독서습관267_우주와 물리 등 과학에 도전하는 책_시간의 역사_스티븐 호킹_1991_삼성출판사(200822)

■ 저자: 스티븐 호킹

루게릭병(근육무력증)이라는 불치병에 걸려 전신이 마비된 채 휠체어에 몸담아 우주에 관한 3대 이론을 제창한 천재 물리학자 스티븐 호킹은, 우주의 비밀에 가장 가까이 접근하고 있는 이 시대 최고의 지성으로 전 세계에 걸쳐 이미 잘 알려져 있다. 그는 오직 손끝으로 휠체어에 연결된 특수 컴퓨터를 조종하여 모든 연구활동을 해내며, 뛰어난 두뇌능력을 최대한 발휘하여 급기야는 현대 이론물리학의 큰 흐름을 바꿔놓았다. 

뉴턴, 아인슈타인의 뒤를 잇는다고 평가될 만큼 눈부신 업적은 그야말로 기적에 가깝다고 할 수밖에 없는 것이다. 스티븐 호킹은 1942년에 옥스퍼드에서 태어나 1962년 옥스퍼드 대학을 졸업했다. 현재는 케임브리지의 곤빌 카이우스 대학 회원으로, 또 뉴턴과 디랙의 뒤를 이어 제3대 루카시안 명예교수직을 맡아 뉴턴 강좌를 담당하고 있다. 호킹은 역국 학사원의 회원이며, 왕립천문학회의 에딩턴 메달과 미국 물리학회의 수리물리학에 대한 대니 하이네먼 상을 비롯하여 많은 상을 받았다. 

 

■ 소감 

대학 시절 베스트셀러였던 <시간의 역사>를 당시에는 읽지 못하고 30년이 지나서야 읽었습니다. 비록 저자인 스티븐 호킹 박사는 2018년 생을 마감했지만 그의 명저는 여전히 사람들에게 읽히고 있습니다. '호사유피 인사유명'이란 말이 절로 떠오릅니다. 

저자가 1988년에 지은 책이어서 당시의 천체물리학의 최신 현황을 담기는 했지만 당시에는 컴퓨터 용량에도 한계가 있었기에 30년이 지난 오늘날의 천체물리학과는 다소 차이가 있는 부분이 있을 것입니다. 그래도 이 책을 통해 평소에 생각해보지 않았던 우주, 블랙홀, 시공간, 불확정성의 원리, 소립자 등을 조금이나마 이해하게 되었습니다.   

책의 내용에 수식이 들어있지는 않지만 전문적인 내용이 상당수 포함되어 있어서 천천히 반복해서 읽어봐도 이해가 되지 않는 곳도 많이 있었습니다. 모처럼 과학 관련 도서를 접하면서 한쪽으로 치우친 독서를 하고 있던 것은 아니었나 돌아보게 됩니다. 

베스트셀러 도서에 재테크와 부동산 등 돈을 잘 버는 기법들과 관련된 것들이 많습니다. 대부분이 중복되는 내용도 많은 것이 사실입니다. 반면에 이런 과학과 관련된 서적들은 베스트셀러에 오르기 쉽지 않습니다. 어려운 책을 기피하고 자기개발이나 재테크류를 선호하는 한국사회를 잘 표현하고 있다고 생각됩니다.  

청소년과 성인들이 과학이나 고전과 같이 어렵지만 생각하게 하는 책들을 통해 자연과학과 사회과학에 대한 이해의 폭을 넓혀가는 사회가 되길 바래봅니다.  

 

■ 책에서 발췌

32페이지) 그러나 1929년 에드윈 허블은 우리가 어디를 보아도 먼 은하들이 급속히 우리에게서 멀어져가고 있다는 획기적인 관측을 하였다. 다시 말하면 우주는 팽창하고 있다는 것이다. 이 말은 은하들이 이전에는 더 가까이에 있었다는 뜻이다. 

34) 과학철학자인 칼 포퍼는 좋은 이론의 특징은 원칙적으로 관측될 수 있거나 또는 반증될 수 있는 많은 예언을 할 수 있는 데 있다고 강조하였다. 이론은 새로운 실험이 그 예언과 일치할 때마다 살아남으며, 따라서 이론에 대한 우리의 신뢰도는 늘어나게 된다. 

41) 일설에 의하면 갈릴레이가 피사의 사탑에서 여러 물체를 떨어뜨려서 아리스토텔레스의 생각이 잘못임을 보여주었다고 하지만, 이 이야기는 사실이 아님이 거의 확실하다. 그러나 그는 이와 동등한 실험을 실제로 했던 것이다. 즉 그는 매끈한 경사면을 따라 무게가 다른 여러 공이 굴러 내리게 하였다. 이 실험은 무거운 물체가 수직으로 떨어지는 것과 비슷하나 속도가 더 작아서 관찰하기가 더 쉬웠던 셈이다. 

45) 뉴턴은 이런 절대적 위치, 절대 공간이 존재하지 않는다는 것이 절대적 신의 존재에 대한 그의 생각과 상충되기 때문에 매우 괴로워했다. 사실은 그는 법칙이 가리키는 것과 반대로, 절대 공간이 없다는 것을 받아들이지 않았다. 

46) 빛이 극히 크지만 유한한 속도로 달린다는 사실을 1676년에 처음으로 발견한 사람은 덴마크의 천문학자 오울 크리스텐센 뢰머다. 그는 목성의 위성이 목성의 뒤로 들어가는 시각이 같은 시간 간격으로 되풀이되지 않으며, 목성의 달이 일정한 속도로 돈다는 기대와 더긋남을 관측했다. 

728x90

59) 우리가 여태 본 가장 먼 천체의 경우라면 빛이 약 80억 년 전에 떠난 셈이 된다. 그러므로 우리가 보고 있는 우주는 그 과거의 모습을 보이고 있는 것이다. 

65) 뉴턴의 운동 법칙은 공간 안의 절대적 위치란 개념을 없애버렸다. 상대성 이론은 절대적 시간도 없애버렸다.

73) 그뿐 아니라 별의 스펙트럼에서 어느 특정한 색깔들이 빠져 있음을 알게 되는데 이 빠진 색깔들은 별마다 다를 수 있다. 우리는 화학적 원소가 특정한 색깔들을 흡수함을 알기 때문에, 이것과 별의 스펙트럼에서 빠진 색깔을 비교하면 별의 대기 속에 어떤 원소가 들어 있는지 결정할 수 있다. 

75) 그러므로 대다수의 은하들이 적색 변위를 나타내는 것을 발견한 것은 대단히 놀라운 일이었다. 거의 모든 은하들이 우리에게서 멀어져 가고 있다니!

87) 이들에 의해 전파원의 대다수가 우리 은하 밖에 있고(사실 많은 것은 다른 은하로 확정되었다)그들은 약한 전파원은 보다 멀고, 강한 것은 가까운 것으로 해석하였다. 그리고 먼 것보다 가까운 것은 단위 부피당 수효가 더 적은 것으로 파면되었다. 

95) 하이젠베르크는 입자의 위치의 불확정과 그 질량*속도의 불확정의 곱은 일정한 값-플랑크 상수-보다 작아질 수 없음을 증명하였다. 더욱이 이 한계값은 입자의 위치나 속도를 재는 방법이나 입자의 종류에 관계가 없다. 즉 하이젠베르크의 불확정성 원리는 우주의 근본적이고 불가피한 특성인 것이다. 

96) 오캄의 면도날(Occam's razor) : 14세기 오캄에 의한 격언으로, 가설은 불필요한 가정이 깍여버린 것이어야 한다는 뜻. 즉 최소의 가정을 포함한 가설이 최상의 가설이라는 뜻

106) 1911년 영국의 물리학자 어니스트 러더퍼드는 물질의 원자는 내부 구조를 가지고 있음을 드디어 밝혀냈다. 즉 원자는 극히 작은 +전기를 띤 핵과 그 둘레에 여러 전자의 궤도로 이루어졌다는 것이다. 그는 방사성 원소로부터 방출되는 +전기를 띤 알파 입자가 원자와 충돌할 때 경로가 구부러지는 모양으로부터 이것을 알아낸 것이다. 

113) 양자역학에서 물질 입자 사이의 힘, 또는 상호작용은 모두 정수의 스핀-0,1,2-을 가진 입자에 의해서 운반된다. 즉 전자나 쿼크 같은 입자는 힘을 운반하는 입자를 방출한다. 이 방출의 반동으로 물질 입자의 속도가 변한다. 한편 힘을 운반하는 입자는 다른 물질 입자와 충돌하여 흡수된다. 

161) 검은구멍(블랙홀)은 아무것도 방출하지 않는 것으로 생각되고 있다. 그러므로 검은 구멍의 사건의 지평선의 넓이는 그 엔트로피로 볼 수 없을 것 같았다. 

186) 이것은 전능한 존재의 능력 안에 있는 일임이 확실하다. 그러나 만약 신이 이런 이해할 수 없는 방식으로 우주를 시작하였다면, 왜 우리가 이해할 수 있는 법칙에 따라 우주가 진화하도록 선택하였을까? 과학의 전역사는, 모든 현상(사건)이 임의의 방식으로 일어나는 것이 아니라, 어떤 내재하는 질서-신이 불어넣었건 아니 건간-에 따라 일어남을 점차로 깨닫게 해 주었다. 이 질서는 오직 법칙에 있는 것이 아니라, 우주의 시초 상태를 규정하는 시공간의 경계조건에도 있어야 할 것으로 자연스럽게 상상된다. 

211) 과학의 이론은 우리의 관측 결과를 ㅛ사하기 위해서 만든 수학적 모델에 지나지 않는다. 그것은 우리 마음속에만 존재할 따름이다. 그래서 '실제' 시간과 '허수' 시간 중 어느 쪽이 사실의 시간일까와 같은 물음은 의미가 없다. 그보다도 어느 쪽이 더 유용한 묘사가 될까가 문제일 뿐이다. 

213) 그러나 만약에 우주가 실제로 완전히 자급자족하고 경계나 끝이 없는 것이라면, 우주에는 시초도 끝도 없을 것이다. 우주는 그저 존재할 따름이다. 그렇다면 창조자가 존재할 자리는 어디일까? 

215) 그대신 어느 관측자나 그가 휴대하는 시계로 재는 그 자신의 시간을 가지게 되고, 다른 관측자가 휴대하는 시계는 반드시 서로 같을 필요는 없어진 것이다. 그러므로 시간은 그것을 재는 관측자에 상대적이고 보다 개인적인 개념으로 변하게 되었다. 

 

226) 그는 자신이 우주의 정지 모델을 만들려고 도입했던 우주상수를 가리켜서 그의 일생 최대의 실수라고 하였다. 

228) 요약해서 말하면, 과학의 법칙은 시간의 앞뒤 방향을 구별하지 않는다. 그러나 과거를 미래로부터 실제로 구별하는 시간의 화살이 적어도 3개가 있다. 이들은 열역학적 화살 즉 무질서가 늘어나는 시간의 방향과, 심리적 화살 즉 우리가 미래가 아니라 과거를 기억하는 시간의 방향, 그리고 우주론적 화살 즉 우주가 수축이 아닌 팽창을 하는 시간의 방향 등이다. 

245) 그렇다면 생명은, 적어도 우리가 아는 바에 따르는 한, 시간의 1차원과 공간의 3차원이 작게 오므라들지 않은 시공간의 구역에서만 존재할 수 있음이 분명한 것 같다. 그러므로 끈의 이론에 의해 우주 속에 이런 구역이 존재한다는 사실이 적어도 허용된다는 것을 증명할 수 있다면 - 사실 끈의 이론은 그럴 것으로 보이기는 하지만 - 우리는 약한 인간 원리에 호소할 수 있을 것이다. 

254) 이런 법칙의 성공은 19세기 초에 라플라스로 하여금 과학적 결정론을 요청하도록 하였다. 즉 그는, 어떤 시각에 우주의 상태가 주어진다면 우주의 진화를 정확하게 결정할 수 있는 법칙의 체계가 존재한다고 제안하였다. 라플라스의 결정론은 두 가지 면에서 불완전하다. 이는 법칙이 어떻게 선택되어야 하는지를 말하지 않으며, 또 우주의 시초 상태를 규정하지 않는다. 이런 일은 신에게 맡겨졌던 것이다. 신은 우주가 어떻게 시작하고 어떤 법칙을 따를 것인지를 선정하였지만, 일단 우주가 시작되면 우주에 개입하지 않는다. 사실상 신은 19세기 과학이 이해할 수 없는 영역에 갇혔던 셈이다. 

258) 금세기의 가장 유명한 철학자 비트겐슈타인Wittgenstein은 "철학에 남겨진 오직 한 가지 일이란 언어의 분석뿐이다"라고 말하기에 이르렀다. 아리스토텔레스로부터 칸트에 이르는 철학의 위대한 전통의 이 무슨 몰락이란 말인가

264) 그러나 그의 참된 이유는 아마 달랐을 것이다. 즉 다시 그의 말을 빌린다면, "방정식이 내게는 더 중요하다. 정치는 현재를 위한 것이지만 방정식은 영원을 위한 그 무엇이기 때문이다."

266) 갈릴레오는 이것을 염려하여 로마에 가서 교회 당국과 의논했다. 그는 <성서>는 과학적 이론에 관해서 무엇을 알려주기 위한 것이 아니며, <성서>가 상식과 어긋나는 구절은 비유로 해석하는 것이 온당하다고 말했다. 그러나 교회 측은 신교와의 투쟁을 망쳐버릴지도 모를 소문이 퍼질까 두려워서 억압책으로 대처했다. 1616년에 교회는 코페르니쿠스의 학설이 '가짜고 잘못된 것'으로 공고하였고, 갈릴레오에게 그 학설을 다시는 절대로 '옹호하거나 지지하지 말 것'을 명령했다. 갈릴레오는 묵묵히 이에 따랐다. 

278) 인간 원리(anthropic principle)란 한마디로 '우주는 어느 시기에 관측자(인간)의 탄생을 허용하는 특성을 가져야 한다'는 것이다. 관측자가 여기에 등장해야 할 이유는, 물론 우리 우주에 인간이 존재한다는 우리가 아는 사실도 있지만, 더 깊은 이유는 양자역학에서 유래한다. 양자역학의 하나의 해석에 따르면, 관측(또는 측정)되는 대상과 관측자 사이에는 불가분의 관계가 있다. 관측자가 관측을 하지 않을 때의 대상은 여러 가능한 상태의 중첩된 상태에 있지만, 관측자가 관측할 때 그 결과는 가능한 여러 상태 중 어느 하나의 상태로 낙착되고, 그 결과는 확률적으로 선택된다는 것이다.