이종필 교수의 인터스텔라

이종필 교수의 인터스텔라

쉽고 재미있는 우주론 강의

저 : 이종필 | 그림 : 김명호

출판사 : 동아시아 | 발행일 : 2014년 12월10일

 

2 ~ 3년 전이었던가? 가지고 있던 아이패드 미니를 이리저리 만지고 있다가 각 대학교에서 무료로 upload를 한 강의 파일을 발견했는데 우연하게도 이화여대 물리학과의 김찬주 교수의 강의를 보게 되었다. 처음에는 호기심이었지만 이후에는 흥미로웠고 끝까지 강의를 들어야겠다고 생각했다. 기나긴 아프리카 출장을 가면서 아이패드 미니에 강의를 다운로드 받고 비행기 타는 내내 들었다. 강의를 다 듣고 나서, 여전히 이해 못하는 내용이 있기도 했지만 세상의 비밀을 나 혼자만 알게 된 것처럼 흥분에 빠졌었다.

그래서 가끔은 내 일상과는 아무런 관련도 없어 보이는 우주론에 대한 책을 보거나 하는 것도 그런 이유 때문이기도 하다. 그렇게 내 기억이 흐릿해질 무렵에 크리스토퍼 놀란 감독의 ‘인터스텔라’를 정말 아무 생각 없이 우연히 보게 되었다. 긴 시간 내내 전부 집중해서 영화를 보았다고 하면 거짓말이고 그 내용이 전부 개연성이 있었다고 하면 그것도 사실은 아닐 것 같다. 하지만 영화로 만들어진 어떤 SF영화보다도 내 마음을 끌었다는 것은 진실이다.

인간이 우주를 알아가는 과정은 기나긴 여정에 해당하는 일이다. 많은 것을 알아냈지만, 우주에 대한 우리의 지식은 한정되어 있다. 허블이 은하의 적색편이 관측결과를 토대로 모든 은하가 균일한 속도로 팽창하고 있음을 발표했다. 아인슈타인은 정상우주론을 믿었으나 관측결과를 보고 이를 포기했다. 오늘날 FLRW 우주론으로 불리우는 동적우주론이 대세를 이루었다. 모든 은하는 멀어지며 그 속도는 거리에 비례한다는 허블법칙의 허블상수를 통해서 우주의 나이가 138억년 +/- 2억년으로 밝혀졌다.

팽창하는 우주는 곧 그 시작이 되는 특이점을 생각하게 하였다. 빅뱅은 1949년 정상우주론을 주장한 프레드 호일이 조롱하듯이 만들어낸 이름이지만, 빅뱅의 증거인 우주배경복사가 발견되면서 빅뱅우주론이 인정받게 되었다. 한편, 초신성 연구를 통하여 우리의 우주의 팽창이 일정한 속도로 이루어지지 않고 점점 빨라진다는 사실을 밝혔다. 이로써 우리는 보통 물질과 빛과는 전혀 다른 에너지, 즉 암흑에너지(Dark Energy)의 존재를 산정할 수 밖에 없다. 우주 에너지의 65%를 차지하는 이것에 대해서 여전히 우리가 아는 것은 거의 없다.

인터스텔라를 이해하기 위해서 중요한 것 중 하나는 바로 상대성이론인데, 특허국 직원인 아인슈타인의 발표로 인해서 기존의 뉴턴역학은 막을 내렸다. 아인슈타인은 빛의 속도는 1초당 30만 km으로 항상 일정하다는 광속불편의 법칙에 따라 시공간이 속도에 따라서 변한다고 주장했다. 등속운동을 조건으로 하는 특수상대성이론, 그리고 이후에 발표된 일반상대성 이론은 ‘중력이론’으로 우리가 우주를 이해하는 데 큰 영향을 미쳤다.

현대적인 블랙홀 이론은 아인슈타인의 이론에서 시작되었는데, 슈바르츠실트 풀이에서 구형대칭의 천체 주변에 ‘사건의 지평선’이라는 경계면이 존재하며 이는 불회귀선 즉, 이 경계를 넘어서는 아무 것도 다시 밖으로 나가지 못한다. 베켄슈타인은 블랙홀은 엔트로피를 가지며 그 값은 블랙홀의 넓이에 비례한다고 주장한다. 호킹은 이를 지지하는 연구결과와 함께 모든 블랙홀이 자신의 질량에 반비례하는 온도를 가지고 있으며 블랙홀은 특정한 온도를 가지며 그 온도에 걸맞는 빛을 낸다고 주장한다. 이것이 ‘호킹복사’이다.

오늘날 우주론은 더 발전하여 끈이론이 출현하고 우리가 인지하고 있는 4차원의 시공간을 넘어서 10차원까지 확장된 새로운 이론이 계속해서 나오고 있다. 쉽지는 않겠지만, 블랙홀에 대한 호킹의 책이라든지 최근의 끈이론에 대한 책이 쉽게 설명된 것이 있다면 천천히 읽어보고 싶은 생각이 든다. 생각해보면 우리 자신도 우주를 품고 있다는 사실을 죽음은 결국 우리가 우주로 되돌아간다는 것으로 본다면, 이러한 관심은 내 근원에 대한 탐구일 것이다. 이종필 교수가 인용한 호킹의 글을 인용하며 마무리를 할까 한다.

 

“우리는 기껏해야 아주 평범한 별에 속한 보잘것없는 행성의 고등한 원숭이 종족에 지나지 않는다. 그러나 우리는 우주를 이해할 수 있다. 덕분에 우리는 꽤나 특별한 존재이다.”

 

이종필 (1971 ~ ) 고려대 교수