우주를 이해하는 것이 가능할까? 인간은 빅뱅의 순간을 알아냈고, 우주가 확장하고 있다는 것을 알아냈고, 힉스 입자가 모든 물질을 설명할 수 있다고 생각했재만, 그 앎이 인간에게 가져다 준 것은 인간의 무지다. 물리학자들은 모든 힘, 에너지, 질량, 물질을 설명할 수 있는 우아하고 단일한 규칙을 찾아내고 싶어한다. 그러나, 그들이 현재까지 찾아내고 있는 것은 땜질에 땜질에 땜질 뿐이다. 물리학자들은 양자역학이 나타나기 전의 아인슈타인의 공식 E=mc^2과 같은 단 하나의 규칙이 우주의 모든 것을 설명하기를 바라지만, 가기 다른 영역의 과학은 제각기 다른 방식으로 동작할 뿐이다.
무언가를 발견한다는 것은 그 발견의 제곱에 해당되는 무지가 개척되었다는 뜻이기도 하다. 빅뱅의 순간에 존재했을 특이점(singularity)는 가장 지독한 미스테리이고, 그 어떤 기존의 물리법칙과도 소통되지 않는다. 힉스 입자의 발견이 기자들에게는 희소식이었을지 모르겠으나, 입자 물리학의 표준 모형의 완성도를 높여 주었지만 이것으로 우주에 존재하는 질량의 아주 일부분만을 설명할 뿐이다. 우주질량의 대부분을 차지하는 암흘 물질 역시 힉스입자 만으로는 알 길이 없다.
앞에서 나는 우주를 이해하는 것이 가능할까라고 질문해보았다. 아직까지 가장 똑똑한 물리학자들도 우주를 이해하지 못했으므로 우리같은 범인이 우주를 이해하려고 하는 노력조차 무용한 노력으로 보일지 모른다. 그렇다면 다른 물음을 물어보자. 우리가 현재까지 과학자들이 발견하고 알게된 우주의 원리들 혹은 우주의 사소한 팩트들을 이해하는 것은 가능할까? 물리는 너무 복잡하고 어렵고, 우주는 그 이해하기 힘든 물리를 기본으로 하고 있으므로 우주에 대한 현재까지 발견된 것에 대한 이해 역시 피상적인 수준에서 밖에는 이해할 수 없을 것이라는 사실은 드러난 결론일 지도 모른다. 전문가가 아니라면 말이다.
그렇다면 왜 책을 읽는가. 이 책은 그 답을 준다. 물리는 결코 쉽지 않다는 것을 알려주면서도 동시에 쉽지 않은 물리를 이해하고자 노력하는 과정이 그리 고통스럽지만은 않을 수도 있다는 사실을 저자 골드버그는 책의 전 내용을 통해 전한다. 물론 어렵다. 나는 내가 많이 쳐줘도 책의 1/5정도만 제대로 이해했다고 고백한다. 어려운 이론을 스킵하지 않고 끝까지 설명한다. 수식을 걷어내고 수식 속에 잠긴 개념을 조목조목 대충 얼버무리지 않고 끝까지 설명한다. 개념적 이해는 비유를 통해 잘 드러난다. 이해가 잘 안갔을 것 같은 부분은 다른 책에서 더 쉽게 설명한 비유를 가져오고, 그 비유의 문제점을 함께 지적하는 식으로 말이다.
우주는 대칭적이다라는 사실은 우주의 탄생과 그 우주의 가장 원초적인 입자의 대칭성에서부터 시작한다. 반물질이라는 말은 우리에게 뭔가 대단히 폭발적 위력을 가진 물질처럼 생각되지만, 물질을 구성하는 원자 내의 양성자와 전자의 전하가 바뀌어 반양성자와 음전하가 되면 그것이 반물질이다. 반물질의 세계는 거울나라의 앨리스가 다녀온 세계다. 인간의 심장이 오른쪽에 있는 사람이 있다면 그는 반사람일 것이다. 반사람이 사는 세계에서 모든 나사는 오른쪽으로 돌리면 풀어지고 왼쪽으로 돌리면 조여질 것이다 시계는 반대쪽 방향으로 돌 것 글씨는 모든 사람이 다빈치처럼 오른쪽에서 왼쪽으로 쓰고 생명체의 DNA나선은 왼나사 방향으로 꼬여있을 것이다. 약력은 물질세계와 반물질세계에서 거의 똑같이 작용하지만, 차이점이 있는데 그것은 스핀이라고 불리우는 물리량이다. 전자의 스핀방향과 반전자의 스핀방향이 반대이고 양성자의 스핀방향과 반양성자의 스핀방향이 반대이므로 물질과 반물질의 세계는 거울 속 세계처럼 모든 스핀이 반대가 될 것이다.
이 책은 반물질과 엔트로피, 상대성이론, 힉스입자, 중력, 블랙홀과 중력, 입자와 스핀 등 우주 물리학과 관련된 흥미로운 주제들을 대칭이라는 주제에 묶어서 전달하는, 유머와 지식을 고루 갖춘 밀도 높은 과학 서적이다. 대중적 과학서적에서 흔히 볼 수 있는 어려운 내용은 대충 넘어가기 식의 편집에서 벗어나 있으면서도 재미있게 쓰여진게 특징이다. 비록 여러 면에서 읽을만한 내공을 갖추지 못한 독자라 하더라도 그런 독자들을 위해 특히 배려한 점이 눈에 띈다. 물리학의 어려운 개념들은 덩굴처럼 계속 연결되어 있는데, 데이브 골드버그는 독자들에게 생소하거나 혹은 알아도 제대로 알지 못할게 뻔한 개념들을 나오는 족족 설명하면서도 맥락을 잘 지키면서 서술했다.
콕 찝어 이 부분이 더 유익했다라고 할 수 없을 만큼 다채로운 우주의 비밀들이 이곳 저곳에서 흥미롭게 펼쳐지지만 그 중에서도 학계에서 거의 알려지지 않은, 여성이어서 무보수로 일하면서 아인슈타인도 탄복할 대칭 이론을 발견한 에미 뇌터의 삶과 대칭 이론에 대한 성취를 다룬 장면이 인상깊었다. SF 소설과 영화에서 흔히 보아 왔던 공간 이동 장치의 입자 재합성의 원리, 얼마 전 인터 인터스텔라에서 흥미로우면서도 자세한 내막이 궁금했던 블랙홀과 시간이동에 대한 부분은 그 내용이 물리를 기반으로 하고 있음에도 불구하고 흥미 진진 손에서 뗄 수 없을만큼 재미있었다.
이해할 엄두도 내지못했던 표준입자모델에 대한 설명은, 입자의 종류도 많고 그들의 행동도 제각각이라 개념적인 이해는 힘들었지만, 책을 읽는 과정은 재미있었다. 그만큼 재미있게 저자는 독자가 흥미를 끝까지 잃지 않도록 배려하는 문체를 사용하였다. 물리와 우주에 대한 지식이 많은 사람이라면 완전 더 재미있을 것 같고, 잘 모르는 사람이라고 하더라도, 완전하게 이해하지 못하더라도 이해하는 과정의 즐거움, 이 캄캄한 우주를 조금씩 더듬어가고 있다는 것의 즐거움을 만끽할 수 있다.
*사소한 편집상의 오류들이 자주 눈에 띄었습니다. 예 우리은하에 지구같은 행성 800개 ==> 800억개일듯