단 하나의 방정식

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

세상의 법칙을 하나로 풀어낼 수 있는 방정식이 있을까?

지금까지 물리학자들은 바로 이런 궁극의 식을 알아내기 위해 필사의 노력을 계속 해오고 있다고 한다. 그 과정 중에 현재 우리가 잘 알고 있는 법칙들을 도출해 낼 수 있었고, 과학적인 발전을 단계단계 만들면서 지금까지 왔다고 한다.

이런 법칙에 관한 내용은 처음 접하는 것이라서 그 시작이 무척 흥미로웠던, <단 하나의 방정식> 도서였다.

그 염원은 아인슈타인도 마찬가지였는데, 그도 역시 이루지 못하고 간 숙제였다. 저자는 이 책을 통해 이 궁극의 이론을 찾기 위한 물리학의 역사를 다루고 있었다. 뉴턴, 아인슈타인, 그리고 아직은 대중적이지 않은 양자이론, 우주론적 이론까지 담고 있었다.

다른 도서에서도 접한 적이 있는 내용들도 있었는데, 개인적으로는 과학사+철학+에세이 로 읽혔다. 비교적 편안하게 막힘없이 넘어가는 페이지가 좋았고, 다소 팬심이 가득한 저자의 화법도 웃음 지으며 넘어갈 수 있었다.

물리학 발전 역사를 흐름과 인과에 따라 자세히 알려주고 있어서 모두 다를 옮길 수도 세세한 설명도 이 리뷰에 다 넣을 수는 없겠지만, 요즘 영화나 드라마로 많이들 다루고 있는 멀티 유니버스 개념을 조금이나마 알고 싶다면 읽어보라고 추천하고 싶다. 의외로 양자물리학, 끈이론에 대하여 쉽게 설명해주고 있어서 이해하기 쉬웠기 때문이다.

또한 균형과 대칭, 끊임없이 증명과 증명으로 새로운 세계를 여는 과학의 세계는 우주까지 적용되어 무척 아름답게 느껴졌다.

이 책 덕분에, 2021년 편안한 과학서와 함께 마무리 할 수 있었다.

_지금 우리가 우리는 대부분의 첨단 기술은 자연의 기본힘을 연구하는 과학, 즉 물리학에 뿌리를 두고 있다. 요즘 과학자들은 자연에 존재하는 네 가지 힘(중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력)을 하나로 통일하는 이론을 향해 나아가는 중이다._

_뉴턴의 법칙은 하늘과 땅의 물리학을 하나로 통일함으로써 최초의 기술혁명을 이끌었다._

_영국의 수학자 하디는 이렇게 말했다. “화가의 색상과 시인의 단어가 그렇듯이, 수학자가 다루는 패턴도 아름다워야 한다...”_

_.... 중력의 비밀을 간파한 사람은 아인슈타인뿐이었다. ..... 당신이 탄 엘리베이터의 케이블이 끊어졌다고 가정해보자. 그 순간부터 당신의 몸은 자유낙하를 할 텐데, 엘리베이터의 바닥도 똑같이 자유낙하를 하기 때문에 무중력상태에 놓인 우주인처럼 허공으로 두둥실 떠오를 것이다. 자유낙하하는 엘리베이터가 당신의 몸에 가해지는 중력을 정확하게 상쇄시키기 때문이다. 이것을 ‘등가원리’라 한다.

하나의 좌표계에서 나타난 가속도와 다른 좌표계에서 나타난 중력은 물리적으로 완전히 똑같기 때문에 구별할 수 없다._

_아인슈타인은 뉴턴의 우주관을 폐기하고 ‘휘어진 공간’을 도입했다. 이런 곳에서는 똑바로 걸어갈 수 없다. 휘어진 곡면 위를 걸을 때에는 발밑에 형성된 굴곡에 의해 몸이 특정 방향으로 밀려나기 때문에, 마치 술 취한 사람처럼 휘청거리게 된다.

결국 중력이라는 힘은 실체가 아닌 환상이었다._

_양자역학이 거둔 최고의 성과 중 하나는 물질의 기본단위인 원자와 분자의 거동을 서술했다는 점이다. 슈뢰딩거에 의하면 전자는 작은 원자핵을 에워싸고 있는 파동이다. 단, 원자에는 특별한 파장을 갖는 전자의 파동만 들어갈 수 있다._

_표준모형은 양자적 우주를 정확하게 서술하는 이론으로, 기이한 입자들이 무더기로 등장한다. 이 목록에는 36개의 쿼크와 반쿼크, 약력을 주고받는 12개의 입자와 반입자(이들을 렙톤, 또는 경입자라 한다), 여러 개의 양-밀스 장, 그리고 힉스장의 에너지준위가 높아질 때 생성되는 힉스보손이 포함되어 있다._

_대칭은 하나의 방정식에서 구성 요소를 재배열해도 방정식이 변하지 않을 때 쓰는 용어이고, 이중성은 완전히 다른 두 개의 이론이 수학적으로 동일할 때 쓰는 용어이다. 놀랍게도 끈이론은 두 가지 특성을 모두 갖고 있다.

_결국 끈이론은 끈에 대한 이론이 아니었다. 끈은 11차원에서 막으로 표현될 수 있기 때문이다.

그러므로 끈이론을 실험으로 검증하는 것은 아직 시기상조이다. 끈이론의 기본원리가 밝혀져서 실험을 통해 검증 가능한 날이 오면 그때서야 끈이론이 만물의 이론인지, 아니면 무의미한 이론인지 판정할 수 있을 것이다,_

_.. 스티븐 와인버그의 말을 들어보자: “대칭은 우리의 시야에서 벗어나 있지만, 은밀한 곳에서 모든 만물을 지배하고 있다. 내가 아는 한 대칭은 자연에서 발견된 가장 흥미로운 개념이다. 자연은 겉으로 보이는 것보다 훨씬 단순하다....”_