-초신성, 외계인, 블랙홀, 웜홀, 우주의 신비 등​ 사람들이 보통 우주에 관해 갖고 있는 궁금증 중 가장 상위를 차지하는 다음의 것들이 '톱 5'로 꼽힌다고 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 발표했다. 1. 우리 태양계 근처에서 초신성이 폭발하면 우리는 어떻게 되나?2. 정말 외계인들이 있어 지구를 침략할 가능성이 있는가?3. 우리가 실험실에서 만드는 블랙홀은 정말 위험할까?4. 웜홀을 통한 우주여행은 정말 가능할까?5. 인류가 우주에 대해 완벽하게 알게 되는 날이 과연 올까? 이에 대해 알기 쉽고 명쾌한 해답지를 한번 작성해보도록 하자. 1. 초신성 폭발은 우리에게 위험한가?​초신성 폭발은 그 거리가 얼마인가에 따라 인류에게 치명적인 사건이 될 수도 있다. 질량이 태양보다 10배 이상 무거운 별들이 항성진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생애를 마감하는 방식이 바로 초신성 폭발이다. 말하자면, 새로운 별이 아니라, 늙은 별의 임종인 셈이다. 이 별의 폭발은 태양 밝기의 수십억 배나 되는 광휘로 우주공간을 밝혀, 우리은하 부근이라면 대낮에도 맨눈으로 볼 수 있을 정도다. 때로는 전 은하가 내는 빛보다 더 강력한 빛을 발하는 초신성 폭발은 우주에서 가장 극적인 드라마라 할 수 있다. 우리 태양계도 이런 초신성의 폭발로 비롯되었다. 46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성이 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다. 초신성 폭발은 한 은하당 100년에 한 번 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 가장 최근에 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 케플러가 본 초신성 폭발이었다. 그래서 그 초신성은 '케플러의 초신성'이라 불린다. 그후 400년 동안 조용했던 우리은하에 초신성 폭발 후보가 하나 떠올랐다. 과학자들에 따르면, 오리온자리의 적색 초거성인 '베텔게우스'가 조만간에 수명이 다해 초신성으로 폭발할 거라 한다. 천문학에서 조만간이라 하면, 오늘 내일일 수도 있고 수만 년일 수도 있지만, 이쨌든 태양의 900배에 달하는 이 베텔게우스가 폭발하면 지구에는 최소한 1~2주간 밤이 없는 상태가 계속될 거라 한다. 하지만 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있어 지구에 미치는 영향은 미미할 것으로 보인다. 그러나 이런 초신성이 태양계 가까이에서 터진다면 인류와 지구의 운명은 누구도 예측할 수가 없게 될 것이다. 베텔게우스만 한 거리가 아니라, 상당히 가까운 우주공간에서 초신성 폭발이 일어난다면, 폭발시에 방출되는 X선과 감마선이 인체에 아주 나쁜 영향을 미칠 수도 있다. 감마선은 특히 사람의 유전인자를 파괴할 수 있는 고에너지 전자기파다. ​이러한 전자기파는 시간이 흐름에 따라 급격히 감소한다. 어쨌든 초신성이 폭발한 부근의 우주공간은 은하적인 체르노빌 지역이 되어 유해한 고에너지 방사선으로 가득 차게 된다. 그러니까 여러분은 절대로 초신성 부근에서 어슬렁거리지 말기 바란다. 2. 외계인들이 정말 지구를 침략할까?상상 속에서는 무슨 일이든지 일어날 수 있다. 외계인 문제를 얘기하기에 앞서 우선 '거리'라는 걸 생각해보자. 사람들은 별들 사이의 거리가 얼마나 먼지 잘 알 수 없을 것이다. 피아노 크기의 뉴호라이즌스가 10년 동안 날아간 끝에 2015년 7월 명왕성에 도착했다. 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출했다. 그리고 가는 길에 목성의 중력을 도움 받아서 속도를 초속 23 km까지 끌어올렸다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다. 초속 23km는 보통 총알 속도의 23배란 뜻이다. 지구에서 가장 가까운 별이 프록시마 센타우리인데, 4.2광년 거리에 있다. 초속 23km의 속도로 날아가더라도 무려 5만 5천 년이 걸린다. 이것이 바로 별과 별 사이의 '거리'다.만약 외계인이 있어 이 성간 거리를 마음대로 이동할 수 있다고 치자. 그렇다면 그들은 우리가 상상할 수 없는 자원과 에너지를 가지고 있다는 말인데, 그런 외계인이 지구 같은 데에 눈을 돌릴 이유가 있을까? 여기엔 그런 것들이 전혀 없지 않은가. 지구의 물질은 다 어디서 온것인가? 모두 우주에서 온 것이다. 따라서 외계인이 지구를 침략한다는 것은 별로 수지가 맞는 일이 아닐 것이다. 다른 문제도 있다. 지구상에 인류가 나타난 것은 겨우 20만 년 전이었고,​ 문명을 일구어온 것은 1만 년이 채 안된다. 이는 우주 138억 년의 역사에 비교해 볼 때 거의 찰나에 지나지 않는다는 뜻이다. 다른 외계문명이 있다면 그 역시 찰나일 텐데, 두 '찰나'가 동시에 존재할 확률은 거의 0에 수렴하지 않을까. 그러니 외계인 얘기는 별로 영양가가 없다. 그만 접어두고 다른 데, 예컨대 지구 보호 같은 데나 신경쓰는 게 낫지 않을까? ​ 3. 우리가 만든 블랙홀이 위험할까?"입자 가속기 안에서 빛의 속도로 돌던 양성자가 반대 방향에서 달려오는 다른 양성자와 충돌, 우주의 빅뱅 순간을 재현한다. 지금까지 누구도 본 적이 없는 이상한 입자들이 쏟아져나오면서 미니 블랙홀이 생성된다. 이 블랙홀은 갑자기 주변 물질을 삼키기 시작하더니 삽시에 연구소 전체와 스위스, 유럽 대륙을 차례로 먹어치우고 결국 지구까지 집어삼킨다." 유럽입자물리연구소(CERN)가 80억 달러를 들여 스위스 제네바와 프랑스 국경지대 땅속에 완공한 거대강입자가속기(Large Hardron Collider·LHC)의 가동을 앞두고 일부 물리학자들이 우려한 시나리오다.이들은 거대강입자가속기가 가동되면 '가속기 내에서 양성자가 충돌할 때 아주 작은 인공 블랙홀이 만들어져 지구를 삼키지 않을까' 하고 노심초사했지만, 결론적으로 말해 그런 일은 없었다. 그러나 미국 하와이에선 지구 안전성을 위협한다는 이유로 가동 중단 연방소송이 제기되기도 했다. 거대강입자가속기는 매초마다 수많은 미니 블랙홀을 만든다. 1년에 1천만 개 정도다. 1천만 개에 이르는 수많은 블랙홀의 대부분은 바로 사라지지만 어떤 것은 잘못돼 지구 전체를 삼킬 가능성이 있다는 것이다. 그러나 과학계에서는 '인공 블랙홀 생성-지구 멸망' 시나리오에 대해 '완전한 허구'라고 일축하고 다음과 같은 설명을 내놓았다. "양성자끼리의 충돌에 의해 미니 블랙홀이 만들어지더라도 이 블랙홀은 나노(1나노초는 10의 -9승초)의 나노의 나노초만큼 존재한다. 어떤 영향도 미치지 않는다." 지구나 태양계를 집어삼킬 만한 거대한 블랙홀이 만들어지는 데는 수십억 년, 심지어 수백억 년이 걸린다. 인류가 문명을 일구어온 지가 고작 1만 년인데, 수십억 년 단위의 걱정을 한다는 것은 마치 하루살이가 겨울나기 걱정을 하는 것과 다를 바가 없지 않을까?​ 4. 웜홀을 통한 우주여행이 가능할까?​물론 할 수 있고 말고다. 그런데 문제는 그 웜홀이 있어야 한다는 거다. 이 대목에서 우리는 헷갈린다. 웜홀이란 알다시피 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 나왔다. 중력이 극도로 강해지면 시공간이 휘다 못해 구멍이 뚫린다는 하나의 가설이다. 즉, ​시공간의 좁은 통로가 생길 수 있다는 뜻이다. '벌레구멍'이란 이름도 벌레가 과일의 표면을 기어 반대쪽에 도달하는 것보다 구멍을 파고 직행하면 더 빨리 반대편에 닿는다는 뜻에서 붙인 것이다. 성간여행이나 은하간 여행을 할 때, 이 웜홀을 통해 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한 쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다고 웜홀 이론의 주창자 킵 손은 주장한다. 그래서 '인터스텔라' 영화에도 조언했고 소개되었다. 하지만 문제는 블랙홀의 엄청난 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 콩가루가 되는데, 과연 웜홀을 무사히 빠져나올 수 있는가 하는 점이다. 웜홀 여행은 되도록 사양하고 싶다고 한 스티븐 호킹의 말만 보더라도 웜홀 여행이란 그냥 이론 좋아하는 물리학자들이 머리 짜낸 가설로, 다만 수학적으로만 가능한 여행일 뿐일 거라는 강한 의혹을 받고 있다. 세상에는 상상과 가설로만 존재하는 것들이 더러 있다. 신의 존재나, 다중우주 같은 것도 결코 증명되지 않는 가설일 뿐이다. 웜홀도 그중 하나라는 것이다. 결론적으로 웜홀 여행은 가능한가 물음에 대한 답은 이렇다. 가능하다. 단, 그런 웜홀이 존재하고, 우리가 무사히 빠져나갈 수만 있다면. 5. 인류가 우주를 완벽히 아는 날이 올까?​이 질문은 참으로 유서 깊은 것이다. 어느 과학자나 철학자도 이 같은 의문을 갖고 이런 질문을 스스에게, 또는 다른 사람에게 던져보았을 것이다. 예컨대 다음과 같은 질문이다. "언젠가 과학의 모든 문제들이 해결되고, 우리가 우주의 모든 것에 대해 완벽하게 알게 되어 더이상 풀 문제가 없는 날이 올까? 아니면 우리가 모든 것을 알게 되는 그런 상황은 결코 영원히 오지 않을까?"이에 대해 지금까지 제시된 답안 중에서 가장 설득력 있는 답안을 작성한 이는 공상과학 소설가 아이작 아시모프가 아닐까 싶다. 그는 친구 과학자의 물음에 이렇게 답했다. "우주는 본질적으로 매우 복잡한 프랙탈적 성질을 지니고 있으며, 과학이 연구하는 대상도 이러한 성질을 공유하고 있다는 것이 내 신념이다. 따라서 우주의 어떤 일부분이 이해되지 않은 채 남아 있고, 과학이 탐구하는 도정에 어떤 일부가 밝혀지지 않은 채 남아 있다면, 그것이 이해되고 해결된 부분에 비해 아무리 작은 부분이라 하더라도, 그 속에는 원래의 것과 다름없는 모든 복잡성이 들어 있다고 본다. 따라서 우리는 결코 그 끝에 도달할 수 없을 것이다. 우리가 아무리 멀리 나아가더라도 우리 앞에 남아 있는 길은 여전히 처음과 마찬가지로 먼 길일 것이다. 이것이 우주의 신비다." 프랙탈이란 차원 분열 도형을 일컫는 말로, 작은 구조가 전체 구조와 닮은 형태로 끝없이 되풀이되는 구조를 말한다. 자연에서 쉽게 찾을 수 있는 예로는 고사리와 같은 양치류 식물, 구름과 산, 리아스식 해안, 나뭇가지, 은하의 모습 등이다.아시모프의 우주관은 우주 자체가 프랙탈이라는 것이다. 그 속성은 무한반복이다. 하나를 알게 되면 열 개의 수수께끼가 튀어나오는 구조인 것이다. 이처럼 우주는 우리 인간에겐 결코 풀리지 않는 신비다. 하긴 풀리는 거라면 신비도 아니겠지만. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

내 소개를 하기 전에 수수께끼 하나만 풀어 보자고. 재미있을 거야.완전히 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리와 치명적인 독약인 청산가리가 담긴 병이 있어. 청산가리가 담긴 병 위에는 망치가 있고, 그 망치는 방사능을 측정하는 가이거 계수기와 연결돼 있지. 방사선이 감지되면 망치가 떨어져 청산가리병이 깨지고, 청산가리 가스를 마신 고양이는 결국 죽게 될 거야. 가이거 계수기 위에는 시간당 50%의 확률로 핵붕괴를 하는 우라늄 입자가 놓여 있어. 우라늄이 붕괴되면서 방사선을 내뿜어 가이거 계수기를 작동시킬 확률은 50%잖아. 그렇다면 고양이가 살아 있을 확률과 죽어 있을 확률도 50%겠지. 당신은 상자 속의 상황을 전혀 파악할 수 없어. 앞서 이야기한 정보만으로 1시간 후 상자 속 고양이는 어떻게 돼 있을지 생각해 보라고. 눈치챈 사람도 있겠지만 내가 1935년 독일에서 발간한 ‘자연과학’이란 과학저널에 쓴 ‘고양이 패러독스’야. 흔히 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 문제라고도 부르지. 난 오스트리아의 물리학자 에어빈 슈뢰딩거(1887~1961년)라네. 내가 세상을 뜬 지 딱 55년이 됐군. 드브로이의 물질파 이론을 발전시켜 파동방정식을 제안하고 파동역학을 만들어 양자물리학이 한 단계 더 발전할 수 있는 길을 텄지. 그 덕분에 1933년에 노벨 물리학상을 받았다네. 자, 앞의 문제로 다시 돌아가 볼까. 답이 뭐라고 생각하나. 혼란스럽다고? 당연하지. 답을 쉽게 얘기할 수 있다면 물리학적 재능이 무척이나 뛰어난 사람이지. 일반적으로 상자 속 고양이는 죽었거나 살아 있거나 어느 한 상태라는 답을 하겠지. 그렇지만 코펜하겐 학파로 불리는 양자물리학자들은 상자를 열어 관측을 하기 전까지 고양이는 죽은 것도 산 것도 아닌 죽은 상태와 살아 있는 상태가 동시에 존재하는 ‘중첩 상태’라는 답을 내놨지. 사실 이런 설명은 상식 범위를 벗어나는 것이기 때문에 쉽게 이해하기 어렵겠지만, 많은 과학자가 여러 형태의 실험으로 사실임을 증명했다네. 하지만 난 그런 확률적 해석을 아직도 받아들일 수 없어. 고양이 패러독스도 양자물리학의 확률론이 말도 안 된다는 점을 지적하기 위해 만든 것이었는데, 도리어 양자물리학을 잘 설명하는 하나의 사례로 자리잡아 버렸지 뭔가. 참 세상일은 알 수 없는 것 같아. 아인슈타인 박사도 나와 같은 생각을 갖고 있었지. 그렇지만 우리는 무조건 ‘우리가 맞고 너희가 틀리다’라고 주장한 것이 아니라 상대편과 끊임없는 토론을 하며 주장을 펼쳤지. 그 덕분에 양자물리학은 자신들의 약점을 보완하며 지금처럼 발전한 거야. 과학만 그렇겠나. 사회 모든 분야가 발전해 나가기 위해서는 고집이나 아집을 버리고 상대와 토론에 적극 나서야 하는 것 아니겠나 싶구먼. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우주의 팽창속도가 갈수록 가속되고 있다는 놀라운 사실이 밝혀졌다. 우주팽창의 가속 페달을 밟고 있는 것은 암흑물질과 암흑 에너지라는 데 천문학자들은 이견이 거의 없다. 그렇다면 팽창의 끝에는 대체 무엇이 기다리고 있는 걸까? 우주의 운명은 어떻게 끝날까? 우주의 물질 밀도는 갈수록 떨어져 결국에는 우주가 텅 비다시피 될 거라고 천문학자들은 예측한다. 일찍이 라이프니츠는 “왜 세상에는 아무것도 없지 않고 무엇인가가 있는가?”라는 원초적 질문을 던졌는데, 현대 우주론자는 이렇게 대답한다. “신경 쓸 거 없다. 머지않아 텅 비워질 테니까.” 우리가 사는 우주는 우리가 생각하고 상상하는 것 이상으로 기묘한 동네임이 분명하다. 새해를 맞이한 이 시점에서 우주에 관한 놀라운 진실 7개를 알아보기로 한다. 1. 우주는 정말 오래된 것이다​ 우주는 138억 년 전 빅뱅으로부터 시작되었다. 이는 WMAP 같은 초정밀 측정기기를 탑재한 탐사선을 우주로 내보내 측정한 데이터로부터 뽑은 계산서이기 때문에 오차 범위는 1억 년을 넘지 않는다. 우주에 있는 물질과 에너지 밀도를 측정하고 팽창속도를 연관 지어 계산하면 빅뱅이 언제 일어났는가를 정확히 짚어낼 수 있다. 그래서 알아낸 것이 138억 년이다. 100년을 초로 환산하면 약 30억 초인데, 그 30억 초도 제대로 못사는 인간을 생각할 때 138억 년이란 거의 영겁 같은 시간이다. 이처럼 우주는 오래되었다. 2. 우주는 점점 더 커지고 있다​ 1920년대에 미국 천문학자 에드윈 허블이 우주가 정적이 아니라, 팽창하고 있다는 혁명적인 발견을 세상에 알렸다. 지구가 한 자리에 가만있는 것이 아니라, 태양 둘레를 돈다는 사실을 알아낸 것이 겨우 300년밖에 안 되었는데, 하늘까지 무서운 속도로 날아가고 있다는 것이다. 인간 만사가 불안정한 것은 그렇다 치고라도, 이렇게 땅이고 하늘이고 간에 삼라만상이 무상한 것을 보고 세상 사람들은 황망함을 감출 수 없었다. 하지만 이것이 끝은 아니었다. 우주공간이 계속 팽창해 가더라도, 물질의 속성인 만유인력에 의해 점차 속도가 늦추어지거나, 종국에는 수축할 것이라고 예상해왔는데, 그게 아니었다. 우주의 팽창속도가 점차 빨라져 가고 있다는 관측보고가 다시 들어왔다. 1998년, 허블 우주망원경은 아주 먼 거리에서 폭발한 초신성을 자세히 관측한 결과, 오랜 과거에는 우주가 지금보다 느리게 팽창했다는 사실을 발견했던 것이다. 그렇다면 무엇이 우주의 팽창을 가속하고 있다는 말인가? 과학자들은 그 범인을 암흑 에너지라고 지목했다. 이 정체를 알 수 없는 암흑 에너지가 우주공간을 점점 더 빨리 잡아 늘이고 있다는 것이다. ​ 3. 우주 팽창속도가 점점 빨라지고 있다​ 미스터리에 싸인 암흑 에너지의 존재가 우주를 단순히 팽창시키는 것이 아니라, 더욱 가속 팽창시키고 있다는 사실이 밝혀져 천문학자들을 당혹 속에 빠뜨렸다. 1998년, 두 팀의 천문학자 연구진이 그동안의 관측 데이터를 분석한 결과 똑같이 이러한 결론에 이르렀다. 이들 연구에 따르면, 더 먼 은하일수록 더 빠른 속도로 멀어져가고 있다고 한다. 우주의 가속팽창은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확인시켜주는 것으로, 과학자들은 중력에 반하는 척력으로서 우주팽창을 가리키는 아인슈타인의 중력 방정식의 우주상수를 부활시켰다. 우주의 가속팽창을 발견한 3명의 과학자는 2011년 노벨 물리학상을 받았다. 4. 우주는 편평하다​​ 우주의 형태를 결정짓는 것은 우주에 담겨 있는 물질에 기초한 중력과 우주를 팽창시키는 척력과의 줄다리기다. 우주의 물질 밀도가 임계치 이상이면 우주는 닫혀서 공 표면처럼 된다. 이를 닫힌 우주라 한다. 이 우주는 경계는 있지만, 끝은 없는 우주다. 개미가 구면을 한없이 기어가더라도 끝에 다다를 수 없는 것이나 같다. 이 우주는 그러면 어떻게 되는가? 결국, 팽창을 멈추고 수축하기 시작하여 종국에는 한 점으로 붕괴할 것이다. 이를 ‘대파열’(Big Crunch)이라 한다. 반대로 밀도가 임계치 이하이면 무한 팽창을 영원히 계속하는 열린 우주가 된다. 그 형태는 말안장과 같은 꼴이다. 그 끝에는 물질의 밀도가 극도로 낮아져 온 우주가 자체로 거대한 무덤이 되는 ‘열사망’이 기다리고 있다. 열사망이란 온 우주의 온도가 얼음 덩어리처럼 완전 평형을 이루어 어떤 에너지도 이동하지 않은 상태를 말한다. 만약 우주의 물질 밀도가 임계치에 딱 들어맞는다면, 우주의 기하학적 모양은 종잇장처럼 ‘편평’한 꼴이 된다. 이 우주는 영원히 팽창은 하겠지만 결국 팽창률은 영(0)에 수렴된다. ​최근의 관측결과는 2% 오차 범위 내에서 우주는 편평한 것으로 나타났다. 우리는 지루하겠지만 당분간 팽창하는 우주를 하염없이 바라다볼 운명인 셈이다. 5. 우주는 보이지 않는 정체불명의 물질로 꽉 차 있다 우주를 이루고 있는 물질 중에는 보이지 않는 물질이 압도적으로 많다. 사실 우리 눈에 보이는 별이나 행성, 은하들이 차지하는 비중은 겨우 4%밖에 안 된다. 나머지 96%는 보이지 않는 것들, 곧 암흑물질과 암흑 에너지라는 얘기다. ​이 둘에 '암흑'이라는 접두어가 붙은 것은 빛과 상호작용을 하지 않아서 보이지 않으며, 그 정체를 알지 못하고 있다는 뜻이다. 그래도 천문학자들은 그들의 존재를 믿어 의심치 않는다. 왜냐하면, 그들이 일반물질과 중력으로 상호작용을 함으로써 그 존재를 드러내고 있기 때문이다. 복면을 쓴 이 암흑물질을 본 과학자는 아직 한 사람도 없다. 그 존재는 뼈저리게 느끼고 있지만, 그게 무엇인지는 모른다는 말이다. 현대 물리학과 천문학의 최대 화두가 바로 암흑물질과 암흑 에너지다. 이들을 뺀 나머지 4%의 가시적인 물질에 까치발을 하고 서서 캄캄한 우주를 올려다보고 있는 존재가 바로 우리 인간인 것이다. 6. 우주는 그 탄생의 ‘메아리’를 갖고 있다 아기가 태어날 때 우는 소리를 고고성(呱呱聲)이라 한다. 우주도 태어날 때 고고성을 울렸다. 단, 소리가 아니라 엄청나게 뜨거운 ‘열’이었다. 모든 열은 빛을 낸다. ​빅뱅으로 우주가 탄생할 때 뿜어냈던 열은 138억 년이 흐르는 동안 많이 식어 마이크로파가 되어 우주를 꽉 채우고 있다. 이것을 우주배경복사라 한다. 랠프 앨퍼, 조지 가모브 등이 이론적으로 그 존재를 예측했고, 오늘날 배경복사의 온도는 5K, 즉 대략 -268℃쯤 된다는 계산서를 뽑아냈다. ​마침내 1964년에 미국의 전파 천문학자 아노 페지어스와 로버트 윌슨이 고감도 안테나로 배경복사를 발견했고, 이들은 이 공로로 1978년 노벨 물리학상을 받았다. 당신도 이 빅뱅의 메아리를 직접 확인할 수 있다. 방송이 없는 TV 채널을 켜면 지직거리는 선들이 나타날 것이다. 그중 1%는 바로 우주가 탄생할 때 나온 전자기파가 138억 년 동안 우주를 떠돌다가 TV 안테나를 타고 당신의 시신경을 건드린 것이라고 해도 틀린 말이 아니다.​ 7. 다른 우주들이 있을 수도 있다? 우리가 사는 우주가 수많은 우주 중에서 하나일 뿐일지도 모른다는 가설이 바로 다중 우주론이다. 다중 우주론은 지금 이 순간에도 우주는 빅뱅 이후에 시작된 ‘영구적인 인플레이션(Eternal Inflation)’ 과정에 있다고 본다. 다중 우주론을 배태시킨 인플레이션 우주론은 우주가 밀도가 무한한 한 공간에서 시작됐으며 초창기에 우주가 기하급수적으로 팽창하는 시기가 있었다고 설명하는 인플레이션 이론을 바탕으로 한다. 이 인플레이션 과정에서 우주 안팎에 각각 다른 물리 법칙들이 지배하는 새끼 우주들이 계속 생겨난다는 것이다. 이 같은 다중우주론은 그동안 수많은 논란을 불러일으켰으며, 아직까지 순전한 가설의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 이것을 부정적인 시각으로 보는 사람들은 대부분 우리 우주에 영향을 주지 않는, 평행하게 진행하고 있는 다른 우주를 관측하는 것이 불가능한 이상, ‘관측할 수 없는 것이 존재하고 있다’는 것은 합당하지 않다고 주장한다. 다중우주론자들은 우주배경복사에서 우주 충돌의 단서를 열심히 찾았지만 어떤 조짐도 발견하지 못한 상태다. 신의 존재 증명처럼 영원히 증명할 수 없는 가설로 끝날지, 아니면 어떤 단서가 밝혀질지는 아무도 장담할 수 없다. 사진=NASA/ESA 이광식 통신원 joand999@naver.com

‘유전자 가위’를 이용한 불치병 치료의 첫 성과가 내년에 나올 것으로 보인다. 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 예측한 ‘중력파’ 검출 결과 공개, 태양광으로 움직이는 우주선 발사도 내년에 가능할 전망이다. 세계적인 과학학술지 ‘네이처’는 ‘2016년에 주목할 과학적 성과 베스트 11’을 선정, 내년 1월 7일자에 게재할 예정이라고 28일 밝혔다. 잘못된 유전자를 정상 유전자로 교체하는 유전자 가위 기술은 내년에도 주목할 과학기술로 꼽혔다. 유전자 가위 기술은 사이언스와 네이처 양대 과학저널이 ‘2015 올해의 10대 과학기술’로 선정하기도 했다. 미국 바이오기업인 샌가모바이오사이언스는 2세대 유전자 가위 기술인 ‘징크 핑거’를 이용해 혈우병을 유발하는 유전자 교체 실험을 할 계획이다. 유럽과 미국 등 우주 선진국이 화성을 비롯한 태양계 탐사를 계획하고 있는 것도 내년에 주목할 만한 부분이다. 유럽우주국(ESA)과 러시아연방우주청은 내년 3월 화성 대기와 착륙 기술을 시험할 ‘엑소마스 2016’호를 발사한다. 미국항공우주국(NASA) 목성 탐사선 ‘주노’도 미국 독립기념일인 내년 7월 4일 목성에 도착해 그동안 베일에 쌓였던 목성 대기와 토양 성분 분석에 나선다. 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 예견된 ‘중력파’의 존재를 뒷받침할 첫 증거가 발견될 가능성도 높다. 내년 9월 중국이 축구장 30개에 맞먹는 크기를 가진 지름 500m급 전파망원경(FAST)을 완공함으로써 중력파 발견 가능성이 그 어느 때보다 커질 것으로 예상된다. 중력파는 시공간이 뒤틀리면서 중력장이 흔들릴 때 나타나는 현상으로 블랙홀 충돌이나 초신성 폭발 등이 생길 때 발생한다. 공기 중 이산화탄소 포집 상용 서비스, 태양광으로 비행하는 우주선 ‘라이트 세일’ 발사, 전 세계 곳곳에 있는 미생물을 채취해 DNA 염기분석을 하는 지구 미생물군 유전체 프로젝트 성과 발표, 전 세계 과학정책에 영향을 미칠 내년 11월 미국 대선, 수면 장애 원인을 밝혀줄 유전자 발견 등도 2016년에 기대되는 빅 이벤트로 꼽혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지도 위의 인문학/사이먼 가필드 지음/김명남 옮김/다산초당/576쪽/2만 8000원 직접 보고도 믿을 수 없었던 장면 하나. 두 사람이 열띤 대화를 나누고 있다. 둘 앞에 놓인 건 달랑 지도 한 장뿐이다. 그런데도 지도를 주제로 몇 시간을 쉬지 않고 떠든다. 천생 여행가다. 이들에게 지도는 지도 이상의 것이다. 평면의 지도에서 무궁무진한 다차원의 이야기들을 발굴해 낸다. 그게 여행가의 지도다. 요즘 내비게이션 많이들 쓴다. 이는 목적지를 찾아갈 때 유용하게 쓰인다는 것일 뿐 자신이 찾아가려는 곳이 어떤 곳인지를 느끼게 해준다는 뜻은 아니다. 이 역할을 할 수 있는 건 종이 지도뿐이다. 자신이 어느 위치에 서 있는지 파악한다는 것은 여행 그 자체와 같다. 의미를 확장하면, 지도는 인류의 문명 발전 과정을 한눈에 알아보게 하는 바로미터다. 바깥세상을 향한 인류의 호기심은 끊임없이 진화했고 인류가 살아가는 영토 또한 꾸준히 확장됐다. 때로는 살육을 통해 문명의 전환이 이뤄지기도 했는데, 그 모든 역사적 현장엔 늘 지도가 있었다. 새 책 ‘지도 위의 인문학’은 이처럼 지도 위에 새겨진 모든 역사에 대해 말하고 있다. 과학 지식이 부족한 탓에 엉망으로 그려질 수밖에 없었던 초기 지도와, 그런 지도를 그린 사람 그리고 그런 지도를 사랑했던 사람들에 대한 유쾌한 이야기를 담고 있다. 타고난 허풍쟁이 마르코 폴로와 세계에서 가장 비싼 지도를 푼돈에 넘기려 했던 신부님, 신대륙을 처음 발견한 사람이 ‘아메리고 베스푸치’라 착각한 지도 제작자 발트제 뮐러, 입만 열었다 하면 뻥을 치는 탐험가들과 도저히 빈칸을 가만두지 못하는 지도 제작자들까지, 지도에 관한 모든 이야기가 담겨 있다. 지도는 역사를 기록하는 동시에 역사를 만드는 매우 독특한 물건이다. 단순히 지리적 정보만 제공하는 건 아니란 얘기다. 무엇에 초점을 맞추느냐에 따라 매우 다른 지도들이 나올 수 있다. 예컨대 영국 의사 존 스노는 ‘콜레라 지도’를 그려 10만명의 목숨을 앗아간 콜레라를 막아냈고, 해부대에 올려진 아인슈타인의 뇌는 사람에 따라 뇌 특정 부위가 크거나 작게 표현된 지도를 만드는 데 도움을 줬다. 기독교가 지배하던 중세 유럽에서 지도란 아담과 이브가 사는 에덴동산에서 시작돼 십자가에 못 박힌 예수의 발끝에서 끝나는 것이었다. 중심에서 멀리 떨어진 곳은 괴물들이 지배하는 땅이었다. 콜럼버스가 잘못된 지도를 들고 서쪽으로 배를 몰지 않았다면 꽤 오랜 기간 이런 믿음이 지속됐을지도 모른다. 그래서 저자는 말한다. “지도의 역사가 곧 인류의 역사”라고. 손원천 기자 angler@seoul.co.kr

“이 강연을 끝내며 한마디 하겠습니다. 양초는 주위 환경과 조화롭게 영향을 주고받으며 자기를 태워 빛을 냅니다. 이 자리에 있는 여러분들도 양초처럼 이웃을 위한 밝은 빛이 되고, 주위 환경과 잘 어울려 살 수 있는 사람이 되길 바랍니다. 양초의 불꽃 같은 아름다움으로 인류 복지를 위해 모든 노력을 아낌없이 바쳐주기를 간절히 바랍니다.” ●1825년 영국 왕립연구소 패러데이 교수가 제안 1860년 크리스마스를 며칠 앞두고 69세의 노신사가 영국 왕세자와 어린이들 앞에서 ‘크리스마스 과학강연’을 마치며 한 말이다. 노신사는 ‘전자기학과 전기화학의 아버지’로 불리는 영국의 실험물리학자 마이클 패러데이(1791~1867). 당시 그는 영국왕립연구소(RI) 풀러화학석좌교수였다. 정식 학교교육을 받지 못한 패러데이는 독학으로 과학을 공부해 왕립연구소 실험실 감독관 자리까지 올랐다. 그는 산업혁명으로 과학에 대한 관심이 높아진 일반인들에게 최신 연구성과를 좀더 쉽게 알리기 위해 1800년부터 대중 강연을 시작했다. 처음에는 성인을 대상으로 했지만 아이들을 데려오는 사람들이 늘자 1825년부터는 ‘아이들에게 과학강연을 선물해 꿈과 희망을 주자’는 취지로 크리스마스 시즌에 청소년을 대상으로 과학강연을 선보였다. 바로 190년 전통의 ‘크리스마스 과학강연’의 출발이다. 크리스마스 과학강연의 첫해인 1825년에는 존 밀링턴 왕립연구소 교수가 동역학, 광학, 전자기학 등을 내용으로 한 자연철학(지금의 물리학) 강연을 했다. 크리스마스 강연을 제안한 패러데이는 1827년 강연을 시작으로 1860년 마지막 강연까지 19회나 강연자로 나섰다. 이 중 6회를 양초 한 자루를 이용해 화학의 토대를 이루는 물질의 특성과 상호작용에 대해 설명했다. 양초에 처음 불을 붙일 때 생기는 불꽃의 종류와 밝기, 구조를 보여주고 수소와 산소의 성질, 공기와 연소의 관계, 이산화탄소가 갖는 화학적 특성, 탄소란 무엇인지, 생물체 내에서 호흡과 연소에는 어떤 상호작용을 하는지에 대해 설명했다. 그 강연들은 1860년 ‘양초의 화학사 강의’라는 제목의 책으로 엮어져 지금까지도 화학의 고전으로 읽히고 있다. 크리스마스 강연은 제2차 세계대전의 영향으로 1939~1942년 4년 동안 열리지 못한 것을 제외하고는 흔들림 없이 그 전통을 잇고 있다. 1966년부터는 영국 공영방송사 BBC가 크리스마스 강연을 바탕으로 ‘이상한 나라의 공학자들’이라는 과학다큐멘터리를 만들기 시작해 매년 강연 내용을 바탕으로 프로그램을 제작하고 있다. ●파인먼·도킨스 교수 등 유명 연구자들도 동참 20세기 중·후반부터는 왕립연구소 연구원들뿐만 아니라 영국 바깥의 최고 연구자들도 강연자로 나서고 있다. 대표적인 강사로 아인슈타인의 뒤를 잇는 20세기 최고의 물리학자로 꼽히는 리처드 파인먼(1919~1988) 교수, 저서 ‘코스모스’로 유명한 천문학자 칼 세이건(1934~1996) 박사, ‘이기적인 유전자’로 대표되는 진화학자 리처드 도킨스(75) 영국 옥스포드대 석좌교수 등이 있다. 특히 1977년 강연자로 나선 세이건 박사는 우주의 확장과 빅뱅, 태양계 세 번째 행성인 지구의 환경에 대한 강연을 해 우주에 대한 관심사를 높였고 1991년 강연자로 나선 도킨스 교수는 강연장에 실제 동물을 비롯해 다양한 야생현장의 모습을 재현해 진화를 설명하고 ‘은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 여행서’를 쓴 작가 더글러스 애덤스를 초청해 화제를 불러일으키기도 했다. ●올해 펑 박사 우주 강연… 28~30일 BBC 방영 올해 크리스마스 강연자로는 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(NASA)에서 국제우주정거장(ISS) 프로그램에 참여한 우주 및 극한환경 의학자 케빈 펑(45) 박사가 나섰다. 펑 박사는 지난 18일 ‘우주에서 어떻게 살아남을 것인가’라는 제목으로 강연을 했으며, 이 강연은 오는 28~30일 BBC에서 다큐멘터리로도 방영될 예정이다. 펑 박사는 이번 강연에서 지구에서 성층권 등 저궤도와 우주 바깥의 특이한 상황에서 사람이 살아남기 위해서는 과학적, 공학적, 의학적으로 어떤 조치를 취해야 하는지에 대해 강연했다. 지상 400㎞ 높이, 중력 제로에 가까운 상태에서 시속 2만 8163㎞로 움직이는 유인우주선에서 우주인의 뼈와 근육은 매우 약한 상태가 되고, 산소 포화도도 약해지기 때문에 우주선과 우주복은 지상과 비슷한 상태로 만들어주는 것이 무엇보다 중요하다. 펑 박사는 이때 필요한 과학기술적 장치와 우주의학에서는 무엇을 다루는지에 대해서 설명했다. 김승환 한국과학창의재단 이사장은 “영국왕립연구소의 크리스마스 강연은 수많은 과학대중강연의 시초이자 모델”이라며 “현재 우리나라에서는 과학이 단순히 마니아들의 전유물이거나 청소년들의 교육 소재라는 한계에 머물러 있는데, ‘과학기술은 모두가 즐길 수 있는 것’이라는 생각의 전환이 필요하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우리 미리내 은하의 중심부에는 고도로 농축된 공간이 존재하는데, 이로부터는 어떤 것도 탈출할 수가 없다. 심지어는 빛조차 탈출할 수 없기 때문에 우리는 그것을 볼 수가 없다. 과학자들은 그것이 초질량의 블랙홀이라고 믿고 있다. 그러한 블랙홀은 어떤 은하든 모두 하나씩 갖고 있다. 그런데 그 블랙홀이 과연 얼마만큼 커질 수 있는가 하는 의문이 있는데, 거기에는 물리적 한계가 있는 것으로 보인다는 연구결과가 나왔다. 영국 레스터 대학의 연구자들에 따르면, 이 거대 블랙홀이 활동을 멈추기 전까지 커질 수 있는 한계 질량은 우리 태양 질량의 약 500억 배라고 한다. 블랙홀은 초거성이 항성진화의 마지막 단계에 붕괴함으로써 만들어지는 고밀도의 천체다. 그 중력이 너무나 크기 때문에 빛조차도 탈출할 수 없으며, 주변의 모든 물질들을 닥치는 대로 집어삼키는 탐욕스러운 존재다. 영국 왕립천문학회 월보에 발표된 논문에서 레스터 대학 앤드류 킹 천문학 교수는 블랙홀이 이 한계 질량의 문턱을 넘어서면 주위에 있는 가스 고리를 흐트러버린다고 설명한다. 블랙홀을 살찌우던 이 디스크들은 불안정한 상태로 별들 속으로 흡수된다. 천문학자들의 계산서를 보면, 태양 질량의 500억 배까지 질량이 불어난 블랙홀은 더이상 외부 물질들을 끌어들이지 않고 성장을 멈추는 것으로 나와 있다. 우리은하의 총질량은 태양 질량의 ​약 1000억 배로 추산되고 있다. 따라서 블랙홀의 한계 질량은 우리은하 총질량의 반쯤 된는 셈이다. 킹 교수는 “블랙홀 한계질량의 발견은 천문학자들이 블랙홀로 떨어지는 가스 원반이 방출하는 엄청난 복사의 총량을 알아냄으로써 가능했다”면서 “한계질량의 의미는 이보다 더 큰 질량의 블랙홀은 존재할 수 없다는 뜻으로, 이는 더 이상 물질을 공급하는 강착원반이 없기 때문”이라고 설명했다. 이 한계질량의 문턱을 넘어선 블랙홀은 어두워지며 더이상 블랙홀을 살찌우는 가스 원반이 방출하는 빛을 볼 수 없게 된다. 어쨌든 블랙홀은 그렇게 검지도 희지도 않다는 말이다. 킹 교수는 이 한계질량이 절대적인 것은 아니며, 블랙홀이 비록 주변의 가스를 더이상 흡입하지는 못하지만, 다른 방법으로 덩치를 키울 수도 있다고 덧붙였다. 킹 교수는 “원칙적으로 더 큰 블랙홀도 있을 수 있다. 예컨대, 한계질량의 블랙홀이 다른 블랙홀과 합병하면 더 큰 블랙홀이 될 수 있다"면서 “하지만 이 합병된 블랙홀에서는 어떤 빛도 탈출할 수 없기 때문에 우리는 그것을 관측할 수가 없다. 그리고 그 블랙홀에는 복사를 방출하는 어떤 가스 원반도 없을 것”이라고 주장했다. 이어 “그러나 간접적인 방법으로 그런 블랙홀의 존재를 확인할 수 있는데, 빛이 블랙홀 주위를 지날 때 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따라 중력렌즈 현상을 일으켜 약간 굴절하기 때문”이라고 덧붙였다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　　

‘천재’라는 단어를 대표하는 두 인물, 아인슈타인과 스티븐 호킹보다 더 높은 아이큐(IQ)를 자랑하는 13세 집시 소녀가 소개돼 화제를 모으고 있다. 11일(현지시간) 영국 일간지 데일리메일에 소개된 주인공은 영국의 니콜 바르(13). 이 소녀는 우연히 영국을 방문했다가 받은 멘사 아이큐 테스트에서 162점을 받아 주위를 놀라게 했다. 이는 상위 1%에 달하며, 아인슈타인과 스티븐 호킹 박사보다 더 높은 지능지수다. 또래 친구들이 습관처럼 등교하던 초등학교 시절, 바르는 학교에 잘 나가지 않고 가정교사를 초청해 공부를 해 왔다. 그러던 중 IQ퀴즈를 척척 풀어내는 것을 본 아버지가 정식 테스트를 받게 했고, 그 자리에서 놀라운 지능이 입증된 것. 니콜의 부모는 딸이 한 학교에 정착하길 원했지만 니콜은 학교에 흥미를 보이지 않았다. 그러던 중 영국 에식스 카운티에 있는 할로의 명문학교와 연이 닿았고, 이 학교 교사의 도움으로 멘사가 주관하는 IQ테스트를 받을 수 있었다. 평소 니콜의 가족은 일명 ‘집시’라 불리는 사람들과 같은 생활방식을 유지했다. 카라반(승용차에 매달고 다니는 이동식 주택)에서 줄곧 생활해 온 니콜의 가족은 영국 전역뿐만 아니라 유럽도시를 수시로 여행하며 살아왔다. 니콜의 엄마는 “딸은 두 살 때부터 간단한 수학문제를 풀 수 있었다. 열 살이 되기 전 복잡한 수학문제는 풀어냈고, 줄곧 스티븐 호킹 박사의 책을 읽곤 했다. 스스로 중국어를 독학했고 수학을 유독 좋아했다”고 자랑스럽게 발했다. 니콜은 “사람들은 ‘집시’에 대해 좋지않게 생각하는 경향이 있다. 하지만 나는 집시로 사는 것이 나쁘다고 생각하지 않으며, 집시만의 사회에 대해 매우 만족한다”고 밝혔다. 니콜이 멘사에 가입했는지 여부는 밝혀지지 않았지만, 이 천재소녀 자신은 영국의 최고 명문대학 중 하나인 옥스퍼드대학교에서 수학하기를 원한다고 밝혔다. 실제로 멘사 테스트 결과가 나온 뒤 옥스퍼드대학은 이 소녀를 정식 초청했다. 니콜은 학교를 둘러본 뒤 “대학교라는 공간을 둘러본 것은 이번이 처음”이라면서 옥스퍼드대학에서 의학을 공부하고 싶다“고 희망을 밝혔다. 한편 데일리메일에 따르면 성인의 평균 IQ는 100 정도이며, 140이 넘으면 천재로 간주된다. 천재들의 모임인 멘사에는 전 세계적으로 11만 명이 가입돼 있으며, 이중 16세 이하의 ‘영재’는 8%에 불과하다. 또 전체 멘사 회원 중 여성은 35% 정도인 것으로 알려졌다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

먼 우주에서 마치 지구를 향해 웃는 표정을 짓는 일명 '스마일 은하'가 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 센터는 머나먼 우주에서 영락없는 스마일 이모티콘 모습을 하고있는 은하단 사진을 공개했다. 지구에서 약 46억 광년 떨어진 곳에 위치한 사진 속 주인공은 ‘SDSS J1038+4849’로 불리는 은하단으로 눈처럼 보이는 두 빛은 실제 은하다. 놀라운 점은 각각 빛나는 두 은하가 시속 48만 km 속도로 서로에게 접근 중이라는 사실로 결국에는 충돌해 하나의 눈으로 합쳐진다. 특히 이 사진에서는 웃는 사람의 입꼬리처럼 올라간 모습이 눈에 띈다. 이 미소짓는 입모양은 강력한 '중력렌즈'(gravitational lensing) 현상 때문에 생긴 것이다. 이 현상은 두 은하 사이에 중력이 매우 강해 빛이 심하게 휘고 굴절되는 것을 말한다. 　 지금으로부터 정확히 100년 전 세계적인 물리학자 아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 중력 렌즈 현상을 예언했다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛까지 휘게 해서 렌즈 역할을 할 수 있다고 예언했고 실제로 몇 년 뒤 개기일식을 계기로 관찰된 바 있다. 　 중력 렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 같지만, 빛을 한 점에 모으는 돋보기와는 달리 초점이 없기 때문에 빛이 한곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다. 은하단은 수백 개의 은하들이 모여 만드는 우주에서 가장 거대한 구조로, 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력 렌즈 현상을 만들어내는 것이다. 이 사진은 NASA의 허블우주망원경과 찬드라 X선 우주망원경의 관측 이미지를 합쳐 제작됐다. 사진=NASA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

먼 우주에서 마치 지구를 향해 웃는 표정을 짓는 일명 '스마일 은하'가 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 센터는 머나먼 우주에서 영락없는 스마일 이모티콘 모습을 하고있는 은하단 사진을 공개했다. 지구에서 약 46억 광년 떨어진 곳에 위치한 사진 속 주인공은 ‘SDSS J1038+4849’로 불리는 은하단으로 눈처럼 보이는 두 빛은 실제 은하다. 놀라운 점은 각각 빛나는 두 은하가 시속 48만 km 속도로 서로에게 접근 중이라는 사실로 결국에는 충돌해 하나의 눈으로 합쳐진다. 특히 이 사진에서는 웃는 사람의 입꼬리처럼 올라간 모습이 눈에 띈다. 이 미소짓는 입모양은 강력한 '중력렌즈'(gravitational lensing) 현상 때문에 생긴 것이다. 이 현상은 두 은하 사이에 중력이 매우 강해 빛이 심하게 휘고 굴절되는 것을 말한다. 　 지금으로부터 정확히 100년 전 세계적인 물리학자 아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 중력 렌즈 현상을 예언했다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛까지 휘게 해서 렌즈 역할을 할 수 있다고 예언했고 실제로 몇 년 뒤 개기일식을 계기로 관찰된 바 있다. 　 중력 렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 같지만, 빛을 한 점에 모으는 돋보기와는 달리 초점이 없기 때문에 빛이 한곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다. 은하단은 수백 개의 은하들이 모여 만드는 우주에서 가장 거대한 구조로, 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력 렌즈 현상을 만들어내는 것이다. 이 사진은 NASA의 허블우주망원경과 찬드라 X선 우주망원경의 관측 이미지를 합쳐 제작됐다. 사진=NASA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

먼 우주에서 마치 지구를 향해 웃는 표정을 짓는 일명 '스마일 은하'가 공개됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 센터는 머나먼 우주에서 영락없는 스마일 이모티콘 모습을 하고있는 은하단 사진을 공개했다. 지구에서 약 46억 광년 떨어진 곳에 위치한 사진 속 주인공은 ‘SDSS J1038+4849’로 불리는 은하단으로 눈처럼 보이는 두 빛은 실제 은하다. 놀라운 점은 각각 빛나는 두 은하가 시속 48만 km 속도로 서로에게 접근 중이라는 사실로 결국에는 충돌해 하나의 눈으로 합쳐진다. 특히 이 사진에서는 웃는 사람의 입꼬리처럼 올라간 모습이 눈에 띈다. 이 미소짓는 입모양은 강력한 '중력렌즈'(gravitational lensing) 현상 때문에 생긴 것이다. 이 현상은 두 은하 사이에 중력이 매우 강해 빛이 심하게 휘고 굴절되는 것을 말한다. 　 지금으로부터 정확히 100년 전 세계적인 물리학자 아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 중력 렌즈 현상을 예언했다. 아인슈타인은 강한 중력은 빛까지 휘게 해서 렌즈 역할을 할 수 있다고 예언했고 실제로 몇 년 뒤 개기일식을 계기로 관찰된 바 있다. 　 중력 렌즈는 사물을 확대하는 점에서는 돋보기와 같지만, 빛을 한 점에 모으는 돋보기와는 달리 초점이 없기 때문에 빛이 한곳에 모이지 않고 여러 개의 상을 만든다. 은하단은 수백 개의 은하들이 모여 만드는 우주에서 가장 거대한 구조로, 주위의 시공간을 왜곡시켜 이같은 중력 렌즈 현상을 만들어내는 것이다. 이 사진은 NASA의 허블우주망원경과 찬드라 X선 우주망원경의 관측 이미지를 합쳐 제작됐다. 사진=NASA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

“나는 정말 중요한 일에 온 정신을 빼앗기고 있기 때문에 편지 쓸 시간을 낼 수가 없었다네. 지난 2년 동안 중요한 문제들을 생각하느라 밤낮으로 내 두뇌를 괴롭혔지. 그렇지만 그것들은 물리학의 근본적인 문제들을 진전시키는 것들이라네.” 알베르트 아인슈타인(1879~1955)이 절친한 대학 친구 안젤로 베소에게 일반상대성 이론을 연구하면서 느낀 고뇌를 절절히 털어놓은 편지 구절이다. 25일은 아인슈타인을 ‘20세기 물리학의 마에스트로’로 만들어 놓은 일반상대성 이론이 세상에 공개된 지 100주년이 되는 날이다. 일반상대성 이론의 발표로 완성된 상대성이론 체계는 양자역학과 함께 현대물리학의 양대 기둥이 됐다. 1915년 11월 25일 서른 여섯의 젊은 물리학자 아인슈타인은 독일 ‘프로이센 과학원 회보’에 ‘중력의 장 방정식’이란 제목의 일반상대성 이론을 발표함으로써 현대물리학의 거장으로 확고히 자리매김했다. 1905년 발표한 특수상대성 이론은 물리법칙과 빛의 속도는 어디서든지 일정하기 때문에 변하는 것은 시간이나 거리 같은 물리량이라는 내용이다. 이 이론은 등속운동이라는 특수한 경우에는 적용이 되지만 가속운동이나 중력이 적용되는 공간에서는 정확하지 않다는 문제가 있었다. 그래서 아인슈타인은 모든 상황에서 적용이 가능한 일반이론을 만들어 낸 것이다. 일반상대성 이론은 시공간과 물질 간의 관계, 이 둘을 연결하는 중력을 설명하는 것으로 우주와 빅뱅, 블랙홀 등 다양한 우주 현상을 정확히 이해할 수 있도록 도왔다. 뉴턴은 사과가 지구로 떨어지는 것은 지구와 사과 사이에 작용하는 중력 때문이라고 설명하지만 일반상대성 이론에 따르면 지구로 인해 휘어진 공간으로 사과가 굴러떨어지는 것이다. 이렇게 휘어진 시공간은 빛의 경로에도 영향을 미친다. 상대성이론은 우리와는 상관없는 것 같아 보이지만 위치확인시스템(GPS)은 일반상대성 이론이 적용되는 대표적 사례다. 상대성이론에 따르면 빠르게 움직이는 물체의 시간은 상대적으로 느리게 흐른다. GPS 신호를 보내는 위성의 시간도 지표면의 시간보다 느리게 흘러간다. 여기에 중력의 영향까지 받는다. 이런 속도와 중력효과를 상대성이론으로 바로잡아 주지 않는다면 차량 내비게이션의 순간오차는 10m 넘게 날 수 있다. 경희대 물리학과 남순건 교수는 “과거에도 천체를 관측하고 연구하기는 했지만 우주라는 공간을 제대로 이해할 수 있게 된 것은 1915년 아인슈타인이 일반상대성 이론을 발표한 이후부터”라며 “상대성이론은 인류의 세계관을 확장시켰다는 점에서 과학을 뛰어넘은 철학”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학자의 연애/박민아 등 지음/바이북스/240쪽/1만 3500원 ‘사랑할수록 더 많이 혁명할 수 있다.’ 68혁명의 대표적 구호다. 비폭력 문화혁명으로서 갖는 에너지와 순수함을 단적으로 드러냈다. 사랑의 힘은 과학 혁명에도 예외가 될 수 없다. 영화, 드라마 등에서는 흔히들 과학자는 뛰어난 두뇌와 냉철한 이성으로 우주의 운영 원리를 발견해 내고, 꽁꽁 숨겨진 자연의 비밀을 풀어 내지만, 사랑하는 여자(혹은 남자)의 마음을 알고 이해하는 데는 젬병인 인물로 묘사되곤 한다. 하지만 현실 속 과학자들의 사랑은 달랐다. ‘사랑의 힘’은 그들의 연구를 자극하고 격려하는, 학문적 영감의 원천이었다. 위대한 과학자들의 내밀한 연애사를 들여다보는 일은 사랑의 보편성과 위대함, 당대의 사회문화상을 다시금 확인하는 일이며 인류사에 길이 빛나는 과학적 성취를 좀더 쉽고 재미나게 접할 수 있는 방법이다. 상대성 이론을 발견한 아인슈타인은 천재 과학자이면서 희대의 바람둥이과에 속했다. 첫 아내 밀레바 마리치를 만나기 전의 젊은 시절은 좀 우울했다. 취리히대학을 턱걸이로 졸업한 뒤 실업자 신세에 고등학교 임시 수학교사를 전전하다가 얻은 직업이 겨우 특허청 심사원이었다. 그러면서도 수학과 물리학에 자신보다 탁월한 능력을 보인 밀레바를 만나 그의 도움 속에서 놀라운 학문의 꽃을 피울 수 있었다. 밀레바와 결혼 3년째, 광전효과와 브라운 운동, 특수상대성이론을 일제히 발표하며 과학사가들이 1905년을 ‘기적의 해’라고 부르도록 했다. 특히 특수상대성이론의 논문은 밀레바가 검토해 7곳의 오류를 수정해 줬고 ‘움직이는 물체의 전기역학적 특성에 대하여’라는 극도의 겸손한 제목까지 달아 줬다. 오만하게 기존 학계의 권위에 도전하는 듯한 인상을 피하기 위한 세심한 의도였다. 프랑스혁명의 사상적 이데올로그 역할을 맡았던 계몽주의 철학자 볼테르는 에밀리가 없었다면 그저 그런 작가로 남았을지 모른다는 평가를 들을 정도다. 에밀리와 볼테르는 18세기 프랑스 사교계에서 불륜이면서도 공인된 연인 관계였다. 하지만 여자라는 이유로 과학적 재능을 발휘하지 못한 에밀리와 귀족이 아닌 신분의 제약으로 작가적 재능 발휘에 한계가 있던 볼테르의 만남은 단순한 염문 이상이었다. 수학과 과학에 탁월한 재능을 보인 에밀리는 뉴턴의 ‘프린키피아’의 심오한 비밀을 끝까지 파고든 뒤 ‘뉴턴 자연철학의 수학적 원리’라는 명료한 해설서를 남겼다. 볼테르 역시 에밀리의 도움을 받아 뉴턴의 법칙을 당대 정치 사회를 해석하는 잣대로 삼아 계몽주의 철학의 논리적 근간을 완성시켰다. 이 밖에도 동성애라는 금지된 사랑 속에서 인공지능의 기초를 닦은 앨런 튜링, 침팬지의 생태를 관찰한 제인 구달, 완벽한 파트너십을 보여 준 퀴리 부부 등은 사랑의 위대함을 실증하는 살아 있는 사례가 됐다. 박록삼 기자 youngtan@seoul.co.kr

우주에서 천체끼리의 충돌은 흔하게 발생하는 일이다. 행성에 운석이나 소행성이 충돌하는 일은 매우 흔하다. 은하라고 해서 예외는 아니다. 사실 현재의 대형 은하들은 작은 은하들의 충돌과 합체를 통해서 커졌다고 보고 있다. 우리 은하는 수십 억 년 후에는 안드로메다은하와 충돌해 밤하늘에 장관을 연출할 것이다. 하지만 우주의 충돌 가운데 가장 격렬한 충돌은 바로 블랙홀끼리의 충돌이다. 두 블랙홀의 충돌은 엄청난 에너지를 발생시키는 거대한 사건이지만, 특히 충돌 당사자가 거대 질량 블랙홀이라면, 충돌 시 내놓는 에너지는 상상을 초월한다. 그런데 이런 일이 발생할 수 있을까? 대답은 ‘그렇다’이다. 보통 은하 중심에는 태양 질량의 수백만 배 이상의 거대 질량 블랙홀이 존재한다. 은하가 충돌할 때 사실 대부분 별은 멀리 떨어져 있어 서로 충돌하는 경우는 거의 없다. 문제는 중심부에 있는 블랙홀이 근접하는 경우다. 은하에서 가장 큰 질량을 가진 천체끼리는 결국 강한 중력 때문에 서로 가까워져 충돌하는 운명에 놓이게 된다. 천문학자들은 지구에서 35억 광년 떨어진 위치에서 퀘이사 PKS 1302-102를 발견했다. 이 퀘이사를 연구한 캘리포니아 공과대학의 매튜 그라함(Matthew Graham)에 의하면 이 퀘이사의 정체는 사실 두 개의 거대 질량 블랙홀이며 이제 충돌의 마지막 과정에 들어선 상태다. 과학자들은 퀘이사의 정체가 은하 중심의 거대 블랙홀이라는 것을 알고 있다. 그런데 이 퀘이사 가운데서 주기적으로 밝기가 변하는 것이 있다. 이런 현상이 일어나는 이유는 사실은 거대 블랙홀이 하나 대신 두 개이기 때문이다. 이들이 서로의 주위를 공전하면서 블랙홀이 방출하는 강력한 물질의 흐름인 제트(jet)의 방향이 바뀌면 공전 주기에 따라 밝기가 변하는 현상이 발생한다. 연구팀은 이 블랙홀이 1억 년 이내로 하나로 합쳐지면서 아인슈타인이 예언한 중력파를 포함해서 강력한 에너지를 방출할 것으로 예상했다. 왜냐하면, 지난 20년간의 관측 결과를 종합한 결과 5년 주기로 밝기가 변했기 때문이다. 짧은 공전주기는 두 블랙홀이 거대한 질량에 비해 매우 가까운 거리에서 서로 공전하고 있다는 것을 의미한다. 사실 빛이 지구까지 오는 거리를 생각할 때 이 두 블랙홀은 이미 하나로 합쳐졌을 것이다. 두 개의 블랙홀이 합쳐지면 남는 것은 더 거대한 질량을 지닌 블랙홀이다. 블랙홀끼리의 충돌과 합체는 은하 중심부에 왜 그렇게 거대한 블랙홀이 존재하는지 설명해준다. 주변에서 물질을 흡수하는 것은 물론이고 블랙홀 간의 합체를 거듭할수록 더 거대한 블랙홀이 되기 때문이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

스트레스가 살을 찌게 할 수 있다는 것은 이미 많은 연구로 알려졌다. 그런데 이런 스트레스가 본인은 물론 자녀의 체중에도 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 시사하는 연구결과가 처음 발표됐다. 미국 뉴욕 알버트아인슈타인의대 카르멘 이사시 박사가 이끈 연구진이 남미 출신 이민족 미국인을 대상으로, 이들이 받는 스트레스가 그들 자녀의 몸무게에 어떤 영향을 미치고 있는지를 메타 분석했다. 이번 연구에서 연구진은 미국국립보건원(NIH) 산하 국립심장폐혈연구소(National Heart, Lung and Blood Institute)가 지원 및 진행하고 있는 ‘남미 출신 청년 연구’(Study of Latino Youth)의 데이터를 사용했다. 연구진은 뉴욕주(州) 브롱크스와 일리노이주(州) 시카고, 플로리다주(州) 마이애미, 캘리포니아주(州) 샌디에이고에 사는 8~16세 아동과 이들 부모의 건강 자료에서 체중과 스트레스 수준 등을 조사했다. 통계적인 조사에서는 부모 3명 중 거의 1명에 해당하는 29%에서 스트레스 수준이 높았고 아동 4명 중 1명 이상에 해당하는 28%가 비만인 것으로 나타났다. 또한 연구진은 아이의 체중 상태를 정확히 구분하기 위해 미국 질병통제예방센터(CDC)의 지침을 참조했고, 이들 부모가 생활의 중요한 영역에서 받고 있는 여러 스트레스 요인을 8단계로 분류한 ‘만성 스트레스 부담’(CSB) 등급을 사용해 스트레스 수준을 측정했다. 이런 스트레스 요인에는 부모가 직장에서 겪고 있는 어려움이나 다른 사람들과의 관계에서 겪는 어려움 등이 포함됐다. 이를 통해 연구진은 스트레스 요인이 없는 부모 가운데 20%, 스트레스 요인이 3개 이상인 부모 가운데 34%가 자녀의 비만 유병률이 높다는 것을 발견했다. 또한 오차를 줄이기 위해 나이와 성별, 출신지, 거주지와 같은 데이터를 조정했다. 그 결과, 만성 스트레스 요인이 3개 이상인 부모는 스트레스 요인이 없는 부모보다 자녀가 비만일 확률이 2배 더 높은 것으로 밝혀졌다. 이는 아이의 체중 상태에 부모가 영향을 줄 수 있다는 것을 알려주는 것이라고 연구진은 설명했다. 비록 이번 연구는 남미계 미국인을 대상으로 한 제한적인 것이다. 하지만 이는 이들이 스트레스 수준이 높은 성인들이 자녀에게 특별한 관심을 두고 자녀의 비만 예방과 치료를 위한 한 수단으로 적극적인 상담을 해야 하는 것을 제안한다. 자녀 비만의 정확한 원인과 해결을 위한 예방 조치를 알아내기 위해서는 추가 연구가 필요하며, 다른 인종에서도 이런 관계가 있는지 확인할 필요가 있다고 연구진은 말하고 있다. 한편 이번 연구는 최근 로스앤젤레스에서 열린 ‘비만학회 연례회의’에서 공개됐으며, 영국 일간 데일리메일 등이 9일(현지시간) 보도했다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

저먼 지니어스/피터 왓슨 지음/박병화 옮김/글항아리/1416쪽/5만 4000원 이마누엘 칸트(1724~1804)는 ‘순수이성비판’에서 바깥의 대상이 독립해 존재한다는 인식에 기반했던 경험론과 인식론의 학설을 뒤집어 인간 스스로가 선험적 형식을 가동시켜 그러한 대상을 만들어 내는 것이라고 주장했다. 칸트는 이를 ‘코페르니쿠스적 전회’라고 스스로 치켜세웠고 후대의 평가 역시 다르지 않았다. 헤겔(1770~1831)은 칸트의 뒤를 이어 근대철학의 완성자 역할을 했고 카를 마르크스(1818~1883)는 전 세계의 절반 이상을 그의 이론에 푹 빠지게 만들었다. 이 밖에 쇼펜하우어, 니체, 비트겐슈타인, 하이데거 등은 서양철학 거대 산맥의 주봉을 이뤘다. 그뿐 아니다. 따로 설명이 필요없는 하이든, 베토벤, 슈베르트, 모차르트의 음악은 후대 음악가들을 질투심과 좌절감에 사로잡히게 했다. 릴케, 하이네, 괴테, 헤세, 브레히트, 실러는 서로 다른 영역에서 문학소녀·소년의 마음을 달뜨게 하고 있다. 또 에너지와 질량이 서로 변환할 수 있다는 ‘E=mc ’으로 잘 알려진 알베르트 아인슈타인(1879~1955)을 비롯해 멘델, 가우스, 슈뢰딩거, 하이젠베르크 등은 타의 추종을 불허하는 과학자들이다. 이들의 공통점은 모두 독일 출신이라는 사실이다. 또한 지적 성실함과 철학적 재능을 바탕으로 각자의 분야에서 세상을 바꿔 냈다는 것이다. 어지간한 베개보다 더 두꺼운 부피감의 이 책은 영국 출신 작가가 숱한 독일 천재들에게 바치는 헌사이자 아돌프 히틀러와 홀로코스트, 아우슈비츠 등 ‘제2차세계대전 전범 국가’라는 어두운 그늘에 가려진 독일 정신에 대한 재정립의 의지다. 실제로 제2차세계대전 이후 꽤 오랜 시간 동안 ‘홀로코스트’는 공포 그 자체였고, 어떤 비판과 이견도 허용하지 않는 표현이었다. 역사가 기억하는 초(超)대가들 외에도 보통 사람들은 잘 모르지만 바로크시대의 종말 이후 히틀러가 출현한 1933년 이전까지 독일 출신으로 창조적 업적을 이뤄낸 부문별 대가들은 차고 넘친다. 저자는 ‘지난 반세기 동안 무시되었거나 언급이 회피된 (독일 출신) 인물들의 이름과 업적을 되살려주는 것’이라고 책의 의도를 분명히 밝혔다. 대학제도와 학문 연구 형태를 현대화한 빌헬름 폰 훔볼트(1767~1835), 천재적이지만 보헤미안이었던 작곡자 후고 볼프(1860~1903) 등 상대적으로 묻혔던 인물을 포함해 그들의 발견, 업적, 작품, 결정적 전환점을 시대별로 정리했다. 대중적으로 읽힐 수 있도록 편히 쓰면서도 주석, 참고문헌만 152쪽에 이를 정도의 지적 성실함까지 함께 갖췄다. 박록삼 기자 youngtan@seoul.co.kr

무인자동주유소, 다중채널TV, 지문 인식 시스템, 화상통화…. 지금은 당연하게 생각되지만 30년 전만 해도 ‘가능할까’라며 머릿속에만 있던 기술들이다. ‘상대성이론’을 만들어 낸 알베르트 아인슈타인은 “상상력은 지식보다 더 중요하다. 지식은 한계가 있지만 상상력은 세상의 모든 것을 끌어안을 수 있다. 나는 그 상상력을 자유롭게 이용한 예술가”라며 ‘상상력’을 찬양했다. 역사를 살펴보더라도 과학의 발달에 있어 가장 중요한 원동력은 ‘상상력’이었다. 상상력은 현재보다 나은 미래를 그려 내고 그 미래로 향해 갈 수 있도록 현실을 이끌고 있다. ●1985년 ‘백 투 더 퓨처’의 2015년 지난 21일은 1985년 개봉한 SF영화 ‘백 투 더 퓨처’에서 주인공 마티 맥플라이(마이클 J 폭스)와 브라운 박사(크리스토퍼 로이드)가 타임머신 ‘드로리안’을 타고 도착한 30년 뒤 미래의 바로 그날이었다. 미국에서는 ‘백 투 더 퓨처 데이’를 맞아 버락 오바마 대통령이 트위터에 축하 메시지를 띄우고 ABC방송 ‘지미 키멜 라이브쇼’에서는 맥플라이와 브라운 박사가 드로리안을 타고 등장하는 모습을 연출하기도 했다. 사회자 키멜이 “인류는 아직 하늘을 나는 자동차를 발명하지 못했고, 중동 지역 평화도 해결하지 못했다”고 하자 맥플라이는 “2015년 정말 짜증 나”라고 반응해 시청자들에게 웃음을 던져 주기도 했다. 1985년 1편을 시작으로 1989년 2편, 1990년 3편까지 영화 ‘백 투 더 퓨처’는 타임머신이라는 소재로 인간의 다양한 상상력을 자극한 SF의 신기원을 이룬 작품이라는 평가를 받고 있다. 특히 ‘백 투 더 퓨처 2’에 등장하는 수많은 2015년의 기술 중 무인자동주유소, 다중채널TV, 지문 인식 시스템, 화상통화 등은 이미 실현되기도 했다. 나는 호버보드, 자동 건조 점퍼, 가정 내 과일 재배 기술 등은 아직 나오지 않았거나 개발 중에 있다. 이처럼 SF는 과학적 상상력이 드러나는 대표적인 장르이기 때문에 과학자들도 SF에 대해 관심이 많다. ‘물리학자는 영화에서 과학을 본다’라는 책을 펴내기도 한 정재승 카이스트 바이오및뇌공학과 교수는 “SF는 대중이 과학에 좀 더 친근하고 쉽게 다가설 수 있도록 해 주는 수단”이라며 “프로이트가 꿈을 과학의 영역으로 들여오면서 신경과학자들은 잠과 꿈의 본질 및 실체에 대한 다양한 연구를 진행하고 있는데 타인의 꿈에 접속해 정보를 빼낸다는 영화 ‘인셉션’ 같은 경우 꿈과 가상현실에 대한 과학적 발견을 영화적 상상력을 동원해 근사하게 시각화한 작품”이라고 말했다. ●100년을 앞선 쥘 베른의 상상력 현대 SF는 프랑스 대중문학가 쥘 베른에서 시작됐다. 최초의 SF영화인 조르주 멜리에스의 ‘달세계 여행’, 특수 효과의 신기원을 이룩했다는 평가를 받는 디즈니 스튜디오의 ‘해저 2만리’ 등은 모두 베른의 작품을 바탕으로 만들어졌다. 베른의 ‘지구 속 여행’, ‘지구에서 달까지’, ‘달나라 탐험’ 등은 상상력 못지않게 사실성도 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 베른이 활동했던 19세기 중후반은 과학기술로 모든 문제를 해결할 수 있을 것이라는 ‘과학 낙관주의’가 팽배해 있던 시기였다. 이 때문에 갖가지 과학논문과 잡지가 창간되는 등 일반인들도 최신 과학기술을 접할 수 있는 기회가 많았다. 그 덕분에 베른은 잠수함, 입체영상, 해상도시, 텔레비전, 우주여행, 투명인간 등의 개념을 사상 최초로 제안했다. 베른은 1867년 ‘지구에서 달까지’라는 작품을 통해 달 탐사에 대한 가능성을 예측하기도 했다. 그로부터 100년 뒤인 1969년 7월 20일 미국 아폴로11호가 인류 최초로 달 표면에 발을 내디뎠다. 상상력이 과학기술을 끌어낸 대표적 사례다. 필립 K 딕이 1950년대 초에 쓴 ‘마이너리티 리포트’는 2001년 스티븐 스필버그 감독의 영화로도 만들어졌는데 이 작품에는 멀티터치가 가능한 투명 디스플레이, 자동운전차, 망막 스캔기술, 보행자 맞춤형 광고기법 등 조만간 실현 가능한 기술들이 가득 차 있다. ●국내서도 SF영화제 개막 외국에서 SF는 많은 사람에게 폭넓게 사랑받는 분야지만 우리나라에서는 여전히 마니아들만 좋아하는 장르로 알려져 있다. 이런 상황에서 국립과천과학관은 2009년부터 ‘SF과학영화제’를 열어 SF영화를 통해 과학에 대한 대중의 관심을 높이려는 시도를 하고 있다. 올해는 ‘가상과 현실 사이’라는 주제로 27일부터 오는 11월 1일까지 6일간 경기도 과천과학관에서 열린다. 인간의 꿈이나 무의식에서 비롯된 가상현실은 이제 SF소설뿐만 아니라 영화, 애니메이션, 게임 등의 단골 소재로 쓰이고 있다. 김상욱 부산대 물리학과 교수는 “가상현실과 현실에 대한 질문을 가장 충격적으로 던진 SF영화인 ‘매트릭스’는 이 세상이 사실은 실제로 존재하는 것이 아닌 가상현실일 수 있지 않겠느냐는 의문에서 시작하는데 과학과 철학의 근본을 건드리는 것”이라며 “이런 질문은 양자물리학의 세계에서 유효한데 영화를 통해 이 세상이 물리학적으로 정말 존재하는 것인가에 대해 생각해 볼 수 있게 해 주기도 한다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

-우주탄생에서 불과 6억년 후의 모습 허블 우주망원경이 우주가 태어난 지 얼마 되지 않은 '우주의 새벽'을 촬영하는 데 성공했다. 이 놀라운 이미지는 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 중력 렌즈를 사용해 잡아낸 초창기 원시은하들의 모습을 보여주고 있다. 이들 원시 은하는 빅뱅 이후 6억년밖에 지나지 않았을 때 태어난 것으로, 허블 망원경이 이제껏 잡아낸 어떤 은하보다도 먼 거리에 있는 은하들이다. 우주에서는 시간이 곧 공간이므로 이 은하들의 나이는 130억년이 넘는다는 뜻이다. 연구진은 이 작은 은하들이 지금의 우주를 만든 데에 결정적인 역할을 한 것으로 보고 있다. 스위스 로잔 공과대학의 하킴 아텍 교수가 이끄는 국제적인 연구진은 빅뱅 이후 6억년에서 9억년 사이의 공간에서 이같은 작은 은하들을 250개 이상 발견했다. 지금까지 발견된 은하들 중 가장 오랜 은하들이다. 이들 은하에서 출발한 빛은 적어도 120억년 이상의 시간을 날아서 망원경에 포착된 셈인데, 이는 곧 천문학자들이 120억년 이전의 과거에 존재했던 아기 우주의 모습을 보고 있다는 뜻이다. "허블 망원경이 잡은 심우주의 은하들 중에서 이보다 더 오랜 은하들은 없습니다." 하고 프랑스 리옹 천문대의 요한 리차드가 밝혔다. 이들 은하에서 온 빛을 모아 분석해본 결과, 연구진은 이 원시 은하의 빛이 초창기 우주의 역사에서 미스터리에 싸인 기간, 곧 재이온화 시기에 중요한 역할을 했다는 사실을 발견했다. 초기 원시우주에서 탄생한 최초의 별(항성)과 은하가 우주 공간에 강력한 자외선을 방출하면서 우주 온도가 높아지면, 우주는 다시 이온화의 과정을 겪게 되는데, 이를 ‘재이온화’라고 부른다. 재이온화가 진행되면 수소의 양성자에서 분리된 전자로 인해 우주는 다시 빛이 직진할 수 없는 불투명한 상태가 된다. 이번 연구에서 관측된 원시은하의 자외선을 조사하면 이 은하들이 진화의 과정에 있는지 알 수 있게 된다. 연구진은 상당한 확신을 가지고, 이들 원시은하들이 초창기 우주를 투명하게 하는 데 중요한 역할을 했으며, 재이온화 시기는 빅뱅 이후 7억년 시점에서 끝났다는 결론을 내렸다. 이 같은 발견의 뒤에는 연구진이 활용한 중력 렌즈의 역할이 컸던 것으로 알려졌다. 허블 심우주 관측 프로젝트의 일환으로 연구진은 심우주에 있는 3개의 은하단을 중력 렌즈로 활용했다. 은하단의 무거운 질량으로 인해 빛이 휘어지는 현상이 일어나는데, 이것이 확대 렌즈의 역할을 하게 되는 것을 일컬어 중력 렌즈라 한다. 중력 렌즈를 최초로 예측한 사람은 상대성이론을 완성한 아인슈타인이었다. 연구진은 이 중력 렌즈를 이용해 해상도 높은 원시은하 이미지를 얻을 수 있었다. 제1세대 은하를 관측, 연구하려면 이 중력 렌즈의 역할이 필수적이다. "심우주의 은하단은 강력한 천연 망원경이다. 이들의 도움이 없으면 초창기 우주의 모습을 볼 수가 없다"고 스위스 로잔 공과대학의 얀-폴 크나이브 박사가 밝혔다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

알베르트 아인슈타인(왼쪽)의 상대성 이론 없이 현대과학이 성립할 수 있을까. 영국 밴드 퀸 없이 록의 계보를 셈할 수 있을까. 빅토르 위고의 ‘레미제라블’이 없었더라도 인류가 진보한다는 명제를 받아들일 수 있을까. 즉각 “그렇다”고 답하기 어렵다면, 우리는 ‘난민’들에게 빚을 진 셈이다. CNN은 22일(현지시간) 아인슈타인, 퀸의 보컬인 프레디 머큐리(오른쪽), 위고 등 10명을 ‘세상을 바꾼 10명의 난민’으로 선정했다. 이들 외에 ▲나치의 회유를 피해 미국으로 망명한 은막의 스타 마를레네 디트리히 ▲소말리아 쿠데타에서 겨우 살아남은 슈퍼모델 이만 압둘마지드 ▲그래미상을 7차례 받은 가수 글로리아 에스테판 ▲미국프로농구(NBA)에서 두 차례 올스타로 등극한 루올 뎅 ▲정신분석학의 아버지인 지그문트 프로이트 ▲아파르트헤이트에 항거했던 타보 음베키 ▲체코슬로바키아 출신의 미국 첫 여성 국무장관 매들린 올브라이트 등이 명단에 들었다. 이 가운데 난민으로 떠돌다 후에 남아프리카공화국 대표로 복귀한 음베키와 위고를 제외한 대부분이 영영 고향으로 돌아가지 못했다. CNN은 이어 유엔난민기구(UNHCR)가 소개한 ‘저명한 난민’ 136명에는 사진작가 로버트 카파, 작가 밀란 쿤데라, 피아니스트 겸 작곡가 쇼팽 등이 포함됐다고 전했다. 결국 정치적 탄압과 박해를 피해 고국을 등진 난민들을 방치하지 않고, 이들에게 새로운 기회를 주는 것이 인류 전체 발전을 이끄는 길이라는데 CNN 보도의 방점이 찍혔다. 홍희경 기자 saloo@seoul.co.kr

거의 1세기 동안 과학자들은 고전 물리학 법칙을 깨뜨리는 것으로 보이는 '양자 얽힘'에 대해 치열한 논쟁을 계속해왔다. 원자를 구성하는 한 쌍의 소립자들이 시간과 공간을 초월하는 존재처럼 보이는 양자적 현상에 관한 것이었다. 짝을 이룬 두 입자들은 아무리 서로 떨어져 있다 하더라도, 어느 한쪽이 변동하면 그에 따라 '즉각' 다른 한쪽이 반응을 보인다는 불가사이한 특성을 가지는데, 양자이론에서는 이 두 입자가 서로 '얽혀 있다'고 하며, 이를 일컬어 '양자 얽힘'이라고 한다. 하지만 아인슈타인은 우주에서 빛보다 빠른 것은 없다고 주장하면서 그 같은 현상을 '유령 같은 원격작용'이라면서 결코 받아들이지 않았다. 아인슈타인은 그 같은 양자 현상에는 우리가 아직 모르고 있는 '숨겨진 변수'가 있으며, 그것을 알게 되면 유령 같은 원격작용의 의문이 풀릴 것이라고 보았다. 이것이 지난 1세기간 양자론자들과 아인슈타인이 치열하게 대결한 논점이다. 그런데, 아인슈타인의 바람과는 반대로 이 같은 양자 현상이 사실임이 기념비적인 놀라운 실험 결과로 확고하게 입증되었다고 영국 일간지 데일리메일이 21일(현지시간) 보도했다.​ 1964년, 영국 물리학자 존 벨은 유령 같은 원격작용을 해명할 수 있는 '숨겨진 변수'를 제거하기 위해 한 실험을 고안해냈다. 이 실험으로 아인슈타인이 말하는 숨은 변수는 없다는 것이 증명되었는데, 이를 벨의 부등식이라 한다. 하지만 이 벨의 부등식에 많은 허점이 있음이 밝혀지면서 양자 얽힘을 완전히 설명하지 못한다는 비판을 받았다. 이번 '네이처' 지에 발표된 논문에 따르면, 실험을 이끈 연구자들은 양자 얽힘 실험에서 중요한 두 개의 허점을 보완했다고 밝혔다. 독일 연구진은 작은 다이아몬드에 갇힌 '얽힌' 전자들을 델프트 대학 캠프스 양쪽으로 1.3km 떨어진 곳에다 두고 실험을 했다. 두 전자들이 서로 소통할 수 없게끔 두 장소 사이의 통신수단은 완벽하게 차단되었다. 소립자는 양자적인 속성의 하나로 스핀이라는 회전 운동량을 갖고 있다. 한 쌍의 소립자는 각각 다운 스핀과 업 스핀으로 되어 있는데, 관측되기 전까지는 한 입자가 어떤 스핀을 갖고 있는지 알 방도가 없다. 이를 양자론에서는 두 상태가 '중첩'되어 있다고 본다. 일단 측정으로 한 입자의 상태가 확정되면 다른 입자는 '동시'에 그 반대되는 상태로 확정된다. 두 입자의 거리가 수백 광년 떨어져 있다 하더라도 결과는 달라지지 않는다. 양자론자들은 측정이 없다면 실제도 없다고 말한다. 이 같은 양자론자의 주장에 아인슈타인은 "내가 달을 보지 않는다면 달이 거기 없다는 것인가?" 하고 푸념하기도 했다. 논문 대표저자인 로널드 핸슨 교수는 "두 개의 전자가 얽혔을 때 보여주는 현상은 참으로 흥미롭다"고 말하면서 "두 전자가 어느 것이든 업 스핀이 될 수도 있고 다운 스핀이 될 수도 있지만, 한 전자가 업 스핀일 경우, 다른 전자는 반드시 다운 스핀이 된다"고 밝혔다. "우리가 측정할 때 그들은 완벽한 상관관계임을 보여준다. 한쪽이 업 스핀이면 다른 한쪽은 반드시 다운 스핀이 된다. 그 같은 반응은 동시에 나타난다. 걸리는 시간이 제로라는 뜻이다. 두 입자가 은하의 반대쪽에 있더라도 마찬가지다." 이번 실험에서는 쌍을 이룬 전자들을 이용했는데, 이들 전자 쌍들은 모두 측정하는 데 있어 서로 소통할 수 있는 어떤 허점도 완벽히 봉쇄되었다. 또한 두 탐지기 사이의 1.3km란 거리는 한 전자를 측정하여 상태를 확정하는 사이에 빛이라도 주파할 수 없는 먼 거리로, 국지적인 허점을 제거한 것이다. 이 반직관적인 양자 얽힘 현상은 기왕의 철학에 심오한 질문을 던진다. 이 같은 현상이 알려주는 바는 우주가 국지적이 아니라, 비국지적이라는 사실이다. 공간이란 사물이 따로 존재한다는 것처럼 보여주는 관념일 뿐, 실은 하나로 연결된 것이라는 얘기다. 이것이 빅뱅에서 출발한 우주의 속성이라는 것이다. 어쨌든 인간이 빛과 물질을 가장 극미한 상태에까지 다룰 수 있는 능력을 보여주었다는 평가를 받는 이번 실험에 대해 버밍엄 대학의 카이 봉스 교수는 "양자 역학이 고전 역학과 얼마나 다른지, 또 양자역학으로 인류가 앞으로 전례없는 발전을 이룰 가능성을 보여준 실험이다"고 평가했다. 이번 실험은 실용적인 측면에서 양자 얽힘을 이용한 통신의 암호화에 한발 다가간 것으로 과학자들은 보고 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com