책이름 : 모든 순간의 물리학
지은이 : 카를로 로벨리
옮긴이 : 김현주
펴낸곳 : 쌤앤파커스
카를로 로벨리(Carlo Rovell, 1956- )는 이탈리아 태생 물리학자로 양자이론과 중력이론을 결합하여 새로운 ‘루프양자중력’ 개념을 만든, 블랙홀의 본질을 새롭게 규명한 우주론의 대가였다. 『모든 순간의 물리학』은 20세기 물리학의 혁명을 일으킨 핵심 이론과 가장 최근에 도입된 아이디어를 총 일곱 개의 강의로 소개했다. 일반상대성이론과 양자역학, 일반상대성이론이 적용된 우주, 양자이론에 기반한 물질의 구조, 새로운 관점의 블랙홀, 이들을 마주한 인간의 문제.
첫 번째 강의 세상에서 가장 아름다운 이론. 알베르트 아인슈타인(Albert Einsteine, 1879-1955)이 1905년 〈물리학 연보〉에 보낸 세 편의 논문. 원자가 실제로 존재한다는 것을 증명, 양자역학의 장을 여는 내용, 상대성이론. 1915년 11월 언론에 발표한 새로운 중력이론 ‘일반상대성이론’. 중력장이 공간 속에서 확산되는 것이 아니라 중력장 자체가 공간이라는 것. 아인슈타인의 이론은 아주 기본적인 직관, 공간(space)과 장(field)이 같다는 개념에서 만들어진 결과.
두 번째 강의 양자역학. 20세기 물리학의 두 기둥은 일반상대성이론과 양자역학. 막스 플랑크(Max Planck, 1858-1947)는 전기장의 에너지가 ‘양자(quantum, 量子)’와 같은 덩어리 형태로 분포되어 있다고 상상. 아인슈타인은 빛 입자들이 모여 만들어진다는 것 ‘광자(photon, 光子)’를 증명. 닐스 보어(Niels Bohr, 1885-1962)는 양자이론을 발전시킨 ‘양자도약(quantum leap)'. 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg, 1901-1976)는 전자가 언제 어느 곳에나 존재한다는 것은 아니고, 무엇인가의 상호작용을 일으킬 때만 전자가 존재한다고 생각. 양자물리학 이론들은 물리계에서 어떤 현상이 벌어지는지는 설명하지 못하면서, 한 물리계가 다른 물리계에 어떻게 인지되는지만 설명.
세 번째 강의 우주의 구조. 아낙만드로시스(Anaximandros, B.C 610-546)은 하늘은 땅위에만 있는 것이 아니라 사방을 모두 둘러싸고 있고, 땅은 어딘가로 추락하지 않고 공간속에 매달린 채 표류. 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1473-1543)는 지구는 태양을 도는 행성. 은하는 수천, 수백만 개의 은하로 이루어진 거대한 은하구름 속에 있는 먼지 알갱이 같은 존재, 우주에는 지구와 같은 행성이 수백, 수천개나 존재.
네 번째 강의 입자. 전자와 쿼크, 광자, 글루온은 우리 주변 공간에서 움직이는 모든 것의 구성 요소. 우주에 무수히 많은 중성미자. CERN(유럽원자핵공동연구소)이 발견 힉스(Higgs) 입자. 은하들 주위의 거대한 물질 무리, 영향력으로 별을 끌어당기고 빛을 굴절시키는 중력을 지닌 암흑물질.
다섯 번째 강의 공간 입자. 루프양자중력이론은 일반상대성이론과 양자역학을 결합하려는 시도에서 나온 것. 공간은 연속적이지 않으며 무한하게 나누어지지도 않지만 알갱이로, 즉 ‘공간 원자’로 구성되어 있다는 것. ‘루프(loop)', 즉 ’고리‘라고 부르는이유는 모든 원자가 다른 비슷한 것들과 ’고리로 연결‘되어 공간의 흐름을 이어주는 관계 네트워크를 형성하기 때문. 양자중력이론은 공간 양자와 물질이 계속 서로 상호작용을 하는 기본적인 과정.
여섯 번째 강의 가능성과 시간, 그리고 블랙홀의 열기. 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831-1879)과 볼츠만(Ludwig Boltzmann, 1844-1906)은 뜨거운 물질이 열이 나는 유동체를 포함한 물질이 아니라는 것. 열은 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로만 이동, 확률적으로. 블랙홀들의 열이 현재 중력의 특성을 지닌 블랙홀에서 양자 효과를 발생시키고, 이 열이 개별적인 공간 양자이자 공간의 기본 입자, 즉 진동을 하면서 블랙홀 표면을 뜨겁게 만들어 블랙홀에 열을 발생시키는 ‘분자’인 것.
일곱 번째 강의 우리, 인간이라는 존재. 자유로운 결정은 우리 뇌에 있는 수십억 개의 신경세포들 사이에서 활발하게 일어나는 상호작용의 결과. 우리 뇌 속에는 은하계 하나를 채울 만큼의 숫자인 천억 개의 신경세포가 존재. 지구상에서 개인의 죽음이 불가피하다는 것을 자각하고 있는 종은 우리 인간일 뿐.