서적소개
블랙홀과 시간여행 : 아인슈타인의 찬란한 유산
킵손 / 반니 / 2020.5.20
– 물리학의 거장, 킵 손 교수가 펼쳐 보이는 블랙홀과 우주의 원리! 중력파를 예견한 바로 그 책을 새롭게 다시 만난다!
“너무나 훌륭하다. 과학책은 이렇게 써야 한다. 그 자체로 강력한 영향력을 전할 책이다.” – 칼 세이건 (천문학자, ‘코스모스’ 저자)
“이 시대 최고의 과학책.” – 뉴욕 타임스
“이 책은 다른 책에서는 볼 수 없던 과학적 기획을 담고 있다. 역사와 현대 물리학, 새로운 발견의 짜릿함 그리고 과학적 직관이 유려하게 담겨 있다.” – 앨런 라이트먼 (소설가이자 이론물리학자, ‘엑시덴탈 유니버스’ 저자)
– 100년 만에 증명된 아인슈타인의 예언!
스티븐 호킹의 말을 빌려 설명하면, 이 책은 시간과 공간에 대한 우리 사고의 혁명과 그 혁명이 일으킨 변화에 관한 것으로, 우주에서 가장 신비스러운 대상인 블랙홀을 이해하려는 노력과 그 성공에 가장 가깝게 있었던 저자가 써내려간 흥미로운 여정이다.
1915년 아인슈타인은 시간과 공간을 통합해 시공간이라 부르는 이론을 제시하며, 시공간이 평평하지 않다고 주장했다. 시공간은 물질과 에너지에 의해서 휘어지고 뒤틀려 있다는 것이다. 우리 주변의 시공간은 거의 평평하기 때문에, 보통 상황에서 이 휘어짐은 별개 아닐 수 있다. 그러나 아인슈타인의 이론은 드넓은 우주에서 훨씬 놀라운 것을 말해준다. 그중 하나가 별들이 자신의 중력에 의해 한없이 붕괴해 우주 밖으로 떨어질 정도로 별 주변의 공간이 휘어질 수 있다는 것이다. 이런 붕괴의 가능성은 아인슈타인조차 믿지 않았다. 하지만 그의 이론은 필연적인 결과를 낳았다.
이런 블랙홀에 대한 모든 것을 어떻게 발견했는가가 바로 이 책의 주제이다. 블랙홀에 대한 연구는 실험적 결과를 바탕으로 하지 않는다. 관찰에 의한 결과가 아닌, 인간의 사고만으로 촉발된 과학의 역사에서 유례가 없는 이론이다. 이 책은 그 과학 발견의 역사 한가운데 있던 과학자가 쓴 것이다.
우리는 여전히 블랙홀에 관해서 많이 모른다. 아직 블랙홀에 떨어진 물체와 정보에 어떤 일이 발생하는지 이해하지 못한다. 블랙홀로 떨어진 물체와 정보들이 우리의 우주 어딘가에서 다시 나타날지, 아니면 다른 우주에서 나타날지 또 시간을 거슬러 오르기 위해서 시간과 공간을 뒤틀 수 있는지 … 이런 질문들은 우주를 이해하려면 반드시 넘어야 할 산이다.
하지만 2016년 2월 11일, 인류는 중력파 검출이라는 인류 물리학사에 한 획을 그은 성과를 이뤄내며 블랙홀의 비밀에 한 발 다가섰다. 아인슈타인이 1916년 중력파의 존재를 예측한 지 꼭 100년 만에 이뤄진 놀라운 성과가 아닐 수 없다. 이로써 일반상대론이 예측한 현상 가운데 마지막까지 남아 있던 숙제가 풀렸다. 전 세계 언론이 흥분한 가운데, 새롭게 주목받고 있는 사람이 바로 이 책의 저자인 킵 손이다.
○ 목차
서문 / 스티븐 호킹
출간에 부쳐 / 프레더릭 사이츠
감수의 글 / 오정근
머리말 / 이 책은 무엇에 대한 것이며, 어떻게 읽어야 하나
프롤로그 : 블랙홀로의 항해
1. 시간과 공간의 상대성
2. 시간과 공간의 뒤틀림
3. 블랙홀의 발견과 부정
4. 백색왜성의 신비
5. 피할 수 없는 내폭파
6. 내폭파 이후
7. 황금시대
8. 탐색
9. 뜻밖의 발견
10. 곡률의 잔물결
11. 실재란 무엇인가?
12. 블랙홀의 증발
13. 블랙홀의 안쪽
14. 웜홀과 타임머신
에필로그: 아인슈타인의 유산, 과거와 미래, 몇몇 중요 인물들
○ 저자소개 : 킵 스티븐 손 (Kip Stephen Thorne, 1940 ~ )
킵 스티븐 손 (Kip Stephen Thorne)은 미국의 이론물리학자 (Theoretical Physicist)로 1962년 캘리포니아공과대학교를 졸업하고 1965년 프린스턴대학교에서 박사학위를 받았다. 1967년부터 캘리포니아공과대학교에서 조교수로 일했고 석좌교수를 거쳐 현재 이론물리학 명예교수로 있다. 연구 분야는 아인슈타인의 일반상대성 이론과 천체물리학이며 특히 블랙홀, 중력파를 다룬다. 중력파 검출기를 건설하는 LIGO 프로젝트 (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory; 라이고)를 이끌었으며 2016년 2월 중력파의 존재를 탐지해 ‘제2의 노벨상’이라 불리는 카블리상 (Kavli Prize)을 받았고 2017년 같은 공로로 노벨 물리학상을 받았다. 지난 2014년에는 SF영화 ‘인터스텔라’의 과학자문위원 겸 총괄제작자로 참여하기도 했다. 저서로는 1973년에 쓴 ‘Gravitation’ (공저)이 지금까지 과학도들에게 일반상대성 이론의 교과서로 사랑받고 있으며, 이 외에 ‘인터스텔라의 과학’, ‘시공간의 미래’ (공저) 등이 있다.
칼텍에서 파인만 석좌 교수를 역임했으며, 2009년에 은퇴했다. 상대성 이론, 중력, 천체물리학에 관해서 현존하는 최고의 물리학자로 평가받고 있다.
– 역자 : 박일호
학부에서는 공학을, 대학원에서 과학철학을 전공했으며, 확률에 관한 인식론 연구로 박사학위를 받았다. 지금은 전북대학교 철학과에서 과학철학과 논리학 등을 가르치며 연구하고 있다. 확률을 둘러싼 철학 문제, 특히 과학철학, 인식론, 형이상학에서 등장하는 철학 문제들을 확률이라는 수학적 개념을 이용해 탐구하고 있다. 역서로 『외로운 산소 원자의 여행』을 번역했으며, 『철학의 숲, 길을 묻다』와 『철학의 숲, 길을 열다』를 공저했다. 「Rescuing Reflection」, 「Confirmation Measures and Collaborative Belief Updating」 등의 학술 논문을 발표하기도 했다.
○ 책 속으로
우리는 여전히 블랙홀에 관해 잘 알지 못한다. 아직 블랙홀에 떨어진 물체와 정보에 어떤 일이 발생하는지 이해하지 못한다. 블랙홀로 떨어진 물체와 정보가 우리의 우주 어딘가에서 다시 나타나는가? 아니면 다른 우주에서 나타나는가? 시간을 거슬러 오르기 위해 시간과 공간을 뒤틀 수 있는가? 이런 질문들은 우주를 이해하려면 반드시 넘어야 할 산이다. 혹시 우리 미래에서 누군가가 시간을 거슬러 올라와 우리에게 답을 가르쳐 줄지도 모를 일이다. — p.10
유니콘에서 여러 괴물에 이르기까지, 인간 정신의 모든 산물 가운데 가장 환상적인 것은 아마 블랙홀일 것이다. — p.23
이런 황금시대 이래 등장한 가장 놀랄 만한 것은 블랙홀의 모든 속성이 엄밀하게 세 가지 숫자로 예측 가능하다는 일반상대론의 주장이었다. 이 세 가지 숫자는 바로 블랙홀의 질량, 회전률, 전하이다. 만약 충분한 수학적 재능만 가지고 있다면 이 세 가지 숫자로부터, 예를 들면 우리는 블랙홀의 지평면, 중력에 의한 인력의 강도, 블랙홀 주변의 시공간 소용돌이, 맥동의 진동수를 계산할 수 있다. 이런 많은 것이 1975년에 다 밝혀졌다. 그러나 이것이 전부는 아니다. 블랙홀이 가진 나머지 모든 속성을 계산하고 밝혀내는 것은 어려운 도전이었다. 그리고 이런 도전을 찬드라세카르는 너무 좋아했다. 1975년 그는 개인적으로 이 연구에 착수했다. — p.56
만약 인간이 정말 똑똑하다면, 이 잔물결이 우리를 통과할 때 측정할수 있을 것이다. 우리의 컴퓨터는 곡률의 잔물결을 소리의 잔물결로 바꿀 수 있을 것이다. 그렇다면 우리는 블랙홀의 교향곡을 들을 수 있다.블랙홀들이 서로에 대해서 나선운동을 한 후, 거칠게 서로 합쳐져 변형된 블랙홀을 만들게 될 때 음조와 세기가 점점 증가하다가, 그 블랙홀의 돌기가 점차 수축해 사라질 때는 부드러운 음조로 천천히 조용해지는 교향곡을 들을 수 있다. — p.493
블랙홀의 특이점이 ‘새로운 우주’를 낳을 확률은 얼마나 될까? 우리는 모른다. 그것은 아마 일어나지 않았을지도, 또는 매우 비일비재할 수도 있다. 혹은 특이점이 양자폼으로 이루어져 있다는 우리의 믿음이 완전히 잘못되었을 수도 있다. -650쪽
봄 내내 무언가가 나를 자극하고 있었다. 그리고 나는 그것을 애써 무시하려고 했다. 좀 잠잠해져 곰곰이 생각해볼 수 있기를 기다렸던 것이다. 고독에 빠져들자 드디어 그것이 나를 찾아왔다. 고독에 파묻혀, 나를 자극하고 있던 것이 무의식에서 떠오르기를 기다렸다. 그리고 난 이것을 시험해보기로 했다. “웜홀을 통해서 시간이 서로 어떻게 연결되는가?” 이것이 바로 핵심이었다. — p.679
○ 출판사 서평
– 아인슈타인의 유산을 해석하기 위한 투쟁의 역사
1915년 11월 세상에 등장한 아인슈타인의 일반상대성이론은, 등장 직후인 1920년대 초 뉴턴의 중력이론과 어긋났던 수성의 운동을 설명했고, 윌슨 관측소에 있는 허블망원경으로 멀리 떨어진 성운에서 오는 빛의 적색 이동을 관측하면서 확증되었다. 이후 다소 잠잠한 시기를 보냈다.
이후 블랙홀의 개념이 추측의 형태로 제시되었으며, 점차 상대성 원리에도 블랙홀의 자리가 있다는 것이 밝혀졌다. 당시 아인슈타인은 이런 적용을 마음에 들어 하지 않았지만 과학자들은 점차 블랙홀을 인정할 수밖에 없는 결과들을 쌓아가게 되었다. 제2차 세계대전은 과학적 연구를 중단시켰지만 전쟁이 끝난 후에는 놀라운 기술이 접목되면서 새롭게 발전하는 계기가 되었다.
아인슈타인은 물체의 가속운동에 의해 빛이 이동하는 공간이 휘어지고, 시간도 느려진다고 생각했다. 여기서 가속운동은 중력에 의한 운동이며, 이런 중력은 주변의 시공간에 영향을 미친다. 이 영향력이 거리에 따라 물체에 미치는 세기가 달라진다. 이 원리를 바탕으로 아인슈타인은 수성의 근일점이 움직이는 이유를 설명했다. 또 태양 정도의 질량은 그 중력으로 시공간을 구부려서 빛의 경로를 휘게 만들 수 있다는 것도 밝혔다. 실제로 중력이 시공간에 변화를 미치는지는 지금까지 확인되지 않았다. 하지만 별이 폭발하는 경우 질량이 급변하는 상황에서는 중력이 요동치며, 질량의 분포가 시간에 따라 변하면서 시공간이 휘고, 그 변화가 공간을 따라 퍼진다. 마치 고요한 수면 위에 돌을 던졌을 때처럼 주변 시공간을 뒤흔들며 중력의 변화 (에너지)가 전파된다. 이것이 아인슈타인이 1916년 예측한 현상이며, 지난 100년간 발견되지 않았던, 바로 중력파였다.
– 전 세계 10개 언어로 번역된 물리학의 바이블!
저자는 30년간 아인슈타인이 후세에게 남긴 상대성 원리와 우주에 대한 상대성 원리의 예측을 이해하는 탐구를 진행했다. 그 탐구는 블랙홀과 백색왜성, 중성자별, 특이점, 중력파, 웜홀, 시간 뒤틀림, 타임머신 같은 것들로 그를 안내했으며, 이를 더 많은 사람들과 공유하려는 염원에서 이 책을 쓰게 되었다고 밝혔다.
책은 일종의 SF로 쓰인 프롤로그에서부터 시작된다. 그리고 전문적인 내용을 담은 열네 개의 장이 이어진다. 각 장에서는 세부 주제들의 역사적, 정치적인 측면은 물론 관련된 인물과 에피소드에 이르기까지 100년에 걸친 장엄한 우주 오디세이를 자세하고 정확하게 서술해낸다. 어려운 물리학 용어만 가득한 전문서적이 아닌, 블랙홀 역사의 흐름에 한 줄기를 담당했던 저자의 살아 있는 경험담과 그 뒷이야기들이 담겨 있어 다른 과학책과는 다른 재미를 발견할 수 있다.
특히 프롤로그 ‘블랙홀로의 항해’만으로도 독자는 블랙홀에 관한 상당한 정보를 얻을 수 있는데, 독자들은 먼저 가볍게 이 부분을 읽고, 책을 다 읽은 후 다시 한 번 읽는다면 저자의 의도를 보다 정확하게 파악할 수 있을 것이다.
– 물리학의 거장 킵 손 교수가 펼쳐 보이는 중력파 천문학의 시대!
과학과 대중의 거리를 좁히는 데 노력해온 킵 손 교수는 스티븐 호킹, 칼 세이건 등 물리학 거성들과 어깨를 나란히 하며 당대 최고의 이론 물리학자 가운데 한 사람으로 평가받고 있다. 우주를 담은 영화 ‘인터스텔라’의 과학고문을 맡기 위해 칼텍 파인만 석좌 교수에서 물러났다는 일화는 유명하다. 그 정도로 그는 우주의 원리를 대중에게 쉽게 알리는 데 공헌을 해왔다.
킵 손만큼 학술적 역량과 그걸 쉽게 풀어내는 능력이 동시에 뛰어난 인물은 흔치 않다. 그는 ‘인터스텔라’의 과학적 원리를 설명하고자 한국을 방문했을 때, “늦어도 2019년이면 최초의 중력파 측정이 가능할 것”이라며, ‘라이고’ (LIGO) 프로젝트를 소개한 바 있다. 그리고 2016년 그는 그 약속을 3년이나 앞당겨 실현했다. 중력파의 감도가 더 좋아져 초기 우주 대폭발 당시에 나왔던 중력파를 볼 수 있다면 초기 우주에 관한 정보도 알 수 있게 될 것이다.
물리학의 거장으로 불리는 킵손은 1960년대 초반부터 이 책이 출판되던 1994년은 물론 현재까지도 이 분야에서 가장 중심에 서 있는 과학자이다. 그는 이 책을 통해 “독자들이 배웠으면 하는 가장 중요한 한 가지는 무엇입니까?”라고 스스로에게 묻고 이렇게 답했다.
“우리 우주의 복잡성을 해명하고, 궁극적 간결성과 우아함 그리고 그것을 지배하는 근본 법칙의 영광스러운 아름다움을 드러내는 인간 정신의 놀라운 능력. 연구를 준비하고 시작한 이래 막다른 골목에 부딪히더라도 뛰어난 통찰로 난관을 뛰어넘는
인간 정신의 놀라운 능력. 바로 독자들이 이것을 배우기 바란다.”
이번 출간은 킵 손 교수와 오랜 인연을 맺어온 오정근 교수의 감수로, 1997년에 출간되었던 초판본에서 아쉬웠던 점을 수정해 재출간되었다.
○ 언론 소개
블랙홀과 시간여행 (킵 손 지음, 박일호 옮김, 반니)
“아태이론물리센터 선정 과학고전 50선, 미국물리협회(API) 과학도서상, 파이 베타 카파 과학도서상, 러시아 프리로다 독자상, 전 세계 10개 언어로 번역된 물리학의 바이블”
– 100년 만에 증명된 아인슈타인의 예언!
스티븐 호킹의 말을 빌려 설명하면, 이 책은 시간과 공간에 대한 우리 사고의 혁명과 그 혁명이 일으킨 변화에 관한 것으로, 우주에서 가장 신비스러운 대상인 블랙홀을 이해하려는 노력과 그 성공에 가장 가깝게 있었던 저자가 써내려간 흥미로운 여정이다.
1915년 아인슈타인은 시간과 공간을 통합해 시공간이라 부르는 이론을 제시하며, 시공간이 평평하지 않다고 주장했다. 시공간은 물질과 에너지에 의해서 휘어지고 뒤틀려 있다는 것이다. 우리 주변의 시공간은 거의 평평하기 때문에, 보통 상황에서 이 휘어짐은 별개 아닐 수 있다. 그러나 아인슈타인의 이론은 드넓은 우주에서 훨씬 놀라운 것을 말해준다. 그중 하나가 별들이 자신의 중력에 의해 한없이 붕괴해 우주 밖으로 떨어질 정도로 별 주변의 공간이 휘어질 수 있다는 것이다. 이런 붕괴의 가능성은 아인슈타인조차 믿지 않았다. 하지만 그의 이론은 필연적인 결과를 낳았다.
우리는 여전히 블랙홀에 관해서 많이 모른다. 아직 블랙홀에 떨어진 물체와 정보에 어떤 일이 발생하는지 이해하지 못한다. 블랙홀로 떨어진 물체와 정보들이 우리의 우주 어딘가에서 다시 나타날지, 아니면 다른 우주에서 나타날지 또 시간을 거슬러 오르기 위해서 시간과 공간을 뒤틀 수 있는지… 이런 질문들은 우주를 이해하려면 반드시 넘어야 할 산이다.
하지만 2016년 2월 11일, 인류는 중력파 검출이라는 인류 물리학사에 한 획을 그은 성과를 이뤄내며 블랙홀의 비밀에 한 발 다가섰다. 아인슈타인이 1916년 중력파의 존재를 예측한 지 꼭 100년 만에 이뤄진 놀라운 성과가 아닐 수 없다. 이로써 일반상대론이 예측한 현상 가운데 마지막까지 남아 있던 숙제가 풀렸다. 전 세계 언론이 흥분한 가운데, 새롭게 주목받고 있는 사람이 바로 이 책의 저자인 킵 손이다.
– 아인슈타인의 유산을 해석하기 위한 투쟁의 역사
1915년 11월 세상에 등장한 아인슈타인의 일반상대성이론은, 등장 직후인 1920년대 초 뉴턴의 중력이론과 어긋났던 수성의 운동을 설명했고, 윌슨 관측소에 있는 허블망원경으로 멀리 떨어진 성운에서 오는 빛의 적색 이동을 관측하면서 확증되었다. 이후 다소 잠잠한 시기를 보냈다.
이후 블랙홀의 개념이 추측의 형태로 제시되었으며, 점차 상대성 원리에도 블랙홀의 자리가 있다는 것이 밝혀졌다. 당시 아인슈타인은 이런 적용을 마음에 들어 하지 않았지만 과학자들은 점차 블랙홀을 인정할 수밖에 없는 결과들을 쌓아가게 되었다. 제2차 세계대전은 과학적 연구를 중단시켰지만 전쟁이 끝난 후에는 놀라운 기술이 접목되면서 새롭게 발전하는 계기가 되었다.
아인슈타인은 물체의 가속운동에 의해 빛이 이동하는 공간이 휘어지고, 시간도 느려진다고 생각했다. 여기서 가속운동은 중력에 의한 운동이며, 이런 중력은 주변의 시공간에 영향을 미친다. 이 영향력이 거리에 따라 물체에 미치는 세기가 달라진다. 이 원리를 바탕으로 아인슈타인은 수성의 근일점이 움직이는 이유를 설명했다. 또 태양 정도의 질량은 그 중력으로 시공간을 구부려서 빛의 경로를 휘게 만들 수 있다는 것도 밝혔다. 실제로 중력이 시공간에 변화를 미치는지는 지금까지 확인되지 않았다. 하지만 별이 폭발하는 경우 질량이 급변하는 상황에서는 중력이 요동치며, 질량의 분포가 시간에 따라 변하면서 시공간이 휘고, 그 변화가 공간을 따라 퍼진다. 마치 고요한 수면 위에 돌을 던졌을 때처럼 주변 시공간을 뒤흔들며 중력의 변화(에너지)가 전파된다. 이것이 아인슈타인이 1916년 예측한 현상이며, 지난 100년간 발견되지 않았던, 바로 중력파였다.
– 전 세계 10개 언어로 번역된 물리학의 바이블!
저자는 30년간 아인슈타인이 후세에게 남긴 상대성 원리와 우주에 대한 상대성 원리의 예측을 이해하는 탐구를 진행했다. 그 탐구는 블랙홀과 백색왜성, 중성자별, 특이점, 중력파, 웜홀, 시간 뒤틀림, 타임머신 같은 것들로 그를 안내했으며, 이를 더 많은 사람들과 공유하려는 염원에서 이 책을 쓰게 되었다고 밝혔다.
책은 일종의 SF로 쓰인 프롤로그에서부터 시작된다. 그리고 전문적인 내용을 담은 열네 개의 장이 이어진다. 각 장에서는 세부 주제들의 역사적, 정치적인 측면은 물론 관련된 인물과 에피소드에 이르기까지 100년에 걸친 장엄한 우주 오디세이를 자세하고 정확하게 서술해낸다. 어려운 물리학 용어만 가득한 전문서적이 아닌, 블랙홀 역사의 흐름에 한 줄기를 담당했던 저자의 살아 있는 경험담과 그 뒷이야기들이 담겨 있어 다른 과학책과는 다른 재미를 발견할 수 있다.
특히 프롤로그 ‘블랙홀로의 항해’만으로도 독자는 블랙홀에 관한 상당한 정보를 얻을 수 있는데, 독자들은 먼저 가볍게 이 부분을 읽고, 책을 다 읽은 후 다시 한 번 읽는다면 저자의 의도를 보다 정확하게 파악할 수 있을 것이다.
– 물리학의 거장 킵 손 교수가 펼쳐 보이는 중력파 천문학의 시대!
과학과 대중의 거리를 좁히는 데 노력해온 킵 손 교수는 스티븐 호킹, 칼 세이건 등 물리학 거성들과 어깨를 나란히 하며 당대 최고의 이론 물리학자 가운데 한 사람으로 평가받고 있다. 우주를 담은 영화 [인터스텔라]의 과학고문을 맡기 위해 칼텍 파인만 석좌 교수에서 물러났다는 일화는 유명하다. 그 정도로 그는 우주의 원리를 대중에게 쉽게 알리는 데 공헌을 해왔다.
킵 손만큼 학술적 역량과 그걸 쉽게 풀어내는 능력이 동시에 뛰어난 인물은 흔치 않다. 그는 [인터스텔라]의 과학적 원리를 설명하고자 한국을 방문했을 때, “늦어도 2019년이면 최초의 중력파 측정이 가능할 것”이라며, ‘라이고'(LIGO) 프로젝트를 소개한 바 있다. 그리고 2016년 그는 그 약속을 3년이나 앞당겨 실현했다. 중력파의 감도가 더 좋아져 초기 우주 대폭발 당시에 나왔던 중력파를 볼 수 있다면 초기 우주에 관한 정보도 알 수 있게 될 것이다.
물리학의 거장으로 불리는 킵손은 1960년대 초반부터 이 책이 출판되던 1994년은 물론 현재까지도 이 분야에서 가장 중심에 서 있는 과학자이다. 그는 이 책을 통해 “독자들이 배웠으면 하는 가장 중요한 한 가지는 무엇입니까?”라고 스스로에게 묻고 이렇게 답했다.
“우리 우주의 복잡성을 해명하고, 궁극적 간결성과 우아함 그리고 그것을 지배하는 근본 법칙의 영광스러운 아름다움을 드러내는 인간 정신의 놀라운 능력. 연구를 준비하고 시작한 이래 막다른 골목에 부딪히더라도 뛰어난 통찰로 난관을 뛰어넘는 인간 정신의 놀라운 능력. 바로 독자들이 이것을 배우기 바란다.”
이번 출간은 킵 손 교수와 오랜 인연을 맺어온 오정근 교수의 감수로, 1997년에 출간되었던 초판본에서 아쉬웠던 점을 수정해 재출간되었다.
– 킵 손은 1940년 미국 유타 주 태생
1962년 캘리포니아 공대를 졸업하고 1965년 프린스턴 대학에서 박사학위를 받았다. 1967년부터 캘리포니아 공대에서 조교수로 일하다가, 이후 캘리포니아 공과대학 파인먼 이론물리학 석좌교수가 되었다. 중력파 검출기를 건설하는 LIGO 프로젝트를 입안했다. 연구 분야는 아인슈타인의 일반상대성 이론과 천체물리학이며 그중에서 특히 ‘상대론적 별’과 ‘블랙홀’ ‘중력파’를 연구하고 있다. 천체물리학에서 굴절된 시공간 중력이 지니는 역할에 대한 우리의 이해에 많은 진보를 가져왔다. [블랙홀과 시간굴절]은 미국 물리학 저작협회상, 파 이-베타-카파 과학 저술상, 러시아 프리로다 독자상 등을 받았다. 2014년 공상 과학 영화 [인터스텔라]에 과학 자문으로 참여하였다.
지은 책으로는 [인터스텔라], [시공간의 미래](공저), [블랙홀과 시간굴절] 등이 있다.
○ 독자의 평
실증주의의 아버지라 불리는 오귀스트 콩트는 신학의 시대, 철학의 시대, 과학의 시대를 말한다. 막연한 신비와 초자연주의에 모든 것을 걸었던 인류는 보이지 않는 대상에 대한 믿음으로 삶을 버티고 영유 하는 것이 아니라, 세상의 이치를 알기 위해 머리로, 가능한 도구로 탐구하고 증명하기 시작한다. 주로 합리론 계열로 일컬어지는 것이 전자이고, 경험론이라 불리는 부류가 후자라고 볼 수 있다. 그러나 이러한 철학도 인간의 앎에대한 욕망을 해결하기는 힘들었다. 그래서 인류는 과학을 추종하기 시작한다. 그런데, 이 과학은 처음에는 지상의 문제에 관심이 있었으나 급기야는 우주의 문제에 관여하기 시작한다. 그리고 킵 손의 ‘블랙홀과 시간여행’은 우주에 대한 그동안의 논의를 이야기하듯이 풀어주고 있다.
과학자들은 많았으나, 그 중의 대표적인 1인은 뉴튼이라고 할 수 있다. 중학교 시절부터 외우고 외웠던, 관성의 법칙, 질량보존의 법칙, 운동의 법칙, 중력 등. 뉴튼은 아마도 대학입학전 가장 많은 영향을 끼치는 과학자일 것이다. 대학에서 문과를 전공하고 나면 이제 과학과는 거리가 멀어진다. 아인슈타인을 영화나 전기로 알게 되고, 스티븐 호킹도 뉴스를 통해서만 알게된다. 그리고 ‘인터스텔라’같은 영화를 통해서나 우주의 신비를 상상해볼 뿐 이다. 본서를 읽는 동안, 그래도 과학에 관심이 있어서 이것 저것 훑어보기는 했지만, 연대기적으로 – 인간의 관점에서 본 우주 – 우주에 대한 과학적 자료를 볼 기회가 없었는데, 저자의 저술 스타일도 일반인들에게 어렵지 않게 다가 올 수 있게 배려한 것도 감사하고, 보다 진취적으로 책에 몰입할 수 있어서 좋았다. 그렇다고 해서 본 내용을 다 이해하는 것은 아니다. 일단, 공식이나오고 수치가 등장하기 시작하면 스킵을 할 수밖에 없었다.
뉴튼은 시공간을 절대화 시킨다. 그리고 이러한 가정하에서 지구에서의 물리법칙은 큰 오류가 없다. 무시할 수준의 오류라고 보면된다. 하지만, 과학자들은 작은오류가 있음을 깨닫고 그 오류가 무엇인지를 파헤친다. 아인슈타인의 위대함은 여기에 있다. 상대성이론은 시공간의 정형화를 깨트리고 시공간의 상대성과 저자의 표현대로 뒤틀려 있음을 발견한다. 작은 오류를 통해서 새로운 패러다임을 아인슈타인은 제시한 것이다. 그렇다고 해서 뉴튼의 법칙이 깡그리 소멸되는 것은 아니다. 적어도 지구에서 뉴튼의 법칙은 아직도 큰 문제 없이 작동한다. 그러나 우주로 나갈 경우 이 법칙은 적용기 힘들고 아인슈타인이 등장해야 한다. 저자는 아인슈타인의 위대함을 극찬하면서도 그가 ‘블랙홀’을 인정하지 않았음을 비판한다. 상대성이론의 주창자임에도 불구하고 자신의 이론과 사고의 틀에 갇혀 있었다고 말한다.
‘본서의 제목처럼 블랙홀에 관련한 부분이 상당부분 다뤄진다. 솔직히 이 내용을 이해하기는 힘들다. 단, 모든 것을 흡수하는 블랙홀이지만, 그동안 생각했던 것과 같은 단순한 것이 아니라는 것은 확실하다. 모든 것을 흡수하고 빛 조차도 움직일 수 없지만, 일정한 법칙이 적용되고 공식화 된다는 것은 놀라운 것이었다. 블랙홀과 연관하여 중요한 것은 ‘중력’이었다. 사실, 이 중력의 크기에 따라 블랙홀의 힘도 커진다는 것이다. 그 질량이 태양과는 비교도 되지 않을 수준이라고 하니, 내 머리로는 쉽게 측정되지 않는다. 그렇다면 왜 블랙홀이 중요한가? 물리학자들에게 있어서 블랙홀은 중요하게 다뤄진다. 우주의 신비를 한 꺼풀 걷어내는 큰 역할을 하는 것이 분명하다. 마지막장에 언급되는 웜홀과 시간여행도 궁극적으로는 블랙홀의 발견과 중력에 대한 연구를 통해서 주장되고 있는 내용들이다. 타임머신에 대한 가능성을 저자는 말미에 조금 열어 놓는다. 아직도 연구되고 많은 논쟁들이 분분하지만, 물리학의 발전 속에서 이 부분이 해결될 것이라는 저자의 소망도 담겨 있어 보인다.
본서를 읽으면서 독자는 물리학자들의 천재성과 탐구정신을 존경하게 됐다. 그리고 치열한 검증단계, 토론, 그리고 그 안에 있는 권력, 권위. 억울함.과학자들의 일이지만, 역시 철학이 개입되고, 인간의 사사로운 감정이 결합된다. 그러나 진리를 발견하겠다는 노력에는 변함이 없다. 철학적으로 변증법적인 발전을 하고 있는 것처럼 보인다. 과학의 시대이자, 우주의 시대이지만 인간은 아직도 신학의 시대, 철학의 시대를 공유하고 있다. 뉴튼이 없어지지 않고, 아인슈타인이 없어지지 않은 것처럼 말이다. 이와 같이 혼재됨 속에서 인간은 모든 것을 흡수하는 블랙홀처럼 사고하고, 질서를 만들어 나간다고 생각한다. 칼 세이건이 말미에 언급되는데, 그의 ‘코스모스’가 바로 이러한 질서를 의미하는 것이라고 생각한다. 어쨌든 모든 원리들이 공식으로 정리되고 증명되고 있으니 아무리 불확정원리 속에서 살아간다고 하지만, 전체적으로 보면 질서 있게 보이는 것이 아닐까?
크리스천라이프 편집부