시에, 현대 주류 철학 중 하나인 분석철학을 창시하기도 했다. '비트겐슈타인'과 같은 뛰어난 인재를 양성한 교육자로서도 특히 유명. '인도주의 원칙과 철학(1950)'이라는 저술로 노벨문학상을 수상했다.(하단)(사진=픽사베이,위키)

그 중에서도 시간에 관한 본격적인 이야기를 풀어가기 시작하던 저자 '브라이언'은 한때 창조주의 존재 자체를 부정하는 듯한 표현으로, 물의 아닌 물의(?)를 일으켰던 '버트런드 러셀 (Bertrand Russell)'*을 과감히 끌어들이면서,

 

"과학적 증거에 비춰 볼 때, 지구는 비참한 결말을 향해 나아가고 있으며, 우주 전체도 결국은 죽음을 맞이할 운명이다. 이것이 존재의 목적이라면 나는 그 목적을 추구하고 싶지 않다."

 

라고 한 그의 말을 인용, 유럽의 산업혁명에 가히 주도적인 역할을 해 낸 '증기 기관'의 물리적 원리 중, '열역학 제2법칙'*을 강조하면서, 모든 물질과 에너지가 지닌 소모성, 퇴화성, 그 쇠퇴 할 수 밖에 없는 성질에 귀 기울일 수밖에 없도록 하고 있다.

*열역학 제 2법칙 : 열에 관한 4가지 법칙 중 하나로, 특히 에너지 보전을 다루는 제 1법칙과 긴밀히 연결되어 있다. 이에 볼츠만 통계 이론을 내세운 저자 '브라이언'에 따르면, 폭발 전 다이너마이트의 에너지가 낮은 엔트로피(질서에서 무질서로 바뀌는 상태)가 응축된 고품질의 상태라 할 때, 폭발 이후의 에너지는 높은 엔트로피로서 저품질의 상태로 대응될 수 있단다. 이처럼 시간이 흐를수록 에너지의 품질이 저하된다 일걷는 것이 바로 열역학 2법칙. 미래가 과거와 다를 수 밖에 없는 이유 또한 이 높아지는 엔트로피로서 설명될 수 있다고 한다. 우리가 잘 아는 빅뱅 이론 또한 마찬가지. 
 

 

 

1800년 대 중반, 수공업을 기계공업으로 대체시킨 증기기관의 문제는 소비된 연료에 따른 효과, 즉 '열효율'이 심각하게 낮다는 것이었다. 저자는 이에, 열로 인해 태워진 나무와 석탄 찌꺼기(열의 95%)가 환경에 심각한 악영향을 미치는 것을 목도한 당시의 과학자들이 증기 기관의 원리를 파고들어 '열역학 제 2 법칙'을 탄생시킨 사례를 전하고 있었다.(상단) 빅뱅 이후의 우주가 그저 아름답다 느끼는 건, 모두 같은 생각이지 않을까.(하단)(사진=픽사베이) 

하지만, 러셀이 남긴 이 주장을 반박할 여지는 충분해 보인다. 이에 저자도 같은 관점을 고수, 과학을 좀 더 깊이 이해하기만 한다면 - 물론 러셀이 잘 이해 못했다는 말은 아니겠지만 - 빅뱅 이후의 우주가 얼마나 아름다운 모습으로 질서와 법칙을 창출해 내 왔는지, 또 위대한 생명들의 출몰이 얼마나 이 세상을 풍요롭게 다듬어 낼 수 있었는지를 알 수 있다며, 이러한 사실들을 기반으로 한 물리적 사례들을 통해, 한없이 뒤엉켜 보이는 현실 속 다양한 이론 들을 제 맘 껏 풀어 헤쳐 놓고 있다.

생명에 필요한 에너지를 상세히 분석해 내는가 하면, 그 안에 깃든 감정과 그것으로서 발현되는 인간의 마음, 곧 그것들이 놀라운 이야기들로 변모될 수 있었음에, 그 형태가 신화가 됐든, 종교가 됐든지 간에, 인간에게 있어 영원에 반하는 가치로서의 '시간의 끝'이 곧 위대한 영혼의 길잡이가 될 수 있었음에, 저자 '브라이언 그린'은 마지막 한 문장에서까지 이 모든 존재들에 대한 경탄을 마지 않고 있다.


 

한 생명으로서의 인간이 숭고한 꿈을 꾸고, 또 그 영혼을 길들일 수 있기 까지의 그 놀랍고도 아름다운 여정의 시작을 상징화 한 이미지 한 컷.(상단) 저자 '브라이언 그린'(오른쪽)은 마블 영화 <앤트맨>의 주인공으로도 유명한 배우 '폴 러드'(왼쪽)와 함께, 아인슈타인의 상대성 이론에 관련한 오디오북 제작에 참여하기도 했다. 이런 식으로 이론물리학의 대중화를 위해 발로 뛰어온 '브라이언'만의 노력은 그의 또 다른 저서들을 통해서도 쉽게 만나 볼 수 있다.(하단)(사진=픽사베이, Audible)

⊙ <엔드 오브 타임>만의 반짝이는 '칠성(星)' 문장표  

1★ : 우리는 왜 특정 방향으로 진행되는 사건에만 익숙하고, 반대로 진행되는 사건은 볼 수 없는 걸까? (p.49)

2 : 미스터리를 풀려면 가능한 한 많은 이야기를 수집하여 다양한 각도에서 바라볼 필요가 있다. (p.112)

3★ : 그토록 다양한 지구 생명체들이 이런 공통점을 갖고 있다는 것은 이들이 하나의 조상에서 비롯되었음을 보여 주는 강력한 증거다. (p.135)

4 : 우리는 자연의 가장 기본적인 단계에서 작용하는 법칙을 직접 볼 수 없기 때문에 자신의 선택이 자유의지를 발휘한 결과라고 믿는다. (p.217)

5★ : 내가 자유로운 것은 물리 법칙을 마음대로 바꿀 수 있기 때문이 아니라, 나의 거대한 내부 조직이 나로 하여금 자유롭게 반응을 보일 수 있도록 해방시켰기 때문이다. (p.220)

6 : 사실 스토리텔링은 다른 사람의 마음을 움직이는 가장 강력한 수단이다. (p.254)

7★ : 그리고 성공적인 집단이 되려면 이야기를 통해 들은 다양한 경험을 꿰뚫어 보는 통찰력이 있어야 한다. (p.255)

8우리가 존재하는 짧은 시간은 우주의 역사를 통틀어 매우 희귀하고 특별한 시간이다.(p.455)

 

 

 

 

◐ '두' 권 중 두울, <단 하나의 방정식> ('미치오 카쿠' 지음, '박병철' 옮김, 출판사 '김영사')

아인슈타인의 업적 중 가장 위대한 '통일장 이론'* 연구를 평생의 사명으로 생각해온 '미치오 카쿠'. 그가 쓴 이 책은 뇌와 우주 탐사 등 다양한 주제를 다룰 줄 아는 이론 물리학자로서의 놀라운 통찰을 통해, 자연의 힘들은 왜 통일되어야만 하는지와 그것들의 기원에 관한 주도면밀고도 다채로운 시각들을 결코 무겁지만은 않은 시선으로 전하고 있다. 이 책의 메인 표지 스틸컷.(사진=시사캐스트) 

모든 이치를 꿰뚫고 있는 한 인간이 존재한다고 가정해 보자. 과연 그(또는 그녀)는 매순간 행복해 할 수 있을까? 물론, 이에 대한 상상이 결코 쉬운 것만은 아니다. 하지만 결국 새로운 이치를 깨닫기 전, 그 싱싱한 날 것으로서의 호기심의 경우 - 위의 '초인'과도 같은 인물은 결코 경험할 수 없는 - 그저 미약하나마 불완전하기만한 우리 인간 만이 누릴 수 있는 그런 행복의 원천이 아닐지.

그러한 호기심을 바탕으로 행복을 안고 날아오른 수많은 '상상'들은 곧, '현실과의 괴리'로 인해 그 날개가 부러지는 우가 범해지고 마는데, 이에 땅으로 떨어지고 만 '상상'을 소리소문없이 잡아 먹고 마는 '현실'이란 키워드. 이를 다시 뒤집어 보면, '상상이란 날개를 단 호기심'이라면, 우릴 진정 행복한 세상으로 안내해 줄 지도 모른다란 얘기가 된다.

*통일장 이론 (unified field theory) : 자연의 4가지 힘(중력, 전자기력, 약력, 강력)이 결국 하나였다는 이론으로서, 유명해지게 된 계기는 '아인슈타인'이 말년에 몰두했던 이론이었기 때문이다. 모든 힘을 하나의 장으로 나타내려던 그의 노력은 결국, 중력과 전자기력의 통합을 시작으로, 양자역학을 거부, 숨을 거두는 그날까지도 통일장 이론에 대한 계산에 몰두했다고 전해진다. 이후 이 이론은 뉴턴의 고전 물리학과 아인슈타인의 상대성 이론에 이어, 현대 물리학계의 또 하나 거대한 목표가 되어 있다.

 

 

날개를 단 '상상'의 여신이 보다 환한 빛의 세상을 열어주는 이미지 스틸 컷.(상단) 이 책의 저자인 일본계 미국인, '미치오 카쿠'(오른쪽)는 '끈 장이론(String field theory)'의 공동창시자로서, '평행우주'에 관한 견해를 과학 전문TV 및 라디오 프로그램, 그리고 각 종 다큐영화 등에 보급하면서, 과학 대중화의 거대한 지평이 열리는데 적극 참여하고 있다. 요즘 가장 핫한 이슈로 자리잡은 UFO, UAP 현상에 관한 다큐에서 드라마 <스타트랙>으로도 유명한 할리웃 영화배우 '윌리암 샤트너'(왼쪽)와 함께 모습을 드러낸 후, 그와 찍은 사진 스틸컷.(하단)(사진=픽사베이, IMDB)

이러한 행복을 추구하는 어느 정점의 위치에 선 물리학자. 그가 바라보는 세상은 그 어떤 역사 속 물리학자들과도 자유로운 교류가 가능한 것이었기에, 자신 만의 놀라운 깨달음 또한 이 책을 통해 꺼내 놓기가 매우 수월해 보이는 것도 사실이다. 넘치는 근거들로 여러 물리학의 원리들을 인간의 내적 욕망과 적절히 섞어 버무릴 줄 아는 저자 '미치오 가쿠'는, 그가 섭렵해온 물리법칙, 그 이상의 '신의 마음'에도 다가설 수 있을지 모를, 그런 단 하나의 공식을 찾아 질주하기 시작하는데,

이러한 물리학적 '상상'의 날개를 펼치는 것만으로도, 그 궁극의 지점에 쓰여 있을 '단 하나의 방정식'이 언젠가는 우리의 두 눈 앞에도 펼쳐질 수 있게 될지 모른다. 하지만, 그 모든 것들이 단 하나의 것으로 일축되는 순간, '호기심'이란 또 하나의 인간적 희열의 영역은 크나큰 아쉬움만을 남긴 채, 영원히 소멸되어 버릴 지도 모를 일.

 

 

군인과 전문 과학자들로 구성된 팀이 최첨단 군용장비를 동원하여 UFO 및 UAP 현상을 쫓아 그 실체를 밝혀간다는 내용의 다큐멘터리, <A Tear In the Sky (2022)>의 메인 포스터 중 하나.(좌측) 파라마운트 사이언스 서밋의 특별 라이브 녹화에 함께 참여한 이 책의 저자 '미치오 카쿠'(왼쪽)와 이번 코너의 첫 번째로 다룬 책, <엔드오브타임>의 저자 '브라이언 그린'(오른쪽)의 모습. 끈 이론 전문가로서 모인 이들은 블랙홀과 다중우주, 빅뱅 등과 같은 모든 이론을 설명하는데에 언젠가는 '끈 이론'이 매우 중대한 역할을 할 것임을 강조한 바 있다.(우측)(사진=IMDB)

그것이 뭐가 됐든, 그런 놀라움의 끝에 이를 수 있도록 해 줄 이론 중 하나가 바로 '끈이론(string theory)'이란 것인데, 위의 또 다른 책에서도 제시 됐던 이 이론이야말로, - 우주 최소 단위인 고리형 끈 하나가 물질 내 모든 입자들을 다 똑같이 설명해 줄 수 있을 거란 점에서 - 현 이론 물리학계 내 가장 설득력 있는 능력을 발휘하고 있다고 저자는 전한다. 하지만, 아직까진 전자와 쿼크, 뉴트리노 등을 형성시키는 이 초미세 고리형 끈의 진동 만큼은 전혀 눈으로 확인할 수 없다는 것이 다소 아쉬움으로 남는 상태.

이와 더불어 저자는 자연에 존재하는 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력의 4가지 힘들이 하나로 통일된 이론으로 밝혀질 수만 있다면, 빅뱅 이전의 비밀은 물론, 블랙홀과 시간 여행, 웜홀(wormhole) 및 고차원 공간, 그리고 다중우주 또는 평행우주(multiverse)의 실체도 쉬이 밝혀낼 수 있을 거라 확신하는데, 곧 이를 위해 온갖 노력을 경주해 온 수많은 과학자들의 탐구과정과 그들이 남긴 눈부신 업적들에 한가득 경외심을 담아내던 그는 '스티븐 호킹'의 유명 저서인 <시간의 역사> 속 글귀 하나로 성대한 마무리를 짓는다. 

 

 

다중, 멀티 우주를 상징화한 입체적 그림 스틸 컷.(상단) 이 책의 그림-12로서, "시간이 처음 흐르기 시작했을 때, 우주의 모든 입자는 거대한 대칭을 통해 하나의 힘(초힘)으로 통일되어 있었다. 그러나 이 상태는 오래가지 못하고 붕괴되어 제일 먼저 중력이 갈라져 나왔고, 얼마 후 강력과 약력이 분리되면서 초힘의 직계후손인 전자기력만 남게 되었다."는 가설을 알기 쉬도록 넣은 삽화 중 하나. "그 결과 지금의 우주는 대칭이 완전히 붕괴되어 각기 다른 네 종류의 힘이 존재하고 있다. 힘을 하나로 통일한다는 것은 이들이 하나로 통일되어 있던 과거로 되돌아가서 초힘의 특성을 규명한다는 뜻이다."(하단 좌측), 우주론과 양자 중력 연구에의 커다란 기여도 모자라, 보다 많은 대중들이 쉽게 접할 수 있는 알기 쉬운 과학서적을 수차례 저술한 유명 이론물리학자 '스티븐 호킹'의 모습. 지난 2018년 3월에 작고한 그의 삶은 전기 영화 <The Theory of Everything (2014)>으로도 제작된 바 있다.(하단 우측)(사진=픽사베이, IMDB)

 

"완벽한 이론이 발견되면 처음에는 일부 과학자들만 이해하겠지만, 시간이 흐르면 결국 모든 사람들이 이해하게 될 것이다. 그러면 '우주와 우리는 왜 존재하는가?'라는 ...... 이 질문의 해답을 찾는다면 인류 역사상 가장 위대한 승리로 기록될 것이다. 오랜 세월 동안 무지한 상태로 살아왔던 인간이 드디어 신의 마음을 알아냈기 때문이다."

 

⊙ <단 하나의 방정식>만의 반짝이는 '칠성(星)' 문장표  

1☆ : 화학은 끈으로 연주한 멜로디이며, 우주는 이들이 모여서 만들어진 장엄한 교향곡이다.(p.11)

2☆ : 과학자들은 뉴턴의 법칙 덕분에 행성과 혜성의 비밀을 풀 수 있었으며, 여기서 탄생한 뉴턴역학은 현대의 고층빌딩과 제트엔진, 비행기, 기차, 교량, 잠수함, 로켓 등의 이론적 기초가 되었다. (p.31)

3☆ : 조물주가 복잡다단한 시계(우주)를 만들어서 태엽을 끝까지 감아놓고 방치해 놓았는데, 우리가 태엽의 운동방정식을 알고 있다면 그 시계의 거동은 언제든지 예측 가능하다. (p.97)

4☆ : 양자역학에 의하면, 어떤 경우에도 정보는 사라지지 않는다. (p.162)

5☆ : 블랙홀의 반대편에는 과연 무엇이 있을까? (p.169)

6☆ : 끈이론은 거의 10년마다 한 번씩 혁명적인 변화를 몰고 오면서 자연에 대한 우리의 관점에 대대적인 수정을 가해왔다. (p.235)

7☆ : 개개의 우주는 아주 짧은 시간에 탄생하지만, 다중우주 전체는 영원히 존재할 수도 있다. (p.248)

8☆ : 여름날 불어오는 따스한 미풍에서 타오르는 석양에 이르기까지, 우리를 에워싼 대칭은 태초에 존재했던 거대한 대칭의 파편이다. (p.261)

 

SF식 넘치는 상상의 나래를 펼쳐가는 과정에서나, 제대로된 천체물리학적 검증 또는 전문 과학 영역 내 근거 자료들이 필요할 경우, 그럴 때마다 보기 좋게 꺼내 볼 수 있는 아주 좋은 두 양서가 아닐까 싶다. [시사캐스트]


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