대칭을 통한 현대 물리학 흐름을 한 권으로 - 백미러 속의 우주

백미러 속의 우주 - 대칭으로 읽는 현대 물리학
데이브 골드버그 지음, 박병철 옮김 / 해나무 / 2015년 6월

'백미러 속의 우주'는 대칭이라는 관점으로 다양한 영역의 현대 물리학을 설명한 책이다.    이 책은 반물질에 관한 이야기로 시작되는데, 반물질 하면 내 머릿속에 떠오르는 것은 엄청난 폭발이다. 만화나 영화에서 반물질을 표현 하는데, 반물질의 존재와 만나 접촉하면 양쪽 우주가 붕괴된다느니, 엄청난 폭발로 멸망한다는 이미지를 심었기 때문이다. 첫 장부터 내 관심을 끌기 충분한 주제였다. 맹렬한 뜨거움과 화염을 상상하며, 책을 봤다. 물론 반물질이 그런 존재가 아니라는 것은 이미 알고는 있었지만, 머리와 마음이 따로 놀았다고 할 수 있다.

물론 이 책은 정확한 사실을 얘기하는 책이기에 폭발과 혼돈스런 장면은 없다. 그보다는 이상한 나라의 엘리스를 등장시켜 반물질의 나라, 거울 속으로 들어가 반물질에 대한 정확하고 알기 쉬운 설명을 하고 있다. 그리고 반물질을 찾는 과정을 통해 우주 탄생의 순간에 어떤 대칭적인 현상이 일어났으며, 반물질의 존재가 소수인 이유를 말하고 있다.

이어지는 엔트로피와 우주원리 단원을 통해 평행 우주에 대한 사고로 이야기를 확장하는데, 아무리 새로운 우주가 있다고 해도, 강력, 약력과 같은 기본적 요소의 값이 일정 이상 차이지지는 않을 것이라는 거다. 만일 이 값이 너무 크거나 작게 되면, 우주 생성 시기에 빠르게 붕괴하거나 아예 반응이 일어나지 않아 지금의 우리 우주와 같은 형태를 이루지 못하게 될 것이라는 것이다.

그리고 위대한 여성 수학자 에미 뇌터의 이야기를 통해 시간과 공간의 불변성이 에너지, 운동량 보존으로 이어지는 것을 밝히고 있다. 사실 이 장은 이론 설명도 중요했지만, 여성이라는 이유로 힘든 길을 걸어온 에미 뇌터의 삶을 보고 많은 생각을 하게 한 곳이다.

이 밖에 상대성이론 편에서는 실시간 통신이 불가능한 이유도 알아보고, 블랙홀에 대해 자세히 알 수 있다. 일반적으로 블랙홀이  빛마저 삼킨다고 알고 있었는데,  호킹 복사를 통해 일부 에너지가 방출됨을 알 수 있었고, 이를 통해 블랙홀의 운명도 예측 가능하게 되었다.

난 무엇보다 시간을 앞으로 뒤로 마음대로 바꿀 수 있는 차원 존재에 대한 사고 부분이 재미있었다. 시간을 마음대로 할 수 있는 차원은 신의 차원이라고 생각을 해왔던 부분도 있었는데, 여러 시간이 동시에 있다면, 내가 태어나지도 않은 시간, 죽은 시간 등이 공존해야 하고, 공룡시대와 미래의 세계가 섞이는 많은 문제가 생긴다. 즉 실제 존재가 불가능한 차원인 것이다. 수학적 도움이나 컴퓨터 시뮬레이션 없이도 재미난 생각의 시간을 가질 수 있었다.

비록 이 책이 다양한 물리 이론을 쉽게 설명하고 있고 수학적 증명, 수식은 없지만, 양자 역학, 페르미온, 스핀과 같은 일부 기초 지식은 좀 필요하다 생각한다. 한번 읽어 이해하기 어려운 부분도 있다. 그러기에 소설처럼 막 진도 나가는 식으로 읽기보다는 천천히 읽고 머릿속으로 상상하며 자신의 생각을 비교하는 것이 더 좋을 것이다.

어려운 곳도 있지만, 이 책은 최근의 현대 물리학을 전반적으로 다루고 있으므로 물리학의 흐름을 파악하는데 큰 도움이 된다고 생각한다. 특히 현대 과학은 실험과 검증을 통해 과거의 잘못된 이론을 빠르게 수정하고 바꾸고 있기 때문에 최근의 움직임을 아는 것도 중요하다고 생각한다.

그러고 보니 아인슈타인의 상대성이론이 발표된 지 벌써 100년이 넘었다. 엄밀히 말하면 1905년에 특수상대성이론을 발표했고, 1916년에 일반상대성이론을 발표했다. 여태 최신 물리학으로 알고 있던 것이 벌써 100년 된 이론이라는 거다. 그 당시 한국은 대한제국시대였다. 그 생각을 하니 뭔가 내가 한심하다는 생각이 든다. 비록 내가 물리학자는 아니지만, 100년된 물리 이론도 제대로 이해 못한다니 하는 생각 때문이다. 그나마 '백미러 속의 우주' 덕에 간신히 흐름이라도 알 수 있게 되어 기쁘다. 나의 무지함이 조금 더 줄어들어 기쁘다.