현대과학의 열쇠 퀀텀 유니버스

책 소개

여는 글 다음의 진술 가운데 하나는 사실이다. ? 여러분이 쉬는 모든 들숨에 마릴린 먼로가 내쉰 날숨의 원자가 들어 있다. ? 액체가 위로 흐를 수도 있다. ? 건물 꼭대기에서는 아래층에서보다 나이를 더 빨리 먹는다. ? 원자는 여러 다른 장소에 동시에 존재할 수 있다. 당신이 뉴욕에 있으면서 동시에 런던에 있을 수 있다는 뜻이다. ? 인류 전체를 각설탕 크기의 공간 안에 집어넣을 수 있다. ? 채널이 동조된 텔레비전 수상기 잡음의 1퍼센트는 빅뱅(대폭발)의 자취이다. ? 물리 법칙은 시간 여행을 금하지 않는다. ? 한 잔의 커피는 차가울 때보다 뜨거울 때 무게가 더 무겁다. ? 빨리 여행할수록 더 홀쭉해진다. 농담이다. 위의 진술은 전부 사실이다! 과학 저술가인 나는 과학이 과학 소설보다 훨씬 더 기묘하고, 우주가 인류가 발명해 낸 그 어떤 것보다도 훨씬 더 경이롭다는 사실에 항상 놀란다. 그럼에도 불구하고 지난 세기의 그 비상한 발견들을 이해하는 사람은 극소수다. 지난 100년 동안 두 가지 기념비적 업적이 달성되었다. 원자와 그 구성물에 관한 우리의 이해를 도와준 ‘양자이론’이 그 하나요, 공간과 시간, 중력에 관한 인식을 가능케 해준 아인슈타인의 ‘일반상대성이론’이 나머지 하나이다. 두 이론은 이 세계와 우리에 관한 거의 모든 것을 설명해 준다. 실제로 양자이론이 현대 세계를 창조했다고도 할 수 있다. 양자이론은 우리가 발 딛고 서 있는 땅이 왜 단단한지, 태양이 왜 빛나는지를 설명해 줄 뿐만 아니라 컴퓨터와 레이저, 원자로의 제작도 가능케 해준다. 상대성이론을 일상 생활에서 체험하기란 어렵지만, 이 이론은 블랙홀(검정구멍)이라는 것이 존재한다는 사실을 우리에게 가르쳐 주었다. 블랙홀에서는 빛을 포함해 그 어느 것도 탈출할 수 없다고 한다. 우리는 상대성이론을 통해 우주가 영원히 존재해 온 게 아니라 빅뱅이라고 하는 강력한 폭발로 탄생했으며, 어쩌면 타임머신이 가능할지도 모른다(가능성이 매우 높다)는 사실을 알게 되었다. 나는 이런 내용들을 대중적으로 설명하는 많은 글을 읽었다. 그러나 과학을 전공한 나도 그 설명에 당황하기 일쑤였다. 과학자가 아닌 일반 대중들이 그런 상황을 어떻게 이해할지 다만 추측해 볼 수 있을 따름이다. 아인슈타인은 말했다. “과학의 기본 개념들 대부분은 근본적인 차원에서 보면 단순하다. 때문에 대부분의 개념들은 누구나 쉽게 이해할 수 있는 언어로 설명될 수 있다.” 나는 경험을 통해 그의 말이 옳다는 것을 알고 있다. 보통 사람들이 21세기 물리학의 주요 개념들을 쉽게 이해할 수 있도록 돕고 싶었고, 이것이 책을 쓰면서 내가 견지한 태도이다. 쉽고 흥미로운 비유를 통해 양자이론과 상대성이론의 핵심 사상을 명확히 설명하고자 노력했다. 두 이론의 핵심 개념들은 믿을 수 없을 정도로 간단하며, 세상의 거의 모든 것들이 논리적으로 그리고 필연적으로 두 이론의 핵심 개념에서 비롯된다는 걸 보여주고 싶었다. 하지만 마음처럼 글쓰기가 쉽지는 않았다. 특히 양자이론은 지난 80년 동안 축적된 많은 성과들을 퍼즐처럼 짜맞추는 과정이 필요하다. 지금까지 하나의 맥을 짚어 이 퍼즐들을 완전히 맞추는 데 성공한 사람은 아무도 없는 것 같다. 솔직히 양자이론의 중요한 몇몇 성과들은 알기 쉬운 방법으로 전달할 수 있는 범위를 넘어서는 것 같다. 이를 테면, 원자가 동시에 두 곳에 존재할 수 있는 이유를 설명해 주는 ‘결흐트러짐’(decoherence)은 호락호락하게 설명할 수 있는 주제가 아니다. 나는 여러 전문가들과 의견을 교환했고 결흐트러짐을 ‘비간섭성’(incoherence)으로 바꿔야 한다고 생각하기 시작했다. 그러자 어쩌면 전문가들도 이 문제를 완벽하게 이해하지 못할지도 모른다는 생각이 번뜩 들었다. 생각이 여기까지 미치자 어떤 면에서 나는 더 자유로워졌다. 시종일관 완벽하게 아귀가 맞는 그림이 그려지지 않은 것 같았다. 그리하여 결국 나는 여러 학자들의 통찰을 바탕으로 나만의 그림을 짜맞춰야겠다고 판단했다. 여러분은 이 책이 제시한 여러 설명 방법을 다른 어느 곳에서도 볼 수 없을 것이다. 이 비유와 설명들이 현대 물리학의 핵심 개념을 에워싸고 있는 오리무중을 조금이나마 밝혀 준다면 좋겠다. 나아가 독자 여러분께서 우리가 목도하고 있는 우주가 얼마나 경이로운 존재인지를 통찰할 수 있다면 더할 나위 없을 것이다.

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