우리 모두는 우주의 일부이다

우주의 구조 - 시간과 공간, 그 근원을 찾아서
브라이언 그린 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2005년 6월

  이 책과 한 일 년 쯤 읽었던 "엘러건트 유니버스"의 차이가 뭘까. 책을 덮는 순간에도 지금 이 순간에도 잘 파악이 되진 않는다. 물리학하고 아무 상관이 없는 내게는. 단지 우주론이나 물리학 대중서에 조금 관심이 있을 뿐인 나로서는. 다시 책을 펼쳐봐도 잘 모르겠다. 대충 말하자면 엘리건트 유니버스가 끈이론이나 그로부터 나온 M이론 등을 좀더 세부적으로 설명하고 있달까.  그래서 용어들이 낯설고 어려웠었다. 이런 표현이 정확한지 잘 모르겠다. 사실 "엘러건트 유니버스"를 두 번이나 힘들게 읽었지만 책을 덮는 순간에 거기 있었던 내용의 99%는 머리 속에서 날아가 버린 것 같다. 진작에 읽어야지 하고 찜해두었던 작가의 다른 책 "우주의 구조"를 이번에 읽으면서 예전에 다른 물리학과 관련된 대중서를  읽으면서 이해되지 못했던 부분을 다소나마 이해할 수 있었던 건 좋았다. 이 책이 예전의 책보다는 이해하기 쉬웠다는 점도 있었고 몇 번 읽으면서 전에는 생소했던 용어나 설명들에 조금 익숙해진 부분도 있었다.

  저자는 묻는다. 시공간이란 무엇인가. 물리적 실체를 가진 것인가 아니면 그저 추상적인 개념에 불과한 것인가. 시간과 공간이 절대불변의 실체이며 우주는 절대로 변하지 않는다고 생각했던 뉴턴에서부터, 각각 독립된 개념이라고 생각했던 시간과 공간이 실은 서로 밀접하게 얽혀 있어서 절대로 분리하여 생각할 수 없다고 주장한 아인슈타인의 특수상대성이론등이 쉽게 설명되어 있다. 바로 특수상대성 이론에서 광속으로 이동하면 나이를 먹지 않는다는 우리에게도 익숙한 이론이 나왔다. 정지해 있는 물체는 시간을 따라 광속으로 움직이는데 여기에 공간 이동이 추가되면 시간 쪽으로 향했던 광속 운동이 공간 쪽으로 할당되며 공간을 이동하는 속도가 광속에 달하면 시간에 따른 이동은 일어나지 않는다는 것이다. 그리고 중력을 시공간의 휘어짐으로 표현한 일반상대성이론도 개괄적으로 설명되어 있다. 내가 미처 몰랐던 것은 아인슈타인의 이론도 고전역학에 들어간다는 점이었고, 우주는 정지되어 있다고 생각했던 아인슈타인이 자신의 방정식에서 우주가 팽창한다는 해가 나오자 우주상수라는 개념을 도입해서 정지해 있는 우주를 이론적으로 만들어 냈다는 것이다. 하지만 허블 우주 망원경의 탐사로 우주가 실제로 팽창하고 있다는 사실을 알아내자 아인슈타인은 자신의 이론을 철회했다.

  이를 통해 천재 물리학자의 실수가 흥미로웠다기보다는 실험실에서 관찰과 실험을 통한 이론이 아닌 단순한 종이 위의 수식을 통해서 우주의 원리를 풀어낼 수 있다는 게 신비로웠다. 이론이 실험보다 앞서 있는 것이다. 특히 요즘의 물리학, 초끈이론, M이론, 브레인 가설, 다중 우주 등은 실험으로 증명할 수 없는 이론이 대부분이다. 저자도 말하고 있지만 가까운 미래에 기술이 지금보다 훨씬 발달해서 실험을 할 수 있다면 우주의 기원을 설명하는 수많은 이론중에서 어느 이론이 맞는지 알 수 있을 것이다. 저자는 끈이론이 지금으로서는 우주의 기원과 아인슈타인이 평생 연구했다는 대통일이론 (중력, 전자기력, 약력, 강력을 통합하는 이론)을 뒷받침할 수 있는 제일 앞선 이론이라고 생각하고 있다.   

  끈이론이란 우주를 구성하는 기본입자가 점이 아닌 끈이라고 간주하는 이론이다. 이 끈이 진동하는 패턴에 따라 입자의 종류가 달라진다는 것이다. 그리고 끈이론(M이론)은 우리 우주가 10차원의 공간과 1차원의 시간으로 구성되어 있다고 믿는다. 빅뱅이 일어날 때 1,2,3차원은 지금 우리가 지각할 수 있는 공간으로 팽창되었고 나머지 7차원은 아주 작은 영역 속에 숨어 있다는 것이다. 지금의 실험 능력으로는 이런 이론을 바로 검증할 수는 없다. 하지만 이런 이론들은 지금까지 물리학의 바탕 위에 만들어진 이론이므로 언젠가는 검증 가능한 날이 올 수 있을지도 모른다.

  얼마 전 스위스와 프랑스 등을 걸친 지하에 강입자 충돌 가속기가 완공되었다는 뉴스가 있었다. 두 입자를 엄청난 힘으로 충돌시켜서 끈이론등이 예견한 입자를 발견해내는 실험, 초소형 블랙홀을 만드는 실험 등을 하게 된다고 한다. 이런 실험들이 행해진 후 어떤 이론들이 새롭게 만들어지고 어떤 이론들이 버려질지 궁금해지기도 한다. 이 책보다 최신 버전의 물리학 책이 기대된다. 그 책은 어떤 이론으로 우주를 기술하고 있을지, 아직 비밀에 싸인 초기 우주를 구명할 수 있을지, 아인슈타인이 평생 도전했다는 이 우주를 아름답고도 단순하게 기술할 우주론을 완성할 수 있을지.

  물리학책을 읽다보면 이 우주가 무한대가 아니라 인간의 상상력이 무한대라는 생각을 하게 된다. 최고의 실험장비로도 관측할 수 없는 미세영역에 대한 탐구로부터 무한대로 팽창하는 우주와 우리가 살고 있는 우주를 넘어 또 다른 무수한 우주까지. 지금까지 인간이 탐구하고자 하는 영역이 정말로 실체가 있는 것인지 상상의 산물인지 아직은 누구도 장담할 수 없다.

  오늘 아침 텔레비전을 켰는데 교육방송에 우주론에 대한 토의를 하고 있었다. 익숙한 이름 엘런 구스가 나와서 끝까지 봤는데 마지막에 했던 말이 가장 기억에 남는다. 엘런 구스가 아닌 다른 물리학자가 한 말이었는데 우리 몸을 이루는 원자는 우주로부터 기원되었으므로 우리도 결국은 우주의 일부이다. 정확하지는 않지만 대충 이런 뜻이었던 것 같다.

  그렇다면 나도 우주인?