책소개
2002년에 출간되어 베스트셀러가 되었던 <엘러건트 유니버스>의 지은이 브라이언 그린의 2004년 작. 여전히 초끈이론과 M-이론 등 현대 우주이론을 소재로 삼고 있지만, 단순히 소개하는 것이 목표가 아니다. 좀더 철학적인 이 책이 묻는 것은 '시간과 공간이란 대체, 무엇인가' 하는 것. 책은...
그래서 나는 ‘우주가 어떻게 탄생하였는지’, ‘우주가 팽창한다는데, 그렇다면 팽창하는 우주 밖에는 무엇이 있는지’ 등과 같은 물음에 많은 관심을 가져 왔었다.
물론 이런 호기심 어린질문들은 나뿐만 아니라 밤하늘의 별들을 바라보며, 경이로움을 느껴본 사람들은 누구나 한번쯤 가져봤을 법한 것들이다.
이 책은 그런 질문들 중에서 특히 ‘우주의 구조’에 관하여 다룬 책이다. 저자 브라이언 그린은 초끈 이론의 선두를 달리는 물리학자일 뿐 아니라 세계적인 베스트셀러 “엘리건트 유니버스”의 저자이기도 하다.
저자는 우주의 구조를 설명하기 위해 뉴턴의 절대적인 공간개념과 그에 대한 에른스트 마흐의 반론에서부터 시작한다. 그러나 이는 모두 아인슈타인이라는 위대한 천재의 상대성 이론을 설명하기 위한 전주곡일 뿐이었다.
아인슈타인에 의하면 시공간은 절대적 실체이지만, 시간과 공간은 모두 상대적이라고 한다.
이 책에 설명된 상대성 이론은 매우 충격적 이였다. 예를 들어서 이 책에 의하면 “지난 100여 년 동안 움직이는 관측자가 움직이는 광원에서 발사되는 빛의 속도를 수도 없이 측정해 보았지만, 시속 6억 7천만 마일에서 벗어난 적은 단 한 번도 없었다.”고 한다.
1장 시간과 공간은 왜 지금과 같은 모습을 하고 있는가?
진리는 경험에 의해 밝힐 수 있다는 통념과 달리 현대과학에서 진리는 일상경험과 상식을 초월한다.
1. 고전적 실체 : 뉴턴은 프린키피아에서 시간과 공간은 불변의 실체이며, 이로부터 구성된 우주 역시 불변의 실체라고 생각했다.
2. 상대론적 실체 : 1900년 캘빈의 빛의 특성에 관한 언급에서 시작해, 아인슈타인의 상대성 이론으로 발전하였고, 이로 인해 기존 뉴턴의 절대적인 시간과 공간 개념이 상대적인 개념으로 수정되었다.
3. 양자적 실체 : 캘빈의 달궈진 물체가 내뿜는 복사와 관련된 문제에서 양자 혁명이 시작된다. 기존의 뉴턴과 맥스웰의 고전 역학과 상대성이론에서는 현재 상태로부터 모든 과거, 미래는 예측 가능하다고 생각하였으나, 이것은 1930년대 원자적 스케일의 실험 해석의 적용에는 한계가 있었다. 이를 설명하기 위해 양자역학에서는 기존의 논리를 부정하고 모든 물리적 상태는 확률만을 알 수 있을 뿐이라고 주장하였다.
4. 우주론적 실체 : 시간의 비대칭성을 설명하기 위해 빅뱅이론 가설은 일반 상대성 이론을 우주에 적용하였고 1960년대 마이크로 복사파의 발견 및 1970년대 이론의 발전으로 인정을 받게 되었으나 한계점이 있었다. 1980년대 인플레이션 우주론은 팽창을 가정함으로써 빅뱅이론을 보완하였고, 초기우주 특성을 설명하기 위해 양자역학 도입이 필요하다는 한계점이 여전히 존재하였다.
5. 통일된 실체 : 양자역학과 상대성 이론이 충돌하는 문제에서 발생하는 모순을 해결하기 위해 초끈이론을 제시하였다. 초끈이론에서 입자는 점의 형태가 아니라, 모든 입자는 핵자보다 작은 끈으로 이루어져 있으며 각 끈들은 진동하는 형태에 따라 다양한 입자의 모습으로 나타난다는 것이다. 다만, 이 이론을 받아 들이기 위해 9차원의 공간이라는 가정을 받아들여야 한다. 보다 발전된 M-이론은 10차원의 공간을 가정한다. 이것은 우리 눈에 보이는 세계는 실체의 일부에 지나지 않는다는 것을 의미한다.