지금까지의 우주 기원에 관한 물리학 이론에 따르면 우리의 태양보다 훨씬 큰 질량을 지닌 거대 항성이 자체 붕괴로 생을 마감하는 특이점이 생기면 빛조차 탈출할 수 없는 매우 강력한 중력을 가진 블랙홀이 탄생한다. 미국의 한 여성 물리학자가 이런 블랙홀이 아예 존재할 수 없으며 이를 수학적으로 입증했다고 밝혀 학계는 물론 세상을 떠들썩하게 하고 있다. 만일 이 주장이 사실이라면 그녀의 연구는 기존 우주 기원에 관한 물리학 이론을 폐기시킬 수도 있다. 영국 일간 데일리메일은 미국 노스캐롤라이나대 채플힐캠퍼스의 로라 머시니 하우턴 교수가 블랙홀이 존재할 수 없음을 수학적으로 증명했다고 발표했다고 25일(현지시간) 보도했다. 머시니 하우턴 교수는 하나의 별이 죽음을 맞이할 때 스티븐 호킹 박사가 주장했던 ‘호킹 복사’ 이른바 일종의 복사 에너지를 방출하게 된다고 말한다. 하지만 이 과정에서 이 별은 또한 엄청난 양의 질량을 내뿜기 때문에 블랙홀이 될 수 있을 정도의 밀도를 가지지 못한다는 것이 그녀의 주장이다. 그녀는 블랙홀 형성 가능성 전에 죽어가는 별이 팽창해 폭발하지만 ‘특이점’이 절대로 일어날 수 없고 따라서 ‘사상의 지평선’으로 불리는 블랙홀의 경계마저 존재하지 않는다고 말한다. 참고로 특이점이란 아인슈타인의 일반 상대성이론에서 거대 항성이 죽음을 맞아 부피가 ‘0’이 되지만 밀도는 무한대가 돼 블랙홀화 된다는 개념이다. 머시니 하우턴 교수는 “아직도 충격에서 벗어나지 못했다”면서 “우리는 50년 이상 된 이 문제를 연구했고 이 해결책은 우리에게 많은 것을 생각하게 한다”고 말했다. 장차 실험 증거를 통해 우주에 블랙홀이 존재하는지에 대해 물리적인 증명이 될 수도 있지만 지금에서만큼은 이 수학적 입증이 확실하다고 머시니 하우턴 교수는 말한다. 게다가 이번 입증은 빅뱅 이론의 진실성에 대해서도 의문을 제기한다. 대부분 물리학자는 우주가 약 138억 년 전에 빅뱅이라는 대폭발로 시작된 특이점으로 인해 형성됐다고 생각하고 있다. 하지만 머시니 하우턴 교수의 주장처럼 부분적이지만 이런 특이점의 존재 자체가 불가능하다면 빅뱅 이론 역시 의문을 가질 수밖에 없다는 것이다. 블랙홀이 이처럼 매우 기괴한 이유 중에 하나는 우주의 두 기본적 이론인 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학의 기본 법칙을 통합할 수 없었기 때문이다. 머시니 하우턴 교수의 새 이론은 이 두 이론을 수학적으로 결합하는 것이지만 블랙홀의 존재를 부정하길 원치 않는 사람들에게는 나쁜 소식일 수 있다. 그는 “물리학자들은 수십 년간 아인슈타인의 중력 이론과 양자 역학이라는 두 이론을 결합하려 했지만, 이번 연구는 이 두 이론이 함께 화합하는 것을 제공한다”면서 “이는 큰 의미를 지닌다”고 말했다. 한편 이번 연구결과는 코넬대학 도서관이 운영하는 물리학 분야의 권위있는 온라인논문저장 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 실렸다. 사진=NASA/JPL-Caltech 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

겉에서는 전혀 내부를 볼 수 없는 불투명한 상자 속 물건을 꺼내지 않고 촬영해낼 수 있을까? 먼저 이것이 가능하려면 두 개의 물체가 공간적으로 아무리 떨어져 있어도 연결고리가 존재한다는 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 이론과 물체를 투과하는 광양자 빛만으로 사진을 찍어낼 수 있음을 증명해야만 한다. 그런데 최근 이것이 가능할 수도 있다는 실험결과가 나왔다. 세계적 과학 전문 주간지 네이처(Nature)는 오스트리아 과학 아카데미(Austrian Academy of Sciences) 연구진이 카메라 렌즈와는 상관없이 광양자 빛만으로 고양이 이미지를 촬영해내는데 성공했다고 27일(현지시간) 보도했다. 먼저 해당실험을 정확히 이해하기 위해서는 양자역학의 기본 원리와 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 이론을 알아야한다. 이를 간략히 소개하자면 다음과 같다. 먼저 양자역학(quantum mechanics)은 원자, 분자, 소립자와 같은 미시적 대상에 대한 역학으로 거시적 현상에 집중하는 고전역학과는 많은 부분이 차이가 난다. 특히 다른 부분은 고전역학이 미래를 예측할 수 있다는 결정론적(deterministic) 입장을 취하는 반면, 양자역학은 현재는 정확히 알아도 미래 일을 예측하는 것은 불가능하다는 확률론적(probabilistic) 입장을 가지고 있다. 즉, 양자역학은 인과율 법칙보다는 우연성에 더 많은 무게를 두고 있는 것이다. 양자역학의 토대는 지난 1905년, 아인슈타인이 뉴턴으로 대표되는 고전역학의 한계를 지적한 상대성역학(relative mechanics)에서부터 시작된다. 양자역학의 핵심은 미시적 세계에서 발생하는 사건은 사건이 직접 목격되기 전까지는 확률적으로만 계산되며 서로 다른 상태가 지속적으로 공존한다. 이것이 앞서 설명한 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 이론과 연결된다. 이에 대해 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 양자역학이 불완전하다는 점을 지속적으로 의심해왔고 1935년 이를 증명할 한 가지 가상실험을 고안하게 된다. 먼저 고양이 한 마리와 알파입자(헬륨 원자핵)를 외부와 차단된 불투명 상자 속에 집어놓고, 다시 해당 상자를 독가스가 들어있는 통과 연결시킨다. 독가스는 방사능 검출 기계와 연결된 밸브에 의해 아직 상자 속으로 주입되지 않은 상황이다. 하지만 상자 속 알파입자가 감지되면 밸브는 자연히 열리게 되고 고양이는 사망하게 된다. 단, 이 알파입자는 시간 당 50%의 확률로 붕괴되도록 설정된 상황이기에 고양이 죽거나 살 확률 역시 50%다. 실질적으로 한 시간 후 상자를 열었을 때 나타날 결과는 첫째, 독가스에 죽은 고양이와 붕괴된 알파입자, 둘째 살아있는 고양이와 붕괴되지 않은 알파입자 두 가지 뿐이다. 하지만 양자역학 이론적으로만 보면 고양이와 알파입자는 죽지도 살지도 못한 50% 상태로 존재할 수 있다. 즉, 삶과 죽음 모두 한 공간에 공존할 수 있다는 것이다. 문제는 상자를 여는 순간, 결과는 고양이가 죽거나 살거나 한 가지 형태로밖에 고정될 수 없다. 삶과 죽음의 공존을 목격하려면 상자를 열지 않은 상황에서 내부모습을 볼 수 있어야만 한다. 오스트리아 과학 아카데미(Austrian Academy of Sciences) 연구진이 행한 실험은 바로 이 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 상자 안에 둔 채로 촬영할 수 있는지 여부를 알아본 것이다. 연구진은 노란색과 빨간색 두 가지 광양자 빛을 이용해 고양이를 촬영하는 시도를 했다. 본래 카메라라는 매개체를 이용해 사물이 찍힌다는 즉, 상태에 관한 정보는 항상 관련 주위를 통해서만 매개될 수 있다는 국소성의 원리를 넘어 전달통로만 형성되면 별다른 매개체를 통하지 않고도 정보를 전달할 수 있다는 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 원리를 이용한 것이다. 연구진은 노란색 광양자 빛이 빨간색 광양자 빛에 얽히는 방식으로 일정한 고양이 이미지를 만들어내는데 성공했다. 이는 불투명한 상자 안의 물체를 별도의 과정 없이 그 자체로 투과해 찍어낼 수 있는 가능성을 제시하는 것이기에 의미가 크다. 연구진은 해당 실험결과가 향후 광양자를 이용한 화상 카메라 기술 개발로도 이어질 수 있다고 설명했다. 사진=Nature　 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

겉에서는 전혀 내부를 볼 수 없는 불투명한 상자 속 물건을 꺼내지 않고 촬영해낼 수 있을까? 먼저 이것이 가능하려면 두 개의 물체가 공간적으로 아무리 떨어져 있어도 연결고리가 존재한다는 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 이론과 물체를 투과하는 광양자 빛만으로 사진을 찍어낼 수 있음을 증명해야만 한다. 그런데 최근 이것이 가능할 수도 있다는 실험결과가 나왔다. 세계적 과학 전문 주간지 네이처(Nature)는 오스트리아 과학 아카데미(Austrian Academy of Sciences) 연구진이 카메라 렌즈와는 상관없이 광양자 빛만으로 고양이 이미지를 촬영해내는데 성공했다고 27일(현지시간) 보도했다. 먼저 해당실험을 정확히 이해하기 위해서는 양자역학의 기본 원리와 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 이론을 알아야한다. 이를 간략히 소개하자면 다음과 같다. 먼저 양자역학(quantum mechanics)은 원자, 분자, 소립자와 같은 미시적 대상에 대한 역학으로 거시적 현상에 집중하는 고전역학과는 많은 부분이 차이가 난다. 특히 다른 부분은 고전역학이 미래를 예측할 수 있다는 결정론적(deterministic) 입장을 취하는 반면, 양자역학은 현재는 정확히 알아도 미래 일을 예측하는 것은 불가능하다는 확률론적(probabilistic) 입장을 가지고 있다. 즉, 양자역학은 인과율 법칙보다는 우연성에 더 많은 무게를 두고 있는 것이다. 양자역학의 토대는 지난 1905년, 아인슈타인이 뉴턴으로 대표되는 고전역학의 한계를 지적한 상대성역학(relative mechanics)에서부터 시작된다. 양자역학의 핵심은 미시적 세계에서 발생하는 사건은 사건이 직접 목격되기 전까지는 확률적으로만 계산되며 서로 다른 상태가 지속적으로 공존한다. 이것이 앞서 설명한 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 이론과 연결된다. 이에 대해 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 양자역학이 불완전하다는 점을 지속적으로 의심해왔고 1935년 이를 증명할 한 가지 가상실험을 고안하게 된다. 먼저 고양이 한 마리와 알파입자(헬륨 원자핵)를 외부와 차단된 불투명 상자 속에 집어놓고, 다시 해당 상자를 독가스가 들어있는 통과 연결시킨다. 독가스는 방사능 검출 기계와 연결된 밸브에 의해 아직 상자 속으로 주입되지 않은 상황이다. 하지만 상자 속 알파입자가 감지되면 밸브는 자연히 열리게 되고 고양이는 사망하게 된다. 단, 이 알파입자는 시간 당 50%의 확률로 붕괴되도록 설정된 상황이기에 고양이 죽거나 살 확률 역시 50%다. 실질적으로 한 시간 후 상자를 열었을 때 나타날 결과는 첫째, 독가스에 죽은 고양이와 붕괴된 알파입자, 둘째 살아있는 고양이와 붕괴되지 않은 알파입자 두 가지 뿐이다. 하지만 양자역학 이론적으로만 보면 고양이와 알파입자는 죽지도 살지도 못한 50% 상태로 존재할 수 있다. 즉, 삶과 죽음 모두 한 공간에 공존할 수 있다는 것이다. 문제는 상자를 여는 순간, 결과는 고양이가 죽거나 살거나 한 가지 형태로밖에 고정될 수 없다. 삶과 죽음의 공존을 목격하려면 상자를 열지 않은 상황에서 내부모습을 볼 수 있어야만 한다. 오스트리아 과학 아카데미(Austrian Academy of Sciences) 연구진이 행한 실험은 바로 이 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 상자 안에 둔 채로 촬영할 수 있는지 여부를 알아본 것이다. 연구진은 노란색과 빨간색 두 가지 광양자 빛을 이용해 고양이를 촬영하는 시도를 했다. 본래 카메라라는 매개체를 이용해 사물이 찍힌다는 즉, 상태에 관한 정보는 항상 관련 주위를 통해서만 매개될 수 있다는 국소성의 원리를 넘어 전달통로만 형성되면 별다른 매개체를 통하지 않고도 정보를 전달할 수 있다는 ‘양자 얽힘(quantum entanglement)’ 원리를 이용한 것이다. 연구진은 노란색 광양자 빛이 빨간색 광양자 빛에 얽히는 방식으로 일정한 고양이 이미지를 만들어내는데 성공했다. 이는 불투명한 상자 안의 물체를 별도의 과정 없이 그 자체로 투과해 찍어낼 수 있는 가능성을 제시하는 것이기에 의미가 크다. 연구진은 해당 실험결과가 향후 광양자를 이용한 화상 카메라 기술 개발로도 이어질 수 있다고 설명했다. 사진=Nature　 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

오스트리아와 프랑스, 미국의 물리학자로 구성된 국제 연구진이 ‘양자 체셔 고양이’를 처음 실험적으로 입증했다고 밝혔다. 양자 체셔 고양이는 광자나 중성자와 같은 입자에서 그 입자가 갖는 스핀이나 질량과 같은 물성만을 분리할 수​​ 있다고 지난 2001년부터 제창되고 있는 양자역학 이론이다. 즉 입자의 본체가 없어도 그 성질만 존재하므로, 루이스 캐럴의 소설 ‘이상한 나라의 앨리스’에서 기분 나쁜 미소만 남기고 사라지는 체셔 고양이의 특성으로 비유되는 것이다. 교신저자 하세가와 유지 빈공과대학 교수에 따르면 연구진은 중성자 특성을 알아내는 ‘중성자 간섭법’(neutron interferometry)을 이용해 양자 체셔 고양이를 입증해냈다. 1970년대 개발된 이 기술은 근본적인 양자역학을 연구하는 이상적인 도구로 인식되고 있다. 이 기술로 입자 자체에서 그 입자의 성질을 분리할 수 있는지 파악한 것이다. 실험은 프랑스 라우에-랑주뱅 연구소에 있는 장비가 사용됐다. 빔 스플리터를 적용한 간섭계로 중성자를 2개의 경로로 나눠 이동하게 했다. 예를 들어 양자역학에서는 입자가 2개의 경로로 이동하면 단 하나 밖에 없는 입자라도 두 경로가 존재할 수 있다. 분할된 경로 한 쪽으로 ‘약한 측정’이라는 양자역학적 방법으로 자기 모멘트를 측정한 결과, 이는 다른 경로의 입자에도 반영돼 입자 본체와 그 성질만을 분리할 수 있는 양자 체셔 고양이를 입증할 수 있었다는 것이다. 반면 ‘강한 측정’에서는 시스템 전체의 파동함수에 영향을 줄 수 있으므로, 양자 체셔 고양이의 효과는 확인할 수 없었다고 한다. 연구진은 양자 체셔 고양이를 중성자 이외의 물리 현상에서도 확인할 수 있으며, 그렇게 되면 더 정확한 양자역학적 효과의 측정과 정보 기술에 도움이 될 수 있다고 보고 있다. 한편 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 최근호에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

25년 안에 순간이동이 가능하다고 러시아의 한 물리학자가 밝혔다. 여기서 말하는 순간이동은 사람이나 사물이 아닌 정보의 이동을 말한다. 20일 러시아 유력방송 베스티에 따르면 러시아 물리학자 세르게이 필리포브와 동료 슬로바키아 물리학자 마리오 지만이 어떤 정보도 저장할 수 있는 작은 입자인 ‘광자’(빛의 입자)를 먼거리에서 전송하는 기술을 개발했다. 이들 학자는 물체를 거의 순간적으로 전송하는 방법을 발견했지만, 이는 기술적으로 20~25년은 더 있어야 가능하다고 밝혔다. 지난 수년간 세계의 물리학자들은 ‘양자 전송’(quantum teleportation)의 성공을 위해 노력해왔고, 최근에 네덜란드 델프트공과대 카블리나노과학연구소팀이 실험실에서 3m 떨어진 거리의 두 양자 사이에서 정보를 전송하는 데 성공했다. 하지만 양자 전송이라는 것은 거리나 장소에 구애받지 않아야 하는 것이라고 러시아 명문 공대인 모스크바물리기술대학(MIPT) 출신 세르게이 필리포브(27)는 말하고 있다. 양자 전송은 양자역학의 기본 원리인 ‘양자 얽힘’의 개념이 필수적이다. 양자 얽힘은 얽힘 상태에 있는 양자는 수광년이나 떨어진 상태에서도 서로 즉시 영향을 주는 것을 말한다. 필리포브는 인류는 빠르면 2040년에 양자 기술을 사용할 수 있게 될 것이지만 그 범위에는 한계가 있다고 설명했다. 이는 불행히도 가까운 미래에 인간을 텔레포트시킬 가능성은 없다는 것이다. 이런 조건이 가능하려면 수십억에 달하는 정확한 데이터 수치와 엄청난 양의 에너지가 요구된다는 게 학자들의 설명이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

-뉴로퀀톨로지 학술지 통해 논문 발표 컴퓨터가 인간의 지능을 비슷하게 흉내 낼 수 있다 해도 인간과 똑같은 생각 자체를 가지는 것은 근본적으로 불가능하다는 내용의 논문이 눈길을 끌고 있다. 한국기술교육대학교 송대진 교수는 ‘뉴로퀀톨로지’(NeuroQuantology)라는 학술지를 통해 ‘의식의 계산불가성’ 논문을 발표했다. 이 논문은 기술 등의 발달로 물체가 아주 빨리 날아가도록 만든다고 해도 근본적으로 빛의 속도보다 빠를 수 없다는 결과를 보인 상대성이론과 비슷하게 아무리 컴퓨터가 인간의 지능을 흉내 낸다고 하더라도 인간의 생각 자체를 가지는 것은 근본적으로 불가능하다는 것. 송 교수는 이 논문을 통해 ‘자기 언급’(self-reference)이라는 러셀의 역설 등에서 사용된 방법을 바탕으로 양자역학적으로 접근해 인간의 생각이 본질적으로 컴퓨터로는 계산하거나 프로그래밍 할 수 없는 부분을 가질 수밖에 없다고 설명했다. 줄자를 가지고 다른 물체의 길이를 측정할 수 있지만 줄자 자신의 길이는 측정할 수 없는 것과 같이 인간의 의식세계도 이와 같은 컴퓨터로 계산될 수 없는 부분을 내포할 수밖에 없다는 것도 논문을 통해 증명했다. 송 교수의 논문을 지지하는 이탈리아 팔레르모 대학(University of Palermo)의 몰테니 교수(Prof. Diego Molteni)는 “송 박사의 연구결과는 인간의 본질이 완전한 실증적인 환원주의로 접근했을 때 컴퓨터로 계산될 수 없는 부분을 가진다는 것을 보여주기 때문에 특별한 가치가 있다”고 평가했다. 한편, 송대진 교수는 옥스퍼드 대학 양자컴퓨터센터에서 박사학위를 받고 현재 한국기술교육대학교에 근무 중이다. 나우뉴스부 nownews@seoul.co.kr

과학자들이 마침내 데이터를 텔레포트시키는 방법을 발견해냈다. 지난달 29일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 보도에 따르면 네덜란드 델프트공과대학 카블리 나노과학연구소 연구진이 3m 떨어진 2개의 양자비트 사이에서 신뢰할 수 있는 텔레포트를 가능하게 했다고 미국 사이언스지 최신호에 발표했다. 뉴욕타임스는 “네덜란드 과학자들이 알버트 아인슈타인이 ‘멀리서 일어나는 으스스한 행동’이라고 언급한 가장 유명한 실수를 반증하는 데 한 걸음 나아갔다”고 말했다. 이 실수는 얽힌 상태에 있는 양자들이 공간의 제약 없이 서로 영향을 준다는 양자역학에서 제안되고 있는 ‘비국지성’(Nonlocality)이란 성질을 말한다. 연구진이 시행한 양자의 순간이동은 사람이나 사물을 이동시키는 ‘스타트렉’ 방식을 말하는 것은 아니다. 이른바 ‘양자정보’(이 경우, 전자의 스핀 상태를 말함)를 이 정보가 포함된 물리적 물질의 이동 없이 해당 위치에서 다른 위치로 이동하는 것이다. 컴퓨터 연산에서 정보의 기본 단위인 기존의 비트는 두 가지 중 하나의 값(0 또는 1 중 하나) 밖에 나타낼 수 없지만, 양자비트(큐비트)는 동시에 많은 값을 표현할 수 있다. 이는 앞으로 보다 빠른 컴퓨터 연산 시스템과 완벽하게 안전한 통신 네트워크 모두를 실현할 수 있다는 것이다. 또 과학자들은 아인슈타인의 ‘양자 얽힘’ 개념에 대한 의심이 틀렸다는 것을 확실하게 입증하는 데 접근했다. ‘양자 얽힘’은 수광년이나 떨어진 입자 중에서 한 입자의 상태가 다른 입자의 상태에 즉시 영향을 주는 연결된 상태를 말한다. 연구진은 비록 짧은 거리지만 양자정보의 아주 정확한 순간이동을 달성했다고 밝혔다. 이들은 이제 이 실험을 1km 이상 거리에서 재현할 계획이다. 이 거리에서 양자 얽힘이 일어날 수 있다는 것이 반복적으로 확인되면 얽힘 현상과 양자역학 이론은 확실하게 입증된다. 더 떨어진 거리에서 성공하게 되면 ‘벨의 정리’라는 사고실험에 긍정적인 해결책을 제시하게 된다. 이 정리는 1964년 아일랜드의 물리학자 존 스튜어트 벨이 제안한 것으로 양자 얽힘으로 연결된 입자들이 광속보다 빠르게 정보를 전달할 수 있는지를 결정하는 방법이다. 이번 연구를 이끈 로날드 한슨 박사는 “아인슈타인의 실수를 반증하기 위해 5~6팀이 열띤 경쟁을 벌이고 있다”면서 “이번 연구는 가장 큰 성과일 것”이라고 말했다. 기존에 과학자들은 불완전하지만 양자정보를 순간이동하는 성과를 내왔다. 이는 물리적으로 양자비트를 얽힘 상태가 되도록해 달성한 놀라운 성과이지만 그 신뢰성은 불안했다. 예를 들어 2009년에 미국 메릴랜드대학의 물리학자들은 양자정보의 전송을 시연했지만 1억번 중 단 1번만 성공했다. 이는 단일 비트의 양자정보를 전송하는데 약 10분이 소요되는 것을 의미한다. 이와 달리 네덜란드 연구진은 양자상태에 있는 두 얽힌 전자를 정확하게 100% 텔레포트시켰다. 이는 극저온의 다이아몬드에 갇힌 전자를 사용해 만든 양자비트로 가능했다. 다이아몬드는 전자를 유지하는 ‘미니 감옥’을 효과적으로 만든다고 한슨 박사는 설명했다. 연구진은 전자에 스핀(값)을 설정하고 신뢰할 수 있는 방법으로 그 값을 읽어내는 데 성공했다. 이는 강력한 양자인터넷의 가능성 외에 양자컴퓨터 네트워크의 가능성을 기약한다고 연구진은 말한다. 하지만 특정한 클래스에 있는 문제를 가장 강력한 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 양자컴퓨터의 실용화는 아직 머나먼 목표다. 기능적으로 양자컴퓨터는 다수의 양자비트를 얽힘 상태로 만들고 해당 얽힘 상태를 비교적 오랜 기간 유지해야할 필요성이 있다. 이는 아직 달성하기에는 머나먼 과제인 것이다. 또한 한슨 박사는 양자 네트워크가 보급화되면 새로운 형태의 개인정보 보호가 실현될 것이라고 말한다. 즉 이런 네트워크는 원격의 사용자가 양자 계산을 하나의 서버에서 실행할 때 그 서버의 운영자는 그 계산의 본질을 측정할 수 없도록 하는 것이 가능해진다는 것이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

마음의 그림자/로저 펜로즈 지음/노태복 옮김/승산/728쪽/2만 8000원 인간의 두뇌와 의식, 즉 마음의 연관성을 찾으려는 노력은 전방위로 뻗쳐 있다. 과학과 인문학은 물론 종교에서도 마음의 생성과 작용은 큰 관심의 영역이다. 그럼에도 사람 마음의 실체를 찾는 성과는 미미하다. 실제로 20세기를 마감하면서 전 세계의 내로라하는 물리학자들을 대상으로 ‘아직도 해결되지 않은 문제’를 물은 결과 가장 많은 답을 얻은 10개의 문제 중 하나가 바로 ‘의식의 비밀’이었다고 한다. 의식, 다시 말하면 사람의 마음은 여전히 과학의 영역 바깥에 머물고 있는 셈이다. ‘마음의 그림자’는 그 ‘수수께끼’의 영역인 사람 마음을 본격적으로 파헤친 대작이다. 저자는 월스트리트 저널로부터 ‘생존해 있는 가장 위대한 수리물리학자 중 한 사람’이라는 극찬을 받은 영국 출신의 석학 로저 펜로즈. 1998년 출간돼 세계적인 베스트셀러가 된 ‘황제의 새 마음’의 저자이다. 이 책은 얼핏 보면 ‘황제’의 후속편쯤에 해당한다. 전작의 내용에 대한 숱한 논란과 이의제기에 정색하고 설명하며 사람 마음의 본질을 훑어낸다. 전작과 마찬가지로 이 책의 기저는 아주 명쾌하다. 인간의 두뇌가 물리학 법칙에 따라 기계적으로 작용한다는 기존의 고전물리학과 양자역학의 대척점에 서 있다. ‘기계장치는 마음을 생성할 수 없다’고 딱 잘라 말하지만 과학과 신비주의의 어느 한쪽에 치우치지 않는 이론 전개가 돋보인다. 저자는 일단 ‘양자영학의 시대’인 지금 사람의 생각과 인식에 큰 영향을 끼치는 양자역학의 발전에 큰 기대를 건다. 특히 모든 활동을 지배하는 컴퓨터의 영역에 양자역학이 깊숙이 관여하는 흐름에 주목한다. 그러면서도 컴퓨터가 인간의 마음까지 온전하게 구현할 수 있다는 인공지능(AI) 학자들의 견해엔 분명하게 반대한다. 특히 ‘인간의 의식이란 모두 두뇌의 컴퓨팅(computing)작용의 결과’라는 기계론적 의견을 반박한다. 튜불린과 미세소관, 뉴런과 시냅스 활동을 면밀히 보여 주면서 인간 두뇌의 의식 패턴과 컴퓨팅 활동을 비교 분석하는 부분은 아주 흥미롭다. ‘인간의 의식적 사고는 단순한 컴퓨팅으론 흉내조차 낼 수 없는 요소를 갖춰야 한다.’ 이 결론까지 이해하려면 상당한 수준의 수학과 물리학이 필요하겠지만 적어도 ‘인간은 대체 무엇인가’라는 궁극적인 의문쯤은 갖게 된다. “지금 당장은 인간 의식을 과학적으로 설명하기 어렵더라도 정신적 현상을 이해하는 과학적 방법이 분명 존재하며 그 길은 물리적 실재 자체의 속성을 더 깊이 이해하는 데서 출발한다”는 외침이 설득력 있게 다가온다. 김성호 선임기자 kimus@seoul.co.kr

백만개의 조용한 혁명(베네딕트 마니에 지음, 이소영 옮김, 책세상 펴냄) 신자유주의 체제에서 더 나은 삶을 위해 두 팔을 걷어붙이고 나선 이름 없는 시민들의 연대기다. 무명의 평범한 시민들이 ‘나’의 일상을 개선하기 위해 시작한 조용한 움직임들은 더 많은 사람이 함께하면서 ‘우리 모두’가 더불어 잘살기 위한 세상을 만드는, 조용하지만 위력적인 혁명으로 진화해 왔다. AFP의 경제·사회 문제 전문기자인 저자는 오래전부터 전 세계 시민사회에서 조용히 일고 있는 이 같은 움직임에 주목했다. 북반구와 남반구를 가로질러 아프리카 최빈국부터 인도, 브라질 같은 신흥국, 북미와 일본, 유럽의 선진국에 이르기까지 수십개국에서 일고 있는 혁명의 현장을 직접 발로 뛰며 취재한 기록이다. 산지-소비자 직거래 통로를 만들어 유통혁명을 일으킨 프랑스의 지역구매시스템 아마프(Amap), 인도 뭄바이의 빈민가에서 탄생한 여성협동조합 리자트(Lijjat) 등 우리가 몰랐던 다른 가능성의 세계가 펼쳐진다. 400쪽. 1만 8000원. 죽설헌 원림(박태후 지음, 열화당 펴냄) 수백종의 자생 꽃과 토종나무, 과실수와 화초 등이 자연스러운 아름다움을 간직한 채 어우러진 죽설헌(竹雪軒)의 사철을 기록한 책. 정원주인인 화가 박태후가 썼다. 호남 원예학교에서 과수, 채소, 화훼의 기초를 배우고 산야를 돌아다니며 각종 종자를 채취해 심고 가꾼 것이 40여년의 세월이 흐르면서 오늘에 이르렀다. 그동안 꽃과 나무를 가꿔 온 이야기, 대숲과 연못의 조성에 관한 경험담, 자연과 더불어 살아온 죽설헌의 삶에 대해 기록해 두었던 글을 모았다. 저자는 책을 통해 우리나라 토종나무와 야생화들의 특징과 이를 제대로 가꾸는 법을 알려준다. 저자는 그 지역 환경에 가장 적합하거나 자기가 가장 좋아하는 수종, 또 가급적이면 유실수나 채소, 잡초와의 경쟁에서 견딜 수 있는 다년생 화초 등을 심으라고 권한다. 전남 벌교 출신의 사진작가 이일천의 사진을 곁들인 책은 우리나라 자생식물 가꾸기에 관한 작은 도감을 보는 것 같다. 310쪽. 2만 3000원. 당신에게 노벨상을 수여합니다(노벨재단 엮음, 이광렬· 이승철 옮김, 바다출판사 펴냄) 매년 12월 20일 노벨상 시상식에서 노벨 위원회는 수상자 선정 사유와 수상자들의 업적을 알려주는 연설을 한다. 노벨상 시상 연설은 간결하고 명확한 문체로 노벨상 수상자의 과학적 업적이 인류사에 왜 중요한지를 소개한다. 책은 1901년 첫 노벨상 시상식부터 지난해 12월 10일 열린 2013년 노벨상 시상식까지 과학분야의 시상 연설을 모았다. 물리, 화학, 생리·의학분야 순으로 각권을 정리했다. 인류과학의 과거, 현재, 미래라고 할 수 있는 113년 노벨상의 역사를 한눈에 읽을 수 있다. 물리학의 경우 빌헬름 뢴트겐이 엑스선을 발견한 업적으로 첫 노벨상을 수상한 이후 방사선의 발견, 양자역학의 발전 등 20세기와 21세기 물리학의 흐름을 보여준다. 연금술의 아류였던 화학이 생명 탄생의 비밀을 푸는 열쇠로 발전하기까지, 산업화와 전쟁 시대의 병리학에서 질병 없는 사회를 추구하는 생리·의학으로 진보하는 과정에서 노벨상이 결정적 역할을 했음을 알 수 있다. 전 3권. 각권 2만 5000원. 마지막 기회라니?(더글러스 애덤스·마크 카워다인 지음, 강수정 옮김, 홍시 펴냄) 코믹 SF 작가와 과묵한 동물학자의 멸종위기 동물 추적기. 1500만부 이상 판매된 세계적 베스트셀러 ‘은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서’를 쓴 애덤스가 쓴 유일한 논픽션이다. 1985년 옵서버킬러매거진의 의뢰로 마다가스카르 섬의 멸종위기종 원숭이 ‘아이아이’를 취재하러 갔던 애덤스는 세계야생동물기금에서 일하던 동물학자 카워다인을 만나면서 멸종위기종 문제의 심각성을 알게 됐다. 두 사람은 세계 각지의 멸종위기종을 취재하는 여행을 감행하기로 한다. 1988년 시작한 둘의 탐사여행은 콩고민주공화국의 자이르부터 중국 양쯔강, 모리셔스섬 등 세계 구석구석을 찾아 1년간 계속된다. 1989년 첫 출간된 이래 위기에 처한 동물의 문제를 세상에 알린 기행문학의 고전으로 꼽힌다. 368쪽. 1만 3000원.

# 1. 1900년 12월 14일은 ‘양자혁명’의 날이다. 막스 플랑크(1858~1947년) 베를린대 교수는 뉴턴의 고전물리학 체계를 송두리째 뒤바꾼 ‘E=hv’란 법칙을 세상에 내놨다. 흑체복사 현상을 추적하는 과정에서 우연히 탄생한 양자역학은 트랜지스터를 비롯해 반도체, 초전도체를 활용한 현대 전자공학의 밑바탕이 됐다. 플랑크는 베를린 인근 녹지인 그뤼네발트를 일곱 살 난 아들과 걸으며 “아빠가 뉴턴에 버금가는 중요한 발견을 한 것 같다”고 말했지만 당시로선 양자역학의 본질을 꿰뚫진 못했다. 이는 스위스 특허청 계약직원인 알베르트 아인슈타인(1879~1955년)의 몫이었다. 대학에서 강사 채용이 거부됐던 아인슈타인은 근근이 생계를 꾸리며 1905년 한 해에만 5편의 논문을 발표했다. 이 가운데는 역사상 가장 유명한 방정식인 ‘E=mc2’을 유도한 특수상대성이론이 포함됐다. #2. 하와이제도에 도착한 최초의 유럽인 집단을 이끈 제임스 쿡 선장은 폴리네시아인들을 만난 뒤 외쳤다. “이 종족이 광대한 대양을 가로질러 뉴질랜드와 이스터섬까지 퍼져 나간 것을 어떻게 설명해야 할까.” 폴리네시아인들은 5000년에 걸쳐 지도나 나침반도 없이 지구상에서 가장 넓은 수역인 태평양을 개척했다. 쿡 선장도 원주민 항해자의 도움을 얻어 74개의 섬이 그려진 지도를 완성했다. 하지만 이 지도와 섬들에는 쿡의 이름이 붙었다. 역사도 원주민 항해자가 아닌 쿡의 이름만 기억할 따름이다. #3. 수천명의 과학자가 참여한 ‘맨해튼 프로젝트’는 2차대전의 종식을 앞당겼지만 과학자들은 뒤늦게 고민에 빠졌다. 자신들의 연구가 핵무기로 뒤바뀐 현실에 두려움과 윤리적 가책을 느꼈기 때문이다. 이들은 종전 직후 조직을 결성해 본격적인 운동에 나선다. 이렇게 탄생한 ‘원자과학자연맹’은 냉전시대 군축과 반체제 과학자 구명 운동을 이끌었다. 연초 출판계에 과학서적이 봇물을 이루고 있다. 양자역학, 양자장이론 등 전문 지식을 다룬 서적부터 과학의 감춰진 이면을 재미있게 풀어놓은 책까지 다양하다. 민중과학, 좌파과학 등을 소개하는 ‘색깔있는’ 책도 나왔다. ‘퀀텀스토리’(짐 배것 지음, 박병철 옮김, 바니 펴냄)는 양자역학의 탄생 이후 지금까지의 궤적을 조명한 책이다. 양자역학은 뉴턴의 고전역학을 전복하며 상대성 이론과 함께 20세기 지성사에 가장 큰 영향을 끼친 과학적 발견으로 꼽힌다. 19세기 영국의 물리학자들은 “이제 물리학에서 더 이상 새로운 발견은 없다”고 선언했지만, 이는 난공불락의 요새에 먹구름이 모여드는 징조에 불과했다. 이 같은 오만함은 플랑크의 ‘작용양자’ 개념이 도입되면서 산산조각이 났다. 한때 뉴턴의 고전 열역학을 열렬히 숭배했던 플랑크는 물질이 원자나 분자로 이뤄진 불연속 객체라는 ‘원자론’으로 전향한다. 아인슈타인이라는 걸출한 천재 한 사람이 완성한 상대성 이론과 달리 양자역학은 플랑크, 슈뢰딩거, 하이젠베르크, 닐스 보어, 리처드 파인먼, 스티븐 와인버그, 피터 힉스 등 시대를 풍미했던 수많은 천재들이 머리를 맞대 고군분투한 결과물이다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)가 우리 돈으로 60조원에 달하는 거액을 들여 거대강입자충돌기(LHC)의 힉스 입자(모든 입자에 질량을 부여하는 최소 입자)를 증명한 것도 같은 맥락에서다. 반면 ‘과학의 민중사’(클리퍼드 코너 지음, 김명진·안성우·최형섭 옮김, 사이언스북스 펴냄)는 전자의 가정을 뒤엎는다. ‘타고난 천재들이 이뤄냈다’는 과학기술 발전의 신화에 반기를 든다. 과학엘리트들의 업적에는 보이지 않게 도움을 준 보통사람들의 노력이 전제됐다는 점에 주목한다. 민중사관적 잣대를 들이대며 집단의 산물을 강조한 것이다. 예컨대 달의 위치와 조석의 관계를 기록해 지리학과 천문학 발전의 기반을 닦은 어부들, 화학과 재료과학 발전에 이바지한 광부·대장장이·옹기장이, 산업혁명 완수에 필요한 지식을 생산한 금속노동자와 기계공 등을 다룬다. 과학의 숨겨진 이면을 더 들춰보고 싶다면 좌파 과학사학자 게리 워스키의 ‘과학… 좌파’(게리 워스키 지음, 김명진 옮김, 이매진 펴냄)를 챙겨 읽어봄직하다. 연구실 밖에서 인종·성 차별, 환경오염, 핵무기에 맞선 20세기 좌파 과학자들은 신자유주의, 군비 강화, 테러, 기후변화 등이 기승을 부리는 오늘날 제3의 과학좌파 운동을 전개할 조짐을 보이고 있다. 오상도 기자 sdoh@seoul.co.kr

우주의 나이가 138억 살로 생각되는 것도 놀랍지만, 이제 일부 학자들은 우주가 대폭발(빅뱅) 없이 무한 팽창하고 있다고 제안해 주목받고 있다. 11일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신에 따르면 이 같은 이론은 그간 물리학계에서 널리 받아들여지지 않았던 ‘레인보우 그래비티’라는 이론의 결론이다. 이 이론은 우주에서 중력의 영향은 다양한 빛의 파장에 의해 다르게 느껴진다고 제안하는데, 이때 파장에 따라 무지개처럼 보이므로 레인보우 그래비티(무지개 중력)라는 명칭이 붙여졌다. 이 이론은 10년 전 일반상대성이론과 양자역학이론 사이의 차이점을 보완하기 위해 제안됐다. 연구자들은 이 이론이 기존 빅뱅이론에서 138억 년 전 우주가 시작될 때 밀도가 무한해 지는 지점인 특이점의 결함을 강조하는데서 비롯됐다고 밝혔다. 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 질량이 매우 큰 물체는 주변의 시공간을 왜곡해 빛을 포함한 다른 대상이 주변을 지나갈 때 구부러진 경로를 따라가게 만든다. 빅뱅이론은 1922년 러시아의 우주론자 알렉산드르 프리드만에 의해 공식화됐는데, 그는 아인슈타인의 이론을 통해 우주가 고온·고밀도 상태에서 시작됐다고 풀이했다. 하지만 ‘레인보우 그래비티’ 이론에서 ‘에너지’가 다른 입자는 확실히 서로 다른 시공간과 중력장에 나타난다고 이집트 이론물리학센터의 아델 아와드 교수는 주장했다. 이는 입자가 자신의 에너지 영향을 받지않고 경로를 따라 이동한다는 현재 이론을 반박한다. 교수팀은 ‘레인보우 그래비피’ 이론은 기존 이론과 약간 다른 해석을 기반으로. 우주의 기원에 관한 2가지 시나리오를 제안한다고 말했다. 첫 번째 제안은 시간을 되짚어 보면 우주는 밀집돼 밀도가 무한해지긴 하지만, 결코 대폭발에 도달하지 않았다는 것이다. 또 다른 시나리오에서도 우주는 한정된 초고밀도에 도달했으며, 그런 다음 안정기에 들어섰다. 아와드 교수는 “우주에서 물질과 빛의 경로를 추적하는 두 시나리오에에 따르면 우리가 빅뱅으로 알고 있는 무한히 작은 특이점에 도달할 필요가 없다”고 말했다. 연구팀은 추후 몇 년간 레인보우 그래비티의 영향을 보여주는 감마선 버스트와 같은 다른 우주 현상을 연구할 계획이다. 한편 이번 연구 결과는 ‘우주론과 입자물리학회지’(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics) 최신호에 실렸다. 사진=데일리메일 캡처 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

1927년 10월 24일 벨기에의 수도 브뤼셀에서 역사적인 물리학회가 열린다. ‘솔베이 회의’로 불린 모임에는 현대 물리학의 전설적인 두 거장이 모습을 드러낸다. 상대성 이론의 창시자인 아인슈타인과 양자역학의 대가인 보어다. 우주의 작동원리를 밝히려던 아인슈타인에게 보어의 양자역학은 불편함 자체였다. 양자역학이 ‘예측불가능성’을 통해 우주의 움직임을 설명하려 했기 때문이다. 두 거장은 회의에서 역사에 길이 남을 날 선 토론을 벌인다. 이들을 비롯해 이날 회의에 참석했던 29명의 물리학자 가운데 17명은 훗날 차례로 노벨상을 받는다. 딱딱하고 어렵게만 여겨지는 물리학. 미국의 저명한 물리학자인 리처드 파인만조차 “상대성 이론을 이해한 사람은 이 세상에 12명 정도 있지만 양자역학을 이해하는 사람은 단 한 명도 없다”고 말했을 만큼 물리학은 가까이하기 어려운 학문이다. EBS ‘다큐프라임’은 일반인들이 좀 더 쉽게 물리학에 다가갈 수 있는 방법을 제안한다. 지난 23일부터 6부작으로 시작된 과학탐사 다큐 ‘빛의 물리학’에서다. 이 프로그램은 이번 주 월~수요일 밤 9시 50분에 4~6부가 잇따라 방영된다. 갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인 등 위대한 과학자들이 연구한 ‘빛’을 키워드로 현대 물리학의 양대 중심 이론인 상대성 이론과 양자역학의 내용을 쉽게 풀어간다. 제작진은 130여일간 영국과 스위스, 독일, 벨기에 등 11개국의 물리학 본고장을 찾아다니며 촬영했다. 최근 ‘신의 입자’라 불리는 힉스의 발견으로 주목받은 유럽입자물리연구소(CERN)의 지원을 받아 최신 물리학의 경향도 자세하게 살펴봤다. 프로그램은 ‘왜 하필 물리학인가?’라는 화두를 던진다. 이에 세계적 과학 철학자인 장하석 케임브리지대 석좌교수는 “과학은 문화의 일부”라고 대답한다. 과학은 고대로부터 내려온 지혜의 축적물로, 수천년에 걸쳐 현자들이 이뤄내고 전승한 철학이요 고전이라는 설명이다. 오늘날 과학이 중요한 것도 ‘우리가 왜 지금 여기에 있는가’라는 다소 형이상학적인 문제에 답하기 위해서란 것이다. 4부는 원자와 전자(30일), 5부는 양자역학(10월 1일), 6부는 끈이론(10월 2일)을 다룬다. 오상도 기자 sdoh@seoul.co.kr

독일의 한 과학자가 지금까지 정설로 여겨왔던 ‘우주 팽창론’에 반기를 들어 전 세계적인 주목을 받고 있다. 세계적인 과학지 네이처가 운영하는 네이처뉴스(Nature News)는 16일(현지시간) 최근 온라인 논문 초고 사이트(arXiv.org)에 공개돼 화제와 논란을 낳고 있는 새로운 우주론을 소개했다. 네이처뉴스는 “우주는 빅뱅(태초의 대폭발)으로 시작됐으며 그 이후로 계속 팽창해 왔다. 거의 한 세기 동안 이는 보편적인 우주론이었다”면서 “지금 한 우주론자가 우주는 전혀 팽창하지 않았다는 근본적으로 다른 해석을 내놨다”고 전했다. 이런 주장을 펼친 이는 독일의 이론물리학자인 크리스토프 베테리히(Christof Wetterich) 하이델베르크대학 교수. 그는 우주는 팽창하지 않지만 모든 물질의 질량이 계속 증가해 왔다는 우주론을 내놨다. 베테리히 교수는 “내 해석이 학자들에게는 빅뱅의 ‘특이점’(singularity)으로 불리는 문제가 많은 이슈를 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 특이점은 빅뱅이 일어나기 직전 부피가 없고 온도와 밀도가 무한대인 상태를 의미하며 이는 아인슈타인의 일반 상대성이론으로도 해석할 수 없다. 이에 대해 이 매체는 “아직 과학자들이 검토(리뷰) 중이기는 하지만 누구도 이 논문이 전적으로 잘못된 것이라고 말하지 못하며 일부는 이 이론이 추구할 만한 가치가 있다고 말한다”고 설명했다. 천문학자들은 원자가 방출하거나 흡수하는 특유의 색과 주파수의 빛을 분석함으로써 천제가 지구로부터 멀어지거나 가까워지는지를 측정하는 것으로 알려졌다. 물질이 멀어지면 주파수는 낮은 대역으로 이동해 스펙트럼 상에서는 붉은색으로 변하는 ‘적색이동’(red shift)을 한다. 이는 구급차가 멀어질 때 사이렌 소리의 음높이가 낮아지는 것과 같은 방식이다. 1920년대 조르쥬 르메트르나 에드윈 허블과 같은 천문학자는 은하 대부분이 스펙트럼 상에서 적색이동하며 먼 은하일수록 더 심하다는 것을 발견했다. 이런 관측으로부터 우주론자들은 우주가 반드시 팽창하고 있다고 추론했다. 그러나 베테리히 교수의 지적처럼 원자가 방출하는 특유의 빛 또한 전자와 같은 원자를 구성하는 기본입자의 질량에 지배받는다. 만일 원자 질량이 증가하면 원자가 방출하는 광자 에너지는 증가할 것이다. 한때 모든 질량이 지금보다 적었고 그후 항상 증가해 왔다면 은하의 색상은 현재 주파수보다 적색이동한 것으로 보일 것이며 그 정도는 지구와의 거리에 비례할 것이다. 따라서 적색이동은 마치 은하가 우리에게서 멀어져가는 것처럼 여기게 하는 것이라는 게 이 매체의 설명이다. 이러한 식으로 적색이동을 수학적으로 보면 모든 우주론은 완전히 달라질 수 있다. 베테리히 교수에 따르면 초기 인플레이션(초팽창)에 앞서 빅뱅에는 우주의 밀도가 무한해지는 특이점이 없을 것이다. 대신 빅뱅은 본질적으로 무한의 과거에 발생한 사건이 돼 버리며, 현재의 우주는 정적이거나 수축이 시작된 것일 수도 있다. 그 이론은 그렇듯 하지만 여기에는 한 가지 큰 문제가 있다고 한다. 바로 실험으로 검증할 수 없다는 점이다. 질량은 차원을 갖는 양이라서 다른 것과 비교해야만 측정할 수 있다. 그 예로 지구 상의 모든 질량체는 프랑스 파리 외곽에 있는 국제도량형국(International Bureau of Weights and Measures)에서 정의한 질량표준 즉 1kg을 비교한 것에 정의해 비교해 상대적으로 결정된다. 따라서 만일 모든 물질의 질량이 함께 증가해 질량표준도 함께 증가한다면 질량이 증가했다는 사실은 알 수 없을 것이다. 이에 대해 베테리히 교수는 “실험적으로 내 이론을 검증할 방법이 없다는 주장은 주제를 벗어난다”면서 “내 해석법이 우주모델을 새로운 시각으로 생각하는데 유용할 수 있다”고 말했다. 즉 물리학자들이 양자역학을 수학적으로는 일치하지만 다양하게 해석하는 것과 같은 것이다. 또 베테리히 교수는 “내 이론에서 빅뱅의 특이점이 없다는 것은 큰 장점”이라고 강조했다. 캐나다 워털루 페리메터 연구소의 천체물리학자 니야예시 아프쇼르디 박사는 “그의 이론이 갖는 장점과 참신함을 확신한다”고 말했다. 아프쇼르디 박사에 따르면 우주론자들이 우주가 팽창한다고 말하는 것은 단지 은하의 적색이동을 해석하기에 가장 편하기 때문이다. 또 다른 학자들은 그의 해석이 한가지 생각에만 너무 사로잡혀 있는 우주론자들에게 도움이 될 수 있다고 말하고 있다. 영국 에든버러대학의 물리학자 아준 베레라 박사는 “오늘날 우주론 분야는 인플레이션과 빅뱅 이론에 중심을 둔 표준적인 모델에만 국한하고 있다”면서 “우리가 너무 편해지기 전에 알려진 모든 관측 결과와 일치하는 다른 설명들이 있는지 알아보는 것이 매우 중요하다”고 말했다. 사진=위키피디아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

화가 고갱은 1898년 2월 동료 몽프레 앞으로 보낸 편지에서 자살시도를 고백한다. 자살을 시도하기 전 그렸다는 그림에 대해서도 설명한다. “꼬박 한 달간 밤낮으로 지금까지 없었던 정열을 쏟았다. 복음서와 비교할 만한 주제를 그렸다”고 털어놨다. 작품의 이름은 ‘우리는 어디서 왔는가, 우리는 무엇인가, 우리는 어디로 가는가’ 그림은 종교적이며 철학적인 이 세 가지 물음을 쫓아간다. 고갱은 화단의 무관심과 아끼던 딸의 죽음, 질병과 심장발작에 시달리던 극심한 고통 속에서 궁극의 수수께끼에 천착했던 것이다. 110여년 뒤 미국의 프리랜서 작가인 짐 홀트는 단순히 호기심 때문에 같은 질문을 반복한다. 철학의 역사에서 가장 심오하고 오래된 문제다. “세상은, 그리고 나는 왜 존재하는가?” 하이데거의 “왜 세상은 무가 아니라 유인가?”와 같은 말이다. 홀트의 궁금증은 세 갈래로 이뤄진다. 세상을 신과 같은 초월적 존재의 결과물로 볼 것이냐, 그냥 주어진 사실로만 인정할 것이냐의 ‘신’과 ‘비이성’이 양갈래를 이룬다. 그 사이에는 우주 전체의 질서를 아직 수학적으로 풀어내지 못했을 뿐이라는 담론이 놓인다. 형이상학적 수수께끼를 찾아 떠나는 여정은 사파리 여행처럼 유쾌하다. 우리 시대 최고의 철학자, 신학자, 분자물리학자, 우주철학자, 신화학자, 소설가 등이 동참한다. 저자는 파리, 런던, 옥스퍼드, 피츠버그, 텍사스 오스틴 등을 돌며 진지하고 열정적으로, 때론 유쾌하면서도 논리적으로 토론을 이어간다. 첫 대화 상대는 현존 최고의 과학 철학자인 아돌프 그륀바움 교수. 그는 의식의 다양성과 인간정신이 일으키는 문제들에는 매력을 느끼지만 존재의 이유에 대해선 철저히 무시한다. 우주의 탄생을 알리는 ‘빅뱅’ 역시 존재의 수수께끼를 풀어주지 못하는 또 하나의 수수께끼일 뿐이다. ‘자연 신학’의 창시자인 종교철학자 리처드 스윈번은 유신론적 방식을 취한다. 세상의 존재를 설명해줄 수 있는 가장 단순한 가설은 바로 모든 것의 뒤에 신이 존재한다는 이야기다. 양자역학의 작동 원리를 고안한 과학사상가 데이비드 도이치는 빅뱅이 왜 일어났는지 양자이론이 설명해줄 수 있을지는 몰라도, 존재 문제에 대해선 답해줄 수 없다고 단언한다. 소립자물리학 ‘기본 모형’의 아버지로 불리는 스티븐 와인버그는 어떤 설명도 존재의 수수께끼를 풀 수 없다고 주장한다. 현존 최고의 수리물리학자인 로저 펜로즈 교수가 보여주는 존재의 실체는 기적처럼 스스로를 창조하고 유지하는 모습이다. 저자는 10대 소년시절, 동네 도서관에서 사르트르와 하이데거의 책을 만난 뒤 무신론의 길에 들어섰다고 고백한다. 하지만 신의 존재를 인정한 철학자 스윈번과의 만남 이후 기쁨에 들떠 거리를 정처 없이 배회하기도 한다. 또 죽음을 앞둔 노모 앞에선 평소 그의 어머니가 즐겨부르던 노래를 읊조린다. 창밖의 아름다운 세상을 찬미하면서…. 독자들은 세상의 기원을 밝히려는 홀트의 행복한 통찰 속에서 사고의 폭을 넓힐 수 있다. 오상도 기자 sdoh@seoul.co.kr

종이처럼 휘어지는 스크린과 초고속 양자 컴퓨터 등이 미래에 새로운 혁신을 몰고 올 차세대 창조 기술로 선정됐다. 지난 1일(현지시간) CNN머니는 최근 컴퓨터와 스마트폰이 더 이상 별다른 진보를 보이지 않고 있는 가운데 기술 혁명의 황금기를 장식할 기술로 다음 5가지를 소개했다. 차세대 창조 기술 가운데 대표적인 것은 ‘휘는 스크린’(위)이다. 종이처럼 접거나 말아도 손상이 없는 휘는 스크린은 ‘입는 컴퓨터’라 불리는 스마트워치 등의 스마트 기기에 적용할 수 있다. 휘는 스크린의 시제품은 몇 년 전부터 공개됐지만 아직 상용화하기에 비싸고 실용적이지 않다는 문제가 남아 있다. 둘째는 ‘스마트 클라우드’다. 클라우드 서비스는 사진, 음악, 문서 등의 자료를 온라인 서버에 저장해 두고 스마트폰, 스마트TV 등의 기기에서 내려받은 뒤 사용할 수 있는 기술이다. 스마트 클라우드 기술은 클라우드 자체가 정보 인지 능력을 갖출 것으로 전망된다. 이 경우 예매한 항공편이 취소되면 그 정보를 인지해 자동으로 다음 항공편을 예매하고, 회의 시간에 늦으면 참석자들에게 자동으로 이메일을 보내는 등의 시나리오가 가능하다. 셋째는 ‘획기적으로 향상된 배터리 성능’이다. 현재 전체 스마트폰의 3분의2 정도는 리튬 이온 배터리를 사용하고 있다. 그러나 배터리의 크기 때문에 카메라, 스크린 등 다른 부품의 크기를 줄여야 하는 한계가 있었다. 이에 대한 해결책으로 실리콘이나 리튬 이미드 배터리(아래) 등 다른 재질의 배터리 개발이 진행되고 있다. 리튬 이미드 배터리는 한 번 충전으로 장시간 이용할 수 있어 스마트폰에 걸맞은 배터리로 각광받을 전망이다. 넷째는 ‘초고속 네트워크’다. 최근 구글이 미국 캔자스시티에 기존 인터넷 속도보다 200배 빠른 초고속 기가바이트(GB)의 네트워크를 설치하는 등 각 기업이 초고속 네트워크 개발을 위한 경쟁에 뛰어들고 있다. 보다 빠른 인터넷망은 인간의 상상을 뛰어넘는 컴퓨터 시대를 열 것으로 전망된다. 마지막은 ‘슈퍼 초고속 양자 컴퓨터’다. 현재 컴퓨터는 0과 1의 조합으로 정보를 저장하지만 차세대 컴퓨터는 양자역학을 이용한 양자비트로 정보를 저장해 연산 능력이 눈에 띄게 빨라질 수 있다. 조희선 기자 hsncho@seoul.co.kr

미국의 한 명문대 교수가 강의 중 학생들 앞에서 바지와 티셔츠를 벗는 퍼포먼스를 선보여 화제가 되고 있다. 예술 전공도 아닌 물리학 교수가 학생들도 이해 못하는 기괴한 행동을 한 이유는 무엇일까? 최근 미국 아이비리그 명문 컬럼비아 대학의 한 대형 강의실에서 학생들의 탄성이 울려 퍼졌다. 강의 주제는 이 대학 물리학과 교수인 에믈린 휴즈의 ‘양자역학’. 골치아픈 물리학 강의를 생각한 학생들의 기대와 달리 강의실에는 커다란 스크린이 설치돼 있었으며 신나는 랩 음악과 함께 바나나를 우적우적 씹어 먹으며 휴즈 교수가 등장했다. 휴즈 교수의 퍼포먼스는 이때부터 시작됐다. 스크린에는 9.11테러와 히틀러의 화면이 흘러나오기 시작했고 학생들을 등진 교수는 갑자기 입고있던 티셔츠를 벗어버렸다. 순간 학생들은 영문을 모른 채 웅성거리기 시작했고 급기야 바지까지 벗어버리자 강의실은 고함과 비명이 넘쳐 흘렀다. 학생들은 “도대체 무슨 일이냐?”며 어리둥절 했지만 교수의 퍼포먼스는 계속됐다. 이번에는 제자로 보이는 2명이 긴 검으로 동물 인형을 찌르기 시작했으며 이 장면은 한 학생이 동영상으로 촬영해 세상에 알려졌다. 휴즈 교수는 퍼포먼스 후 마이크를 잡고 “학생들이 양자역학을 배우기 위해서는 모든 것들을 벗어버려야 한다.” 면서 “머릿속에 있는 모든 쓰레기 들을 지워버리고 다시 시작해야 한다.”고 밝혔다. 이어 “학생들이 지금까지 배운 것들은 양자역학을 배우는데 도움이 되지 않는다.” 면서 “난 1시간 동안 영자역학을 가르치라는 불가능한 도전을 부여받았다.” 고 덧붙였다. 한편 휴즈 교수는 ‘알쏭달쏭’한 강의에 대한 현지언론의 코멘트 요청을 모두 거절했다. 　 인터넷뉴스팀　　

‘내 안에 내가 갇히는 천형(天刑)’… 루게릭병이다. 의식과 감각, 지능은 말짱하지만 뇌와 척수의 운동신경세포 손상으로 인해 점점 온몸의 근육을 움직일 수 없게 되고 결국 폐 기능 손상으로 숨조차 쉬지 못하면서 3~5년, 길어야 10년 안에 대부분 죽음을 맞게 되는 끔찍한 병이다. 우리나라에도 1500여명이 앓고 있지만, 원인도 모르고 치료법도 없다. 현존 최고의 이론물리학자 영국의 스티븐 호킹(1942~)이 루게릭병과 투병한 지 50년을 앞두고 있다. 1963년, 21세 때 루게릭병 진단을 받은 호킹은 이후 살아가는 것, 살아 있는 것조차 기적일 세월 동안 블랙홀의 성질과 양자역학, 막(brane) 이론 등의 기초를 제공하며 우주의 기원을 파헤치고 그 구조를 이해하는 데 지대한 업적을 이뤘다. 135억년 전 빅뱅과 함께 탄생한 이 우주가 전부가 아니며, 또 다른 우주가 무수히 많을 수 있다는 다중우주론과 우리를 비롯해 모든 물질이 입자이자 파장이라는 가설에 바탕을 둔 평행이론 등 최신 물리학의 토대를 제공하기도 했다. 호킹은 이런 과학적 업적을 컴퓨터 기술과 인지공학을 활용해 현실화했다. 1985년 기관지 제거로 목소리를 잃게 되자 컴퓨터 모니터에 떠다니는 낱말을 눈깜빡임으로 조합해 문장을 만들고 음성으로 전환하는 방식으로 의사소통을 하고 연구활동을 기록해 나갔던 것이다. 최근 호킹의 병세가 악화돼 눈꺼풀조차 움직이기 어렵게 되자 뇌신경과학까지 동원되고 있다. 미국 스탠퍼드대 필립 로 교수 연구팀이 호킹의 뇌파를 영상과 문장으로 변환하는 작업에 나선 것이다. 호킹이 장미를 생각하면 모니터에 장미가 나타나도록 한다는 것이다. 30일 런던 올림픽스타디움에서 열린 장애인올림픽, 즉 패럴림픽 개막식에 호킹이 섰다. 8만여 관중 앞에서 호킹은 컴퓨터가 합성한 금속성 음성으로 세기의 연설을 했다. “발 밑을 내려다보지 말고, 하늘의 별들을 올려 보라.”고 했다. “한계가 없다는 것보다 세상에 더 특별한 일은 없다. 인간의 노력엔 한계가 없다.”고도 했다. 우주의 나이를 1년으로 환산한 미국의 물리학자 칼 세이건(1934~1996)의 우주달력에서 인류의 등장은 12월 31일 밤 10시 30분에 이루어졌다. 인류 문명의 토대가 된 문자는 이보다 한참 뒤인 11시 59분 45초에 나왔다. 이 찰나의 인류 가운데 가장 먼 우주를 보고, 가장 먼 과거를 깨달은 인류가, 제 안에 갇혀 50년을 살아온 스티븐 호킹이다. 진경호 논설위원 jade@seoul.co.kr

●세이빙 애덤(조나단 와이트 지음, 안진환 옮김, 더스타일 펴냄) 인간의 이기심에 기초한 자유시장을 찬양한 것으로 알려진 애덤 스미스에 대한 오해를 바로잡자는 의미에서 애덤 스미스를 구하겠다고 나선 책. 고전 경제학의 대가들을 눈앞에 두고 대화를 나눈다는 SF소설 같은 이색적인 설정에다 전문 경제학자답게 그 대화들을 모두 원전에서 따오는 방식으로 치밀하게 구성해 높았다는 평가를 받은 책이다. 우수한 책을 5900원이라는 싼 가격에 공급하겠다는 출판사의 ‘59클래식북’ 시리즈 가운데 하나다. 자기 계발서의 선구자로 불리는 월러스 워틀스의 ‘끌어당김의 지혜’, 소아마비를 뛰어넘어 노벨물리학상을 받아 화제를 모았던 고시바 마사토시의 ‘도쿄대 꼴찌의 청춘특강’, ‘국화꽃 향기’로 유명한 김하인 소설가의 ‘내 아버지, 그 남자’도 함께 나왔다. 아널드 토인비의 ‘역사의 연구’ 등 경제경영·문학·인문·실용 4개 장르로 계속 출간될 예정이다. ●이런 나라 물려줘서 정말 미안해 (함영훈 등 지음, 미래의 창 펴냄) 1차 베이비붐 세대(1955∼1963년생)에 이은 2차 베이비붐 세대(1966∼1974년생). ‘잊혀진 세대’라 불리는 이 F세대에 주목했다. 위 세대가 만들어놓은 경제 양극화에 대한 분노와 에너지가 주된 분석 대상이다. 헤럴드경제의 기자 6명이 참여한 탐사기획보도의 결과물이다. 1만 2000원. ●부두에서 일하며 사색하며(에릭 호퍼 지음, 정지호 옮김, 동녘 펴냄) 평생을 떠돌이 막노동꾼으로 살았던, 그래서 정규 교과 과정을 밟지도 못했음에도 철학적 이슈들에 대해 홀로 도전해 많은 저작을 남긴 ‘거리의 철학자’ 에릭 호퍼가 남긴 일기다. 출간을 의도한 기록이 아니었기에 그의 독서 편력, 사색 과정, 집필 동기 등을 상세히 들여다볼 수 있다. 1만 2000원. 저자가 사회 변화에 단상을 담아낸 ‘우리 시대를 살아가며’와 ‘시작과 변화를 바라보며’도 함께 출간됐다. 1951년 ‘맹신자들’로 미국 사회에서 크게 인정받은 이후 1960년대 들어 각종 잡지 등에 기고했던 글들을 묶어 내놓은 책이다. 각권 1만원. ●상대의 심장에 말을 걸어라(정명진 지음, 토네이도 펴냄) 한국을 방문하는 해외 저명 인사들만 상대하는 VIP 의전 전문 여행사 코스모진을 이끌고 있는 저자가 그간의 경험을 녹여냈다. 모델 신디 크로퍼드, 영화 감독 우디 앨런, 예술가 바네사 미크로포트, 노벨평화상 수상자 로버트 굴드 등 세계적 명사들에 대한 얘기들이 담겼다. 1만 4000원. ●시크릿 오브 코리아 (안치용 지음, 타커스 펴냄) 재미 언론인으로 동명의 인터넷 사이트를 운영하고 있는 저자는 아직까지 실소유주 논란이 끊이지 않는 BBK 문제, 노무현 전 대통령 딸 노정연씨의 아파트 문제 등을 깊이 있게 추적해 들어갔다. 1만 8000원. ●현대물리학, 시간과 우주의 비밀에 답하다(숀 캐럴 지음, 김영태 옮김, 다른세상 펴냄) 노벨물리학상 후보에 거론될 정도로 뛰어난 이론물리학자인 데다 ‘네이처’지가 선정한 5대 과학블로그를 만들 정도로 대중적인 저자가 양자역학, 빅뱅 등 각종 물리학 이론을 동원해 ‘시간의 화살’이란 비밀에 도전한다. 2만 9000원.

기초적인 원리는 더 이상 연구할 것이 없다며 ‘죽은 학문’으로 취급받던 물리학이 새로운 혁명기에 접어들고 있다. 현대물리학의 절대 진리인 알베르트 아인슈타인(1879~1955)의 ‘특수상대성이론’과 베르너 하이젠베르크(1901~1976)의 ‘불확정성 원리’가 동시에 의심받고 있다. 천재들의 머릿속에서 만들어진 이론이 ‘실험실의 기계’를 앞세운 학자들에게 도전받는 형국이다. 두 이론의 오류가 사실이라면 20세기 이후 생성된 대부분의 물리학 이론과 가설은 정도에 상관없이 원초적으로 오류를 가질 수밖에 없다. ●獨·日 연구진 “양자역학의 뿌리 결함 발견” 과학저널 ‘네이처 피직스’ 최신호는 오스트리아 빈 공업대와 일본 나고야대 공동연구진의 연구결과를 실었다. 특정 조건에서 입자들의 위치와 속도를 불확정성 원리의 오차범위 이내로 측정해냈다는 연구 내용은 물리학계에 엄청난 파장을 일으켰다. 1927년 하이젠베르크가 발표한 불확정성 원리는 아이작 뉴턴으로 대표되는 고전물리학이 미시적인 세계에서는 맞지 않는다는 점을 담고 있다. 언제 어느 상황에나 동일한 ‘계산과 결과’가 가능하다고 여겼던 과학계의 고정관념이 눈에 보이지 않는 세계에서는 적용되지 않는다는 논리다. 이 이론은 물질이 한 상태가 아니라 여러 상태로 동시에 존재할 수 있다는 ‘양자역학’의 핵심 원리가 됐다. 김재완 고등과학원 교수는 “이전에는 항상 결론이 하나였다면 조건에 따라 결과를 다르게 해석할 수 있다는 것”이라며 “개념의 확장이자 기존 한계를 뛰어넘었다는 의미”라고 설명했다. 불확정성 원리는 화학·화학공학·재료공학·나노과학 등에서도 핵심 이론이다. ●CERN “빛보다 빠른 물질 존재… 바로 중성미자” 지구나 우주와 같은 거시세계를 지배해온 아인슈타인의 특수상대성이론 역시 불확정성 원리와 같은 처지다. 유럽입자물리연구소(CERN) 과학자들은 지난해 9월 “소립자인 중성미자의 속도가 빛보다 빠르다는 측정결과를 얻었다.”고 발표했다. “빛보다 빠른 물질이 없다.”는 특수상대성이론이 틀렸다는 것이다. 현대물리학은 아인슈타인의 주장이 옳다고 전제한 뒤 쓰여졌다. 이 때문에 세계 각국에서는 CERN의 실험에 대한 검증이 한창이다. 물리학자들은 아직까지 두 이론의 오류를 인정하지 않는 분위기다. 양쪽 연구팀 모두 실험을 통해 결과를 내놓은 만큼 실험오류 가능성이 높다는 주장이다. 김정욱 고등과학원 초대 원장은 “CERN의 연구결과는 이전에 비슷한 종류의 실험과 결과가 다른 것”이라며 “대부분의 물리학자들이 100% 신뢰할 수 없다고 보고 있다.”고 밝혔다. ●“사실이라면 지동설에 비견될 만한 혁명” 그러나 두 이론의 오류가 사실로 드러날 경우 물리학의 지각변동은 불가피하다. 김수봉 서울대 물리천문학부 교수는 “사실이라면 천동설에서 지동설로 패러다임이 전환되는 것과 비견될 만한 사건”이라며 “교과서의 일부분을 고치고 추가하는 문제가 아니라 아예 처음부터 새로 써야 하는 상황이 될 것”이라고 밝혔다. 이어 “사안 자체가 워낙 중요한 문제라 섣불리 나서는 학자는 없지만, 과학은 하나라도 틀리면 틀린 것이라는 점이 중요하다.”고 강조했다. 박건형·윤샘이나기자 kitsch@seoul.co.kr

양자역학의 기본 이론인 ‘불확정성 원리’가 항상 성립하는 건 아니라는 연구 결과가 일본 학자들에 의해 제기됐다. 16일 일본 언론에 따르면 나고야대 오자와 마사나오 교수와 오스트리아 빈 공대 하세가와 유지 교수 등은 중성자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정할 수 있다는 내용의 수식과 이를 입증하는 실험 결과를 영국 과학 전문지 네이처 피직스 인터넷판에 발표했다. 이는 독일 물리학자 베르너 하이젠베르크(1901∼1976)가 1927년에 제창한 뒤 1932년 노벨 물리학상을 수상한 불확정성 원리에 기본적인 결함이 있다는 사실을 입증한 셈이다. 불확정성 원리는 전자와 중성자 등 미세한 입자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 내용이다. 사람의 눈에 어떤 물질이 보이는 것은 물질에 닿은 빛이 반사해 눈에 도달하기 때문이다. 위치를 정확하게 측정하려고 하면 운동량이 확정되지 않고 반대로 운동량을 측정하려 하면 위치가 불확정해지기 때문에 위치와 운동량을 동시에 오차 없이 측정하는 것은 불가능하다는 것이다. 오자와 교수 연구팀은 해외 연구용 원자로에서 발생시킨 중성자를 이용해 자전에 해당하는 스핀 값을 측정했다. 스핀의 세로와 가로 두 방향의 성분은 동시에 측정하면 오차가 발생해야 하는데 오자와 교수 연구팀은 중성자가 특정 상태에 있는 경우 원리가 규정하는 물리적 성질을 뛰어넘는 높은 정밀도로 두 방향을 측정하는 데 성공했다. 위치와 속도에 해당하는 두 종류의 스핀을 매우 정확하게 측정했고, 오차는 불확정성 원리를 나타내는 수식의 허용 범위보다 작았다. 이번 결점의 발견으로 새로운 측정 기술이나 미래 기술로 기대되는 양자암호 통신의 정밀도를 높이는 성과 등이 기대된다. 이에 대해 이긍원(고려대 교수) 한국물리학회 총무이사는 “하이젠베르크의 불확정성 원리는 물리학계에서 매우 중요한 이론이어서 이번 연구 결과가 사실이라면 매우 충격적인 일”이라고 말했다. 도쿄 이종락특파원 jrlee@seoul.co.kr