백미러 속의 우주

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

 거울 속 세상은 우리가 사는 곳과 대칭 세계다. 내가 왼손을 들면 거울 속 나는 오른손을 들고, 심장은 왼쪽이 아닌 오른쪽에 위치하고 있으며, 내가 쓴 글씨는 거울에 비추었을 때 좌우로 뒤집혀있다. 운전석은 왼쪽이 아닌 오른쪽으로 뒤바뀌고, 도로 위의 차들은 좌측 차선으로 역주행을 하는 것처럼 보인다. 이제 거울에서 눈을 떼고 현실 세계로 눈을 돌리면 수많은 대칭 구조를 발견할 수 있다. 나비의 양 날개는 찍어낸 듯이 같은 모양과 무늬를 가지며, 대칭을 갖춘 건축물은 안정적으로 보인다. 대칭형으로 피어난 꽃은 그렇지 않은 꽃보다 당도가 높은 꿀을 더 많이 생산한다고 알려져 있고, 사람들은 대칭이 완벽에 가까운 얼굴일수록 멋지고 아름답다고 느낀다. 그렇다면 우주에서 대칭은 어떤 의미를 갖고 있는가?『백미러 속의 우주』는 이처럼 대칭이라는 개념을 바탕으로 현대 물리학을 풀어내고 있다. 

 사실 책 내용이 결코 쉽지 않았기에 읽는 내내 손에 땀을 쥐었다. 그럼에도 생각보다 즐겁게 읽을 수 있었던 것은 천체물리학 박사 출신의 물리학과 교수인 글쓴이 데이브 골드버그의 재치 넘치는 서술 덕분이었다. 글쓴이가 지치지도 않고 끊임없이 던져대는 유머에 결국 실소가 터질 수밖에 없다. 예를 들어 불활성 기체(noble gas)인 헬륨이 에너지가 가장 낮은 궤도에 겨우 두 개의 전자만 수용할 수 있음에도 noble gas(고귀한 기체)로 불리는 것은 좀 오버인 것 같다거나, 어느 방향으로 돌려도 모양이 변하지 않는 ‘구’를 대칭성이 높은 도형으로 소개하면서 “어느 모로 보나 괴짜인 사람을 ‘구형 괴짜’라고 부른다.”고 하질 않나, 멋진 저녁파티에 초대되어 갔더니 옆자리에 물리학자가 앉아있더라는 예를 들면서 사실 썰렁한 사람이 많은 것으로 알려진 물리학자가 파티에 초대되는 일은 거의 불가능하므로 독자들이 탁월한 상상력을 발휘해야 한다는 식이다. 더불어 옮긴이(알고 보니 현직 물리학 교수이자 과학도서 전문 번역가였음)의 매끄러운 번역도 가독성을 높이는 데 한몫을 했다. 

 어렵긴 하지만 우주 이야기는 언제 읽어도 흥미진진하다. 인플레이션 이론(책 150쪽 참고)에 따르면 우주의 크기가 무한하고 그 수가 어마무시하게 많다면 그 중 우리 우주와 원자배열이 완전히 일치하는 경우가 적어도 하나 이상 존재한다. 즉,

우주의 개수 > 그 우주를 구성하는 모든 원자들이 배열될 수 있는 경우의 수

가 성립한다면 또 다른 내가 우주 어딘가에서 나와 똑같은 생각과 행동을 하며 살고 있다는 것이다. 만약 우주가 무한히 크다면 나와 똑같은 존재도 무한히 많다! 이게 무슨……. 기괴해 보이지만 이론적으로는 사실이다. 물론 우주가 ‘무한할 때’ 가능한 일이지만.

 SF영화나 소설에 나오는 공간이동장치는 나를 A에서 B로 고스란히 이동시키는 기계로 묘사된다. 내가 기계에 들어가고 버튼을 누르면 A에서 뾰로롱~ 하고 사라진 후, B에 뾰로롱~ 하고 등장하는 식이다. 그러나 현실적으로 이루어지는 공간이동은 이것과 좀 다르다. 우선 A에는 원본인 내가 있고, B에는 현재 내 몸을 이루고 있는 모든 원자들을 동일하게 준비해둔다. 그리고 A에서 내 몸의 원자 정보를 몽땅 읽은 후 목적지로 전송하면, B에 준비된 원자에 그 정보를 주입해서 새로운 나를 만들어 내는 것이다. 그럼 새롭게 만들어진 나는 진짜 내가 맞는 것일까? A에 있던 나는? 궁금하다면 책을 확인하시길.

 책 속에는 수많은 과학자들이 등장하는데, 특히 눈길을 끄는 것은 글쓴이가 한 장을 통째로 할애하여 소개하고 있는 ‘에미 뇌터’라는 수학자다. 그녀는 여성이자 유태인이라는 이유로 생전에 학계에서 푸대접을 받고 이 대학 저 대학을 전전하며 자신의 업적에 대해 정당한 평가를 거의 받지 못했다. 그러나 에미 뇌터가 제시한 ‘뇌터의 정리’, 즉 대칭세계에 관한 수학적 정리는 대칭과 보존법칙 사이의 관계를 오로지 수학적 논리만으로 증명해낸 것이며 표준모형이론에 수학적 기초를 제공하는 데 지대한 공헌을 한 것으로 평가받고 있다. 이처럼 대칭에 규칙을 부여한 뇌터의 정리는 책 전반에 걸쳐 꾸준히 등장하고 있다. 

 대칭의 세계를 허우적댔더니 책을 덮고 나서도 여운이 쉽게 가시지 않는다. 중간 중간 혼자 엉뚱한 길로 가느라 길을 좀 헤매긴 했지만, 끝내고 나니 나름 재미있는 여행이었다. 우주란 참 알면 알수록 신기하고 오묘한 것 같다.