호킹의 블랙홀 (우주의 심연을 들여다보다)

정창훈

저자정창훈은서울대학교에서천문학을공부했다.『월간사이언스』『월간뉴턴』『월간과학소년』『월간별과우주』에서20년이넘도록과학기자로,과학책저술가로일해왔다.『속담속에숨은과학』『해리포터사이언스』(공저)『과학오디세이』『생명의별태양』『태양계여행안내서』『로켓을타고우주로』외에도많은책을썼다.

*추천사
*머리말

1장별난가족별난아이,갈릴레이의뒤를잇다
2장옥스퍼드의천재,우주론을전공하다
3장시아머교수와제인을만나다
4장특이점에서시작한우주
5장특이점,블랙홀,빅뱅의속살을들여다보다
6장폭발하는블랙홀,열역학과의만남
*메타-인포(META-INFO)과학이론이보여주는우주는실제라고믿을수있을까?
7장시작도없고끝도없는우주,허수시간과무경계가설
*메타-인포(META-INFO)충돌하는두개의블랙홀과중력파발견
8장시공간의여행자
*메타-인포(META-INFO)호킹과제인의블랙홀같은사랑

<부록>
*함께읽으면좋은책
*스티븐호킹연보
*찾아보기

◈2016년한국출판문화산업진흥원우수출판콘텐츠제작지원사업선정작◈

아주오래전부터사람들은길을잃지않기위해‘천문’을기록해왔다.천문의원칙에일대변화를일으킨사건이천동설로부터지동설로의이동이었다.지동설이정착한이후관측기구가발달함에따라많은사실들이축적되었다.그리고인간이생각하는천상세계는태양계를넘어우리은하,외계은하,다중우주로까지확장되었다.한번쯤은광막한우주의이미지를공상하면서그끝은어디일까생각하다가거대한심연에갇히는경험을해보았을지모르겠다.인식의지평이확장되었음에도우리앞에놓인우주는더욱불가해한이면을드러내는듯도하다.우주는정말빅뱅에서시작했을까,빅뱅은무엇인가,빅뱅의찰나그리고그후137억년우주의역사동안무슨일들이벌어졌나,우주는나이를먹고있는가,그렇다면우주는어떻게끝날것인가.우주의9할이상은여전히신비의장막에가려있지만,장막이걷힌1할이채되지않는우주안에도경이로움은넘쳐난다.이책은그경이로운세계로들어갈안내자로호킹을선택했다.반세기이상우주론연구에이바지한그만큼우주와우리인간에대해다채로운이야기를들려줄사람이있을까.시리즈의기간도서들과마찬가지로과학자의일생을한편의이야기로풀어가는가운데주인공의학문적성장과정과업적을녹여낸다.체계적이고종합적인이해를돕기위해당대에주류를형성했던이론과더이전의역사적사실들을소개하고,앞서언급한기초적인궁금증에답하는배경지식도꼼꼼하게담았다.

갈릴레이,뉴턴,아인슈타인,호킹
스티븐호킹은우주론(cosmology)을연구하는과학자다.1942년생,20세에ALS(근위축성측삭경화증)진단,2~3년시한부판정을받았지만,2016년현재생존하는최고의우주론학자이다.우주론은우주의기원과구조,진화와그끝을연구하는이론물리학의한분야다.현대우주론은아인슈타인의일반상대성이론으로부터시작한다.뉴턴의만유인력법칙도중력을다루지만우주공간과천제에는적용할수없기때문이다.호킹이옥스퍼드대학졸업을앞두고대학원전공을고민하던무렵,우주론은일반상대성이론을다루는최신연구분야였다.호킹의타고난자질과적성도실험이나관측보다는이론에적합했다.거기다갈릴레이사후꼭300년이되던날태어났다는사실은그에게모종의길을계시하는것같았다.

별의죽음에서빅뱅을보다
3장과4장에서는이론학자로서호킹의출발에소중한인연이된인물과일화를다룬다.대학원지도교수데니스시아머와반려자가되는제인와일드,버크벡칼리지의로저펜로즈가그런인연이었다.시아머교수는정상우주론의기수인프레드호일과같은학문적입장에있었지만,호전적이고배타적인호일에비해열려있었다.또한,케임브리지대학은견해차가있을지라도연구자들이언제든자유롭게모여‘잡담’을나누거나토론을할수있는건물구조와학풍을갖추고있었다.호킹이로저펜로즈를만나게된것은이러한여건의뒷받침덕분이었다.펜로즈는당시특이점연구를주도하던이론학자였다.특이점(singularity)은아인슈타인의중력장방정식을풀때부피가0,밀도는무한대가되는,말그대로특이한점이다.중력이아주큰별은자체질량을모두소진하고급격히수축하다가붕괴하여‘블랙홀’이되기도한다.별의죽음,즉블랙홀특이점은호킹에게‘빅뱅특이점’이라는놀라운아이디어를제공한다.

우주물리학과입자물리학은통합될수있을까
빅뱅특이점에서시작한호킹이빅뱅과블랙홀의대가로인정받는데는오랜시간이걸리지않았다.빅뱅을연구하기위해서는일반상대성이론과양자역학의통합이반드시필요하다.우주는빅뱅이후매우짧은시간동안기본입자를모두생성했다.입자와힘만이존재하던그때를다루자면양자역학을적용해야하는것이다.양자역학이현재도이론적으로미완성이듯,우주론이지향하는양자중력이론혹은모든것의이론(TheoryofEverything,TOE)은여전히현재진행형이다.아주작은크기의입자를다루는물리학과대단히큰천체를다루는물리학양진영의공통숙제인셈이다.호킹을비롯한이론물리학자들은바로그“최종이론의꿈”을포기하지않았다.거기에도달하기전까지호킹의우주론이제시하는우주의이미지에관해서는주요개념을중심으로5장부터7장에서다룬다.

호킹의우주,기원없는기원을이야기하다

중력에짓눌려손가락하나꼼짝못하고살면서도
누구보다중력을잘이해하는사람,호킹!
그는어째서불편한몸을이끌고지구를벗어나려했던것일까?

휠체어가없으면한걸음도걷지못하면서
머릿속에서는광활한우주를넘나드는사람.
그가알아낸우주의시작과끝은어떤것일까?(본문15쪽에서)

책의서두를여는저자의질문은우리의질문이기도하다.그것은책의후반부에이르러우리들중한사람이었던폴고갱의그림과마주한다.<우리는어디에서왔으며,무엇이고,어디로가는가>.호킹은우주의탄생(빅뱅)이전을말하지못하는팽창우주론의한계에도전하면서형이상학적논리(이를테면종교)가필요없는우주를향해나아갔다.현대우주론은인간이우주의먼지에지나지않는다는것을알려주었다.나아가호킹은그런보잘것없는인간이궁극에의탁해야만할것같은안식처(초월자)까지부정한다.우발적조건들의무수한중첩의결과로그저존재할뿐인것들로가득한우주.우리각자가그앞에서어떤표정을지을지자못궁금해진다.

책은별도지면을할애하여2016년2월전세계에타전되었던중력파검출소식도전한다.(198~199쪽)왜냐하면중력파는아인슈타인의일반상대성이론이예측한현상이지만,특히이번에검출된중력파는두개의블랙홀이충돌하면서발생한것이어서블랙홀의대가인호킹도기쁜소회를밝혔기때문이다.중력파검출은우주론에도새로운빛을던져준것이다.3년시한부선고를받았던호킹의인생과연구는인간승리이자기적그자체다.그럼에도호킹을읽게된독자라면그를대신해이렇게기원하고싶어질지도모른다.그에게이론을더욱발전시킬건강과시간이허락되고,그의이론이관측으로도입증되어생전에그에게노벨물리학상이주어지기를.