물리학의 성배를 찾아서

단 하나의 방정식 - 궁극의 이론을 찾아서
미치오 카쿠 지음, 박병철 옮김 / 김영사 / 2021년 11월

 오랜만에 미치오 카쿠의 책을 읽었다. 한 때 그의 책에 빠져서 많이 읽었다. 이 책 역시 좋았다. 물리학의 성배, 단 하나의 방정식, 궁극의 이론, 통합이론을 찾아 나서는 물리학의 역사를 잘 보여주는 책이다. 

 끈이론에 대해 좀 더 상세하게 알게 되어서 좋았다. 미치오 카쿠는 끈이론의 전문가이다. 미치오 카쿠도 평생을 걸쳐 물리학의 성배를 찾고 있는 모험가이다. 그는 끈이론을 통합이론에 가장 유력한 후보로 꼽는다. 최근에 브라이언 그린의 <엔드 오브 타임>을 읽었다. 그 책에서 말하길 최근에는 끈이론을 통합이론의 유력한 후보로 꼽는 물리학자들이 많이 줄어들었다고 한다. 그 이유는 끈이론은 실험으로 입증하기 어렵거나 불가능하기 때문이다. 끈이론이 옳다면 11차원과 다중우주를 인정해야 한다. 하지만 우리는 다른 차원을 관측하거나 다중우주와 소통하거나 입증할 수 있는 방법이 없다. 끈이론은 이론적으로는 단순하고 완벽하지만 한계를 가지고 있다. 그래서 한 때 각광받았지만 끈이론은 현재 힘이 많이 빠진 상태라고 한다. 과거를 돌이켜보면 실험으로 입증할 수 없어서 잊혀지거나 무시당했지만 몇 십년, 몇 백년, 몇 천년 후에 실험으로 입증되는 이론들도 많다. 

 과연 미래에 우리는 우주를 설명할 수 있는 단 하나의 방정식을 밝혀낼 수 있을까? 상상만 해도 가슴이 뛴다. 만약 그 방정식을 밝혀낸다면 우리는 우주의 시작과 끝, 그리고 우주의 시작 이전, 블랙홀의 내부까지 설명할 수 있을 것이다. 우리가 몰랐던 수많은 사실들을 밝혀낼 수 있을 것이고 문명에 엄청난 혁신을 가져올 수 있을 것이다. 

 지금까지 새로운 과학지식이 발견되면 그에 따른 기술의 발전도 함께 왔다. 증기기관, 우주선, 핵폭탄, 트랜지스터, 인터넷, GPS 등이 그렇다. 우리가 발명한 것들은 대부분 과학적 사실과 이론을을 기반으로 한다. 물론 그렇지 않은 것들도 있지만. 

 단 하나의 방정식이 무엇인지에 대해서 이야기하는 게 너무 늦었다. 단 하나의 방정식이란 네 개의 힘을 통합하는 하나의 이론을 말한다. 우주를 구성하는 힘은 네 개가 있다. 네 개의 힘은 중력, 강한핵력, 약한핵력, 전자기력이다. 중력을 설명하는 이론은 상대성이론이 있다. 그리고 강한핵력, 약한핵력, 전자기력은 표준모형이라는 하나의 이론으로 통합된다. 하지만 상대성 이론과 표준모형이 좀처럼 하나로 합쳐지지 않는다. 끈이론은 이 둘을 통합하지만 실험으로 검증되지 않았다. 

 통일이론을 완성하고자 했던 아이슈타인의 꿈은 과연 언제 이루어질 수 있을까? 아니 애당초 통일이론이 존재하기나 한 것일까? 

 끈이론에 대해 들어봤지만 무엇인지 궁금해하는 사람들에게 이 책을 권한다. 물리학의 역사를 단 한 권으로 쉽게 접해보고 싶은 사람들에게도 추천한다. 미치오 카쿠는 대중과학서를 쓰는 훌륭한 과학자이다. 

읽어야 할 미치오 카쿠 책

 미치오 카쿠의 책을 좋아한다. 어떤 책은 읽었고 어떤 책은 안 읽었는지 헷갈린다. 그래서 정리할 겸 페이퍼를 쓴다.

 나머지 책은 다 읽은 거 같고 최근 출간된 두 책은 안 읽은 거 같다. <초공간>은 20년 만에 재출간 된 책이다. 책은 사서 읽어야 하지만 일단 이번 달은 책을 안 사기로 했으니 최대한 도서관을 이용해봐야겠다. 

21세기를 주도할 첨단기술혁명

비전 2003
미치오 가쿠 지음, 김승욱 옮김 / 작가정신 / 2000년 5월

 미치오 가쿠는 끈 이론, 평행우주론의 창시자이자 뉴욕시립대학교 물리학과 교수, 이론물리학계의 세계적 석학이자 독보적인 미래학자로 손꼽힌다. 그의 책 대부분을 매우 재미있게 보았다. 전부다 평점 5점이었는데 이 책은 5점은 못 주겠다. 재미있게 읽긴 했지만, 중간중간 지루하기도 하고 책도 두꺼워서 완독하는데 굉장히 오랜 시간이 걸렸다. 이미 미치오 가쿠의 책을 통해서 예전에 접한 내용들도 많았지만, 그래도 생명공학 부분은 유익했다.

 굉장히 오래된 책이다. 2000년에 나온 책으로 이미 절판되었고 회원중고로는 싸게 만나볼 수 있다. 책 제목을 왜 <비전 2003> 으로 했나 싶다. 너무 오래된 유물같이 느껴진다. 원제가 훨씬 나아보인다. 원제는 이렇다. <Visions : How science will revolutionize the 21st century> 

 원제에서 알 수 있듯이 이 책은 21세기를 주도할 과학기술들에 대해 다룬다. 우리의 미래를 이끌어갈 과학혁명 세가지는 양자혁명, 컴퓨터혁명, 생체분자혁명이다. 이 세가지 혁명은 우리를 물질, 정보, 생명의 지배자로 만들어 줄지도 모른다. 

 컴퓨터분야에서는 '무어의 법칙' 이 있다. 무어의 법칙이란 마이크로칩 기술의 발전속도에 관한 것으로 마이크로칩에 저장할 수 있는 데이터의 양이 18개월마다 2배씩 증가한다는 법칙이다. 점점 컴퓨터 가격이 떨어지고, 핸드폰에 저장할 수 있는 데이터가 증가하고 있는 이유이다. 컴퓨터는 점점 더 빨라지고 있다. 빅데이터를 처리할 수 있게 됨에 따라 인공지능 또한 점점 현실로 다가오고 있다. 컴퓨터가 짧은 시간에 엄청난 정보를 학습하고 처리 할 수 있게 되었다. 머지않아 인공지능의 시대가 열릴지도 모른다.  

 생체분자혁명으로 우리는 DNA와 유전자를 점점 알아감에 따라 질병과 심지어 생명까지도 다룰 수 있게 될지도 모른다. 영화 <가타카> 라던가 <아일랜드> 같은 일이 점차 현실로 다가오고 있다. 유전자를 조작하고, 인간을 복제하고 이런 일들은 이론적으로 불가능하지 않다. 미래에는 가능해질 것이다. 하지만 기술적으로 가능하다고 해도 윤리적으로는 다시 한 번 생각해봐야한다. 우리가 원자폭탄, 수소폭탄을 만들었다고 해서 그것으로 전쟁을 하지 않는 것과 같은 이치다. 

 양자역학은 우리를 진정한 미래로 이끌어 줄지 모른다. 양자역학고 상대성이론을 아우르는 '모든 것의 이론' 이 나오면 우리는 신의 마음을 읽게 될지도 모른다. 빅뱅이전과 우주 너머, 다른 차원에 대해서도 이해하게 될지도 모른다. 현재 '모든 것의 이론' 중에 가장 유력한 후보는 11차원의 M이론이다. 10차원의 끈이론에서 1차원을 더한 이론이다. 양자역학은 상온초전도체, 핵융합 등으로 우리에게 어마어마한 에너지를 제공해주고 우주여행과 더나아가 시공간여행까지 열어줄지도 모른다.  

 이미 미치오 가쿠씨의 여러 책들을 통해서 미래를 엿보았었다. 이 책은 컴퓨터혁명, 생체분자혁명, 양자혁명 세가지로 미래를 조망해본 책이라 조금 색다르긴 했다. 

 뉴턴은 지구의 중력에서 벗어나 달에 도달하기 위한 지구 탈출속도를 알고 있었다. 하지만 그 시대의 교통수단으로는 불가능했다. 말들이 낼 수 있는 속도와 힘으로는 지구를 벗어날 수 없었다. 이론적으로는 가능하지만 기술적으로는 불가능했다. 이 책은 이처럼 현재 우리의 지식과 기술사이의 갭을 알려준다. 알고는 있지만 기술적으로 불가능한 것들이 많다. 아직 확실히 모르는 것들이 더 많긴 하지만, 어쨋든 미래에 실현될 기술들을 미리 엿보는 것은 즐거운 일이다. 조금 오싹할때도 있지만 말이다.

 

물리학과 과학기술로 예견해보는 향후 100년의 미래!

미래의 물리학 - 과학은 인간의 일상과 운명을 어떻게 바꿀 것인가?
미치오 가쿠 지음, 박병철 옮김 / 김영사 / 2012년 9월

 미치오 가쿠는 세계적인 물리학자이자 미래학자이다. 그리고 과학을 대중에게 쉽고 재미있게 전달해주는 과학대중서를 쓰신다. 이 책 역시 흥미롭고 재미있다. 물리학을 바탕으로 하여 향후 100년, 즉 2100년까지의 미래를 예견해보고 있다. 사실 그의 다른 책들을 통해서도 미래 예견을 많이 접해봤기 때문에, 중복되는 내용들도 있었고, 이미 아는 내용들도 있었지만, 여전히 충격적이었다. 기대도 되지만 두려움도 생긴다.

 과학과 기술의 발전속도는 대단히 빠르다. 그리고 점점 더 가속화되고 있다. 지금은 2015년이다. 백년 전을 떠올려보자. 1915년. 3.1 운동이 1919년에 있었다. 1905년에 아인슈타인의 상대성이론이 발표되었다. 그 시절에는 컴퓨터도 없었고, 유전공학도 없었다. 핵폭탄도 없었고, 우주선도 없었다. 핸드폰도 없었고 등등 무수히 많은 것들이 없었다. 앞으로의 백년후을 상상해보는 것은 1900년대의 어떤 사람이 2000년대를 상상해보는 것과 같다. 어쩌면 훨씬 더 어려울 수도 있다.

 하지만 미치오 가쿠는 이 어려운 일을 해내려고 한다. 물리학과 과학기술이라는 쌍검을 들고, 거대한 적과 맞선다. 그가 펼쳐보이는 미래는 컴퓨터의 미래, 인공지능의 미래, 의학의 미래, 나노테크놀로지의 미래, 에너지의 미래, 우주여행의 미래, 부의 미래, 인간의 미래이다. 그의 예측은 상당부분 어긋날 것이다. 그리고 상당부분은 맞을 것이다. 무엇이 맞고 무엇이 틀릴지는 알 수 없다. 어떤 것들은 예상보다 빨리 실현될 수 있고, 어떤 것들은 생각지도 못한 난제에 막혀 더디게 진행될 수도 있다. 어쩌면 2100년이 오기전에 인류가 멸망할 수도 있으리라.

 어쨌든 인류가 멸망하지 않는다면, 2100년에는 정말 어마어마하고 획기적이고 놀라운 것들이 우리를 기다리고 있을 것이다. 그때까지 살아있을 수 있다면, 어쩌면 지금 태어난 아이들은 영생을 누릴 수도 있으리라. 더이상 지구만이 우리가 사는 행성이 아닐 수도 있고(달이나 화성에 기지를 세운다거나) 우주여행패키지를 인터파크투어에서 팔게 될지도 모른다.(그때에는 인터파크가 없을 가능성이 높지만)

 나는 어렸을 때부터 오래 살아서 과학과 기술의 발전을 보고 싶다는 생각을 했었다. 그 소원을 조금이나마 충족할 수 있었다. 하지만 왠지 나는 두려움이 앞선다. 우리가 과연 그 기술들을 슬기롭게 사용할 수 있을까? 너무나도 큰 힘들이 우리에게 주어지는 것 같다. 큰 힘에는 큰 책임이 따른다. 우리는 점점 신에 가까운 능력들을 가지게 될 것이다.(과거의 사람들이 본다면 분명 신이라 생각하리라.) 생각만으로 물체를 움직이고, 우리가 나을 아이의 유전자를 조절하고, 막대한 에너지를 다루고, 인공지능과 로봇은 점점 똑똑해질 것이다.

 이 책은 매우 흥미롭고 재미있는 책이다. 미치오 가쿠씨는 내가 유일하게 모든 책에 별점 5개를 준 작가인 것 같다. 정말 믿고 볼 수 있는 작가이며, 추천해주고 싶은 작가이다. 이 책도 역시 추천하고 싶다. 그리고 그의 올해 출간된 책 <마음의 미래>도 함께 읽으면 더욱 좋은 책이다. 이 책과 함께 미래여행을 떠나보시라. 아마 흥분과 두려움이 함께 할 것이다.

 지금 우리 사회에서 가장 안타까운 일은 사회가 지혜를 모으는 속도보다 과학이 지식을 모으는 속도가 더 빠르다는 것이다."                                                                                                                                    -아이작 아시모프

공상과학의 물리학적 한계를 살펴보다

불가능은 없다 - 투명인간, 순간이동, 우주횡단, 시간여행은 반드시 이루어진다!
미치오 가쿠 지음, 박병철 옮김 / 김영사 / 2010년 4월

 세계적인 일본의 물리학자, 그리고 대중을 위한 과학책을 쓰시는 미치오 카쿠씨의 책 <불가능은 없다>를 보았다. 역시나 재미있고 훌륭했다. 다소 어려운 내용들도 있었지만 재미있게 읽을 수 있는 책이다.

 정말 감사한 책이다. 나는 사실 잘 몰랐는데, 나 또한 굉장히 궁금한 것이 많고 호기심이 많은 사람이었다. 하지만 거의 대부분이 아무한테나 물어볼 수 없는 호기심과 궁금증들이었다. 그 대부분의 호기심이 물리학과 생물학을 통해서 요즘 풀려가고 있어서 너무나 즐겁고 행복하다.

 그 호기심들이란, "시간여행은 가능한가?", "우주에 외계인이 있을까?", "UFO의 정체는 무엇일까?", 초능력이나 염력, 예지력이 정말 존재할까?", "우주여행은 어느정도까지 가능할까?", "외계인이 있다면 어떤 모습일까?", "빛과 같은 속도로 달리면 빛은 어떻게 보일까?", "웜홀이나 블랙홀 속은 어떠할까?", "빅뱅이전에는 어떤 모습이었을까?", "우주의 끝은?", "신은 있을까?", "순간이동은 가능할 것인가?" 등등 정말 끝이 없을 정도이다. "신은 있을까?"에 대한 해답은 <만들어진 신>을 통해 확인할 수 있었고, 나머지 궁금증들의 대부분은 이 책에 담겨 있었던 것 같다. 물론 해답일 뿐이지 정답은 아니다. 또한 어떠한 것은 현대 과학이 해답을 내 놓을 수 있는 것이고 어떤 것은 현대 과학이 해답을 내 놓을 수 없는 지를 아는 것만 해도 상당한 수확이다.

 이 책은 이런 공상과학에나 등장할 법한 궁금증과 호기심에 대해 진지하게 그리고 과학적으로 그 가능성을 이야기 한 책이다. 그리고 놀랍게도 물리학적으로 불가능은 (거의)없다. 시간여행과 공간여행 모두 이론적으로 (거의) 가능하다! 물리학적으로 불가능하다는 근거는 없다. 현재 원자수준의 공간이동은 이미 성공했다! 그리고 시간여행 또한 물리학적 가능성은 열려있다.(웜홀을 통해) 하지만 물론 이 모든 것들이 먼 훗날에나 실현될 가능성이 있는 이야기들이다. 짧게는 몇백년, 길게는 몇천년 후에는 우리가 불가능하다고 여기는 많은 것들이 가능할 지도 모른다. 몇 천년 전의 사람이 지금 현대 세상을 본다면 어떻게 느낄까? 비행기, 자동차, 인터넷, 컴퓨터, 핵무기까지 상상이나 가능할까? 과연 우리가 몇 천년 후의 미래를 과연 상상이나 할 수 있을까? 이 책은 그런 상상을 해보는 책이다. 우리보다 몇 천년 후의 문명은 과연 어떠한 모습이며 무엇이 가능하고 무엇은 불가능할 것인가에 관한 놀랍도록 상세하게 생각해보는 책이다.

 이 책에서 말하는 불가능은 두가지이다. 첫째는 영구기관이며, 둘째는 예지력이다. 영구기관은 아시다시피 열역학 제2법칙(엔트로피 증가의 법칙)에 의해 불가능하다. 열손실이 발생할 수 밖에 없다. 그리고 예지력또한 인과법칙에의해 불가능하다. 예를들면 2분 후에 내가 꽃병을 깨뜨리는 미래를 보았다고 하자. 그러면 2분 동안 가만히 있으면 내가 꽃병을 깨는 일은 없다. 즉, 미래의 일이 원인이 되어 현재의 일에 영향을 주어 결과로써 나타나는 것이다. 인과율이 무너지는 것은 물리학 법칙에서 (거의) 있을 가능성이 없다.