엘러건트 유니버스(서평)

 

 

 

엘러건트 유니버스

브라이언 그린

 

 

 

 

‘엘러건트 유니버스’란 제목에서 알 수 있듯이 우아하고 아름다운 우주론에 관한 책이다. 우주론, 물리학이라면 수많은 수식과 어려운 용어들로 일반인들이 쉽게 접근하기 힘든게 사실이다. 하지만 브라이언 그린은 어려운 수식을 사용하지 않고 가능한 독자들이 이해하기 쉽도록 특이한(?) 비유들을 들어 설명하고 있다.

물리학에 관심은 있지만 따라올 수식에 겁이 나는 독자라면 추천 해 줄만하고 상대성 이론과 양자역학에 대한 설명 또한 쉽게 되어 있어 물리학의 개념에 많은 도움이 되는 물리학 교과서라 하겠다.

 

저자는 “끈이론의 관점에서 우주의 원리를 설명하는 것” 이 이 책의 주된 목적이라고 하였다. 그런 만큼 본론은 끈 이론에 관한 물리학서이다. 끈이론은 아인슈타인의 상대성 이론과 양자역학을 조화롭게 결합시켰다는 것에 큰 의미가 있으며 궁극의 이론으로 가는 중요한 이론이라 하겠다.

 

지난 반세기 동안 물리학은 그동안의 지식들이 쌓여서 중요한 전환기를 맞이하였다. 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학이 그것이다. 상대성이론은 중력과 시공간 같은 방대한 스케일의 거시적인 우주를 설명하는 이론이고 양자역학은 분자나 원자 같은 미세한 미시세계를 설명하는 이론이다. 이 이론들은 각자의 분야에서는 아무런 문제없이 잘 적용되고 있지만 합쳐놓으면 양립할 수 없는 문제가 생긴다. 이 두 이론들을 이어준 이론이 바로 초끈이론이다. 초끈이론에서는 상대성이론과 양자역학이 “‘별개의 이론이 아니다.’, ‘반드시 합쳐져야 한다.’, ‘필연적으로 합쳐질 수 밖에 없는’” 불가분의 이론이라는 것이다.

 

 끈이론은 물질의 최소 입자가 구의 형태나 점이 아니라 진동을 하는 미세한 1차원의 끈으로 된 고리모양이라는 이론으로, 모든 물질(페르미온)과 힘(보존)은 ‘진동하는 미세한 끈’이라는 하나의 근원으로 통합된다고 한다. 상대성이론과 양자역학의 대립은 프랑크 길이(10/-33Cm)보다 작은 영역에서 일어나는 양자역학의 불확정성 원리에 의한 양자적 거품, 양자적 요동 상태 때문에 일어났는데 이는 이론을 위한 이론이고 측정이나 감지가 불가능하기 때문에 없는 것으로 치부해도 된다고 하여 두 이론들을 결합시킬 수 있었다.

또한 끈이론에서 인상적이었던 것은 시공간의 물리량인 차원에 관한 입장인데 일반적으로 알고 있는 4차원이 아니라 11차원까지 이야기를 하고 있다. 물리는 궁극적으로 이 세상의(시공간의) 생성과 소멸, 상호 관계를 말하는 것이다. 시간과 공간은 ‘물체’와 ‘사건’ 사이의 관계를 설명하기 위해 편의상 도입된 수단이고 비교 대상이 없을 때는 아무런 의미가 없는 것이라고도 볼 수 있다. 베르나르 베르베르의 소설 ‘신’에서 아무도 없는 암흑의 시공속에서 주인공의 존재가 아무런 의미를 갖지 못했듯이 주위에 비교 대상이 없으면 3차원의 공간과 시간의 진행은 아무런 의미가 없는 것일 것이다. 하지만 우리의 우주에는 비교대상이 존재한다. 그럼으로써 시공간의 관계들이 물체와 사건들에 의미를 부여해 주는 것일지도 모른다.

그럼 왜 우리는 4차원만 인식하는 것일까? 일반적으로 3차원의 공간에 시간이 더해져서 4차원이라는 것은 대부분 알고 있을 것이다. 끈이론에서는 태초에 우주는 이 우주의 모든 에너지를 미세영역과 같은 아주 작은 부피에 모두 압축되어 있었는데, 11차원 중 하나의 일차원공간에서 두 차원이 부딪히면서 차원간의 경계가 깨져버려서 3개 차원이 합쳐져서 팽창하고 있다 설명한다. 필자가 이해했던 식으로 다시 정리해 보면, 여러 차원 중에 한 차원이 시간이라는 차원과 합쳐져서 하나의 선과 같은 차원을 만들고 그 외나무다리와 같은 차원에서 점과 같은 두 개의 차원이 부딪힌 것이다. 다른 곳으로 비켜갈 곳이 없는 외나무다리에서는 둘 이상의 차원이 만날 가능성이 높기 때문일 것이다. 그러고 나서 부딪힌 두 개의 차원은 면을 이루고 또 3차원의 부피를 이룬다. 그런 후에 무한히 팽창하게되고 나머지의 다른 차원들은 서로 부딪힐 가능성이 희박해져서 원래의 상태로 남게되었다. 마치 넓은 사막에서는 여러 사람들이 서로 뛰어 다니다가 부딪힐 가능성이 희박하듯이 나머지 차원들도 태초의 상태로 남아 플랑크 길이 이하의 상태에서 감겨진 상태로 존재한다고 한다. 그 이외의 끈이론에 대해 이해 못할 내용도 있었지만 책의 두께에 비해서 재미있게 읽었으며 추천할 만하다.

마지막으로 우주는 왜 생겨났으며 궁극적인 법칙은 무엇일까? 또 자신은 왜 여기에 있는가? 를 알기 위해 우리는 각자의 방법으로 끝없이 진리를 탐구 할 것이고 언젠가는 지식들이 쌓여서 만물이론을 발견할 것이며 이것은 끝이 아니라 또 다른 시작을 의미한다고 저자는 말하고 있다.

 

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