그림으로 보는 시간의 역사

 

책이름 : 그림으로 보는 시간의 역사

지은이 : 스티븐 호킹

옮김이 : 김동광

펴낸곳 : 까치글방

 

영국 물리학자 스티븐 호킹(Stephen William Hawking, 1942-2018)은 향년 76세로 눈을 감았다. 그는 17세에 옥스퍼드에 입학했으나 스물한 살 젊은 나이에 루게릭병(근위축성측삭경화증, ALS) 진단을 받았다. 앞으로 2년밖에 못산다는 시한부 인생 선고였다. 그는 병마와 싸우면서 현대 이론물리학의 탁월한 학문적 업적을 남겼다. 천체물리학에서 ‘블랙홀’, ‘빅뱅이론’ 등 20세기 과학사에 큰 발자취를 새겼다.

『시간의 역사A Brief History of Time』는 1988년 처음 출간된 이래, 40개 국어로 번역되었고, 전 세계적으로 2,500만부 이상이 판매되었다. 스티븐 호킹과 관련된 책을 8개나 펴낸 출판사 《까치글방》에서 나온 『그림으로 보는 시간의 역사』는 인공위성 촬영 화면, 허블 우주 망원경이 잡은 사진, 3․4차원적 컴퓨터 그래픽 등 240점 이상의 컬러 도판이 실렸다. 우주와 물질, 시간과 공간에 대한 방대한 이야기가 12개의 장으로 구성되었다.

호킹 박사는 아인슈타인의 특수 상대성 이론 및 일반 상대성 이론, 양자역학, 소립자, 블랙홀, 초끈이론 등 현대물리학의 줄기를 구성하는 이론들을 살피면서 인류가 우주를 발견하고 그 본질을 탐구하는 역사를 되짚어보았다. 책의 말미에 인류사의 거장들 알베르트 아인슈타인(1879-1955), 갈릴레이 갈릴레오(1564-1642), 아이작 뉴턴(1642-1727)에 대한 짧은 촌평을 실었다.

책의 기본적인 주제는 서로 모순된다는 사실이 알려진 일반상대성이론과 양자역학을 하나로 통합시킨 ‘양자중력이론’에 대한 탐색이었다. 1929년 허블의 우주가 팽창하고 있다는 발견은 20세기에 이루어진 가장 위대한 지적 혁명의 하나였다. 거의 모든 은하들이 우리로부터 멀어지는데 우리와 더 멀리 떨어져있을수록 빠른 속도로 더 멀어진다. 1965년 미국 뉴저지주의 벨연구소의 두 미국인 물리학자 아르노 펜지아스와 로버트 윌슨이 발견한 극초단파 검출기의 끊임없는 잡음은 우주배경복사였다. 1926년 독일 이론물리학자 베르너 하이젠베르크는 한 입자의 속도와 위치를 동시에 정확하게 결정하는 것은 불가능하다는 ‘불확정성 원리uncertainty principle’를 발표했다.

중력(gravitational force)은 상당한 거리를 두고 작용하기 때문에 네 가지 힘 중에서 가장 약하다. 모든 입자는 그 질량이나 에너지에 따라서 중력을 받는다. 전자기력(electromagnetic force)은 전자나 퀴크처럼 전하를 띤 입자들과는 상호작용을 하지만 중력자처럼 전하를 띠지 않은 입자들과는 상호작용을 않는다. 약한 핵력(weak nuclear force)은 방사능의 원인이 되는 것으로 모든 물질입자에 작용하지만 광자나 중력자와 같은 입자에는 영향을 주지 않는다. 강한 핵력(strong nuclear force)은 양성자와 중성자 속에 들어있는 퀴크들을 하나로 묶어주고, 양성자와 중성자를 원자핵 속에 결합시켜 주는 힘이다.

수십억톤 이상의 질량을 가진 원시 블랙홀들은 눈에 보이는 물질이나 우주의 팽창에 미치는 중력효과에 의해서만 검출이 가능하다. 빅뱅의 순간에 우주의 크기는 0이었고, 무한히 높은 온도였으나 우주가 팽창하면서 복사의 온도도 내려갔다. 빅뱅이 일어난 지 겨우 몇 시간 이내에 헬륨을 비롯한 그 밖의 원소들 생성은 정지되었다. 그후 약 100만년동안 더 이상 큰 변화 없이 우주는 팽창만 계속했다. 온도가 수천도로 떨어지자 전자와 원자핵이 결합해서 원자를 형성하기 시작했다. 현재의 우주관에서 지구는 관측가능한 우주 속에 존재하는 약 1조개의 은하들 중 하나에 지나지 않는 평범한 나선 은하의 바깥쪽 가장자리에 있는 역시 평범한 항성 주위를 돌고 있는 중간 크기의 행성에 불과하다.

인류가 완전한 통일이론을 발견하더라도, 우리는 모든 사건들을 예견할 수 있게 된다는 뜻은 아니다. 그 이유는 첫째, 양자역학의 불확정성 원리가 우리의 예측력에 가하는 한계이다. 두 번째는 극히 단순한 상활을 제거한다면, 우리가 이론의 방정식들을 정확하게 풀 수 없다는 사실이다. 호킹 박사는 말했다. "우주에 대한 완전한 이해, 왜 그것이 현재 상태로 있고, 왜 애초에 존재하는지에 대한 것"이 자신의 목표라고.