우주를 만지다

 

우주를 만지다

삶이 물리학을 만나는 순간들

 

저자  권재술

출판  특별한서재  |  2020.9.29.

 

 

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책 속으로

지구에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)는 약 4광년 떨어져 있다. 1광년이란 빛이 1년 동안 가야 하는 거리다. 빛은 1초에 지구 7바퀴 반이나 되는 거리를 갈 수 있고, 1억 5,000만 킬로미터 떨어져 있는 태양까지도 8분이면 갈 수 있다. 그런데 그런 빛으로 한 시간도 아니고, 하루도 아니고, 한 달도 아니고, 1년도 아니고 4년을 가야 한다니. 얼마나 멀리 있는가? 그래도 이것이 가장 가까운 별이고 대부분은 이보다 어마어마하게 더 멀리 있다. (…)
여러분은 상상이 가는가? 하늘 저 멀리 아득히 수억 광년, 아니 수백억 광년에 걸쳐 있는 별들을 상상해보라. 우주는 얼마나 광활한가? 여러분은 우주가 어마어마하게 크다고만 생각할 것이다. 하지만 이 우주는 여러분이 생각하는 그 어마어마한 것보다 정말 어마어마하게 더 크다는 것을 알아야 한다. 우주여행? 100년도 채 살지 못하는 인간이 감히 몇억 년의 여행을?
그래도 인간은 그 꿈을 꾸고 있다. (본문 19~21쪽)

대기는 분자들의 여관방이다. 그 여관방에는 종류와 관계없이 한 방에 한 분자만 들어간다. 분자의 크기나 질량을 따지지 않는다. 여관방이 손님의 키나 몸무게를 따지지 않듯이 분자들의 여관방도 마찬가지다.
하지만 인간들의 여관방인 고급 호텔에는 아무나 들어갈 수 없다. 돈이 있어야 하고 사회적 지위도 높아야 할지 모른다. 인간들의 여관방에는 차별이 있다. 하지만 분자들의 여관방은 출신 성분을 따지지 않는다. 인간들의 여관방과는 달리 아무런 차별이 없다. 자연은 인간보다 더 공평하다.
자연에서 배워야 할 것이 한둘이 아니다. (본문 137쪽)

빛이 직선으로 나아가고, 무엇에 부딪히면 반사를 하고, 유리나 물을 통과할 때 굴절하는 것을 본 뉴턴은 빛을 입자라고 주장했다. 하지만 빛은 장애물이 있으면 돌아서 가고, 두 빛이 서로 만나면 간섭을 해서 무지개와 같은 색깔이 나타난다. 이런 현상은 빛이 파동이라는 것을 의미한다. 그리고 맥스웰에 의해서 빛이 전자기파라는 사실이 밝혀지면서 빛이 파동이라는 것이 확실해졌다.
하지만 빛은 그렇게 쉽게 자기의 정체를 드러내는 호락호락한 존재는 아니었나 보다. 빛을 금속에 비추면 금속에서 전자가 튀어나온다. 이 현상을 광전효과(photoelectric effect)라고 한다. 아인슈타인은 빛이 입자라는 가설로 광전효과를 성공적으로 설명했다. 이 공로로 그는 노벨상을 받았다. 빛은 회절하는 것으로 보아 분명히 파동인데 또 광전효과를 일으키는 것으로 보아 분명히 입자다. 그러면 도대체 빛은 입자란 말인가 파동이란 말인가? (…)
빛은 파동도 아니고 입자도 아니다. 빛은 무엇으로 규정할 수 있을 정도로 그렇게 간단한 존재가 아니다. 도를 도라고 하면 이미 도가 아니듯이(道可道 非常道, 名可名 非常名), 빛도 파동이라고 하면 이미 파동이 아니고 입자라고 하면 이미 입자가 아니다. 이름조차 붙일 수 없는 존재, 그것이 빛이다. (본문 156~158쪽)

양자중첩을 좀 더 확장해서 인생사에 적용해볼 수도 있다. 미래에 내가 성공한 사람이 될지 실패할 사람이 될지는 아무도 모른다. 양자역학적으로 보면, 현재의 나는 성공과 실패가 중첩된 상태로 존재한다. 하지만 시간이 지나면 실패나 성공 둘 중의 하나가 현실이 될 것이다. 모든 미래는 양자중첩 상태다. 시간이 흐르면 이 중첩 상태 중 어느 한 상태가 현실이 될 것이다. 내가 수만 번 환생한다면 실패한 나와 성공한 내가 반반으로 나올지 모른다.
우리는 진실이 객관적으로 존재한다고 믿는다. 그리고 그 진실은 O 아니면 X라고 믿는다. 하지만 진실은 그렇게 흑과 백으로 분명하게 구별되는 것이 아니다. 진실은 오히려 중첩적이고 모호하다. 이 모호함이 진실의 오묘함이 아닐까? (본문 178쪽)

뉴턴이나 아인슈타인 모두 물체가 왜 떨어지는지 잘 설명하지만, 빛에 대해서 두 이론은 우열이 갈린다. 뉴턴의 중력 이론에 따르면 빛은 질량이 없으므로 중력에 영향을 받지 않는다. 빛은 중력에 영향을 받지 않기 때문에 지구나 태양에 의해서 영향을 받지 않는다.
하지만 아인슈타인에 따르면 별 주위에 공간이 휘어져 있으므로 질량이 없는 빛이라도 휘어져야 한다. 아인슈타인의 이런 주장은 매우 놀라운 것이었으나 영국의 천문학자 에딩턴에 의해서 실제로 빛이 태양의 중력에 의해서 휘어진다는 것이 관측되었다. 공간이 휘어져 있다는 것이 증명되는 순간이었다. 이로써 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 증명이 되었고, 아인슈타인은 일약 세계적으로 유명한 사람이 되었다.
휘어진 공간은 눈으로 볼 수 없다. 오직 마음으로만 볼 수 있다. ‘믿음은 바라는 것들의 실상이요, 보이지 않는 것들의 증거’라고 했던가? 우리가 사는 공간은 휘어져 있지만 그 휘어져 있음을 우리는 볼 수 없다. 논리적 결론이지만 실험으로 확인할 수 있는 결론이다. 진실은 겉으로 드러나 있지 않고 감추어져 있다.
(본문 287, 288쪽)

출처 : 인터넷 교보문고