안녕하세요, 좋은 소개 감사합니다.
보통 물리학자라고 하면 남자,
혹은 여자 이죠. 뭐 여자인 경우엔
'물리학자'라고 하겠고요. [프랑스어는 성별에 따라 단어가 달라집니다.]
중요한건, 물리학자는
풀어야 하는 두 개의 문제를 가지고 있습니다:
첫번째는
자신이 주장하는 물리 이론들과
현실과 자연세계의
관계는 무엇인지
알아내야 하는 것 입니다.
그리고 이런 이론들이
자연에 대해 무언가 말을 하는 것일까요?
또 이런 이론들이 자연과 어떤식으로 엮어져 있을까요?
작은 지역 단위로도 관계가 있을까요?
아니면 그냥 모든게 다 말도 안되는 헛소리 일까요?
결국 이 이론들이 불확실한 것 일까요?
이 질문들의 답을 찾기 위해
물리학자들은 여러가지 큰 스케일의
실험을 실시하면서
자신들의 추측이
일부분이든지, 통째로든지
현실세계와
맞는지 확인하려 노력합니다.
또 첫번째 문제보다는 덜 알려진 두번째 문제는
우리의 일상적인 언어와
물리를 이어 줄
연결고리를 찾는 것 입니다.
우리가 알고 있는 것을 어떤식으로 표현해야 할까요?
갈렐리오 시대부터 물리의 언어는
수학이었습니다.
그래서 물리학자들은 수식을 쓰는 것이죠.
수학은 우리를 포함한 많은 사람들에게는
일종의 중국어 입니다.
정신분석학자 랑캉은 이 요점을 아주 잘 설명했습니다:
"모든 사람이 그들만의 언어로 중국어를 이해할 수 있는 행복을 누리지 못한다."
무슨 말이냐하면, 학자들이 물리에 대해
발견한 정보를 대중들에게 전달하려면,
그 정보의 근원(언어)을 더 깊이 알아서
그 정보를 전달 할 수 있는
여러가지 방법을 찾아내야 합니다.
그런 다음에 대중들이 이해 할 수 있는
방식으로 물리학자들의 발견을 전달해야 하죠.
바로 이 문제에대해 저는 큰 관심을 가지고 있습니다.
그리고 이 주제를 우주의 근원과 관련해 오늘 이야기 해보도록 하겠습니다.
우리는 우주의 기원을 알고 있을까요?
우주에 대해 이야기를 나눌 때,
여러분들은 우주의 근원에 대해서 잘 아시나요?
이 질문은 사실상 거의 정치적인 질문이죠.
왜냐하면 아시듯이,
우주가 무엇에 의해 만들어졌나에 대해서 말하면
사람들의 생각, 믿음에 영향력을 끼치기 때문이죠.
어떤 사람들은 우주의 시초를
마치 우주선을 타고 다녀왔었던 것처럼 쉽게 말을 하기도 합니다.
그렇다면 우리는 도대체 우주의 근원에 대해 어떻게 논의해야 할까요?
음, 아시다시피 20세기에는
우리 우주가 나름 역사를 가지고 있다는 것을 알아냈습니다.
물론 지금도 그 역사는 계속되고 있고요.
그리고 제가 "우주"라고 말을 할때는, "우주" 그 자체를 말하는 겁니다.
저는 우주의 한 부분을 말하고 싶은것이 아닙니다.
이를테면, 우주를
한 물리적인 물체로 보는 것이죠.
오랫동안 우리는 우주가 여러가지 물체를 포함하는 껍데기라고 생각해왔습니다.
하지만 사실 우주, 그 자체는 는 하나의 물체입니다.
단지 우주는 더 단순화 시킬 수 없는
특징들을 가진 물체이죠.
우리는 어떻게 그걸 알아냈을까요?
바로 두 중요한 사건들 덕분입니다.
첫 번째 사건은 1915년, 아인슈타인에 의한 발견이었습니다.
뭐, 사실상 아인슈타인의 연구는 1907년부터 1915사이동안 진행되었었지만요..
그는 일반 상대성 원리라는
새로운 만유 인력의 법칙을 발견했습니다.
중력이 가장 크게 작용하는 힘이기 때문에
이 이론이 바로 우주에
여러가지 물리
개념을 적용하며
설명하는데에 쓰입니다.
예를 들면 Global Curvature (Knot-Theory와 관련) 는
그 속에 들어있는 물질과 에너지에 의해 결정되죠.
또한 두번째 사건은
은하계의 움직임을 포착했었던
천문학자 허블이
1920년에 은하수들이
점점 더 멀리
서로에게서 멀어진다는 것을 깨달은 것입니다.
이러한 현상을 염두에 두고
잠시 과거로 돌아간다고 상상하면,
더 깊이
과거로 돌아갈수록
우주는
더 작으며,
압축되었고, 아주 뜨겁다는 것을 깨달으실 겁니다.
그리고 마침내 과거의 맨 첫순간으로 가본다면,
여러분은 최초의 단일체라는 것을 만나게 됩니다.
최초의 단일체란, "Punctual Universe"라고도 일컫는데,
여기서의 "punctual"이란 시간을 잘 지킨다는 의미가 아닙니다.
여기서는 점의 크기라는 의미를 가지고 있는데,
크기는 점과 같으며, 밀도와
온도는 한계가 없습니다.
이러한 최초의 단일체가 자주 제로타임으로 알려진
빅뱅과 연관되어 있습니다.
물론 모두들 아실 빅뱅이라는 단어는
1950년대에 지어졌습니다.
자, 이 다음으로 펼쳐지는 역사가 아주 흥미로운데요,
왜냐하면 그 과학적인 발견이
바로 우리들의 문화에서
우주의 탄생을 주장하는 아이디어를 촉진 시켰기 때문이죠.
또한 우주의 탄생에 대한 우리의 문화와
우주가 공간, 시간, 물질, 방사능, 에너지 등등
존재하는 여러가지 요소들을
나타나게 했다는 과학적인 발견은
서로 어떤 연관성이
있다는 것을 깨달았습니다.
물론, 이러한 주장이 제기 되었을 때,
난해한 질문들이 따라왔죠:
제로타임 이전엔 무엇이 있었을까?
어떻게 우주가 무(無)에서 갑자기 탄생했을까?
신같은 어떤 초월적인 존재가 관여한걸까?
무엇이 과연 우주가 시작되도록 도왔을까? 이런 질문들 말이죠.
이러한 열정적인 궁금증들은 족쇄에 채워지지 말아야 합니다.
왜냐하면 이 질문들은 우리의 생각을 더 발전시키기 때문이죠.
하지만 이 질문들은 아직 발전단계에 있습니다.
발전단계에 있다함은 아직까지는
현대 우주론으로 증명이 될 수 없기 때문입니다.
저는 생각을 과거로 되돌렸을때
한 최초의 단일체를 발견했는데요,
아, 그걸 이야기하기 전에,
저는 다양한 상태들을 찾아냈습니다.
아주 높은 에너지량...떼제베(TGV 고속열차)의 에너지보다 더 많은 양과
아주 높은 온도가 존재 했습니다.
눈치 채셨겠지만, 초기 우주의 성분들은
중력외의 많은 힘들에게 영향을 받았습니다.
전자기력과 핵력같은
힘들 말이죠.
하지만 제가 과거를 연구하기위해
사용한 일반 상대성 이론은
오직 중력만 설명하기 때문에
앞서 말한 중력 외의 힘에 대해서는 설명하지 않습니다.
그러니까 이름은 일반 상대성 이론이지만
사실 중력의 법칙인 것이죠.
그리고 연구를 하다보면
일반 상대성 이론의 공식들이 사실이 아닌 경우가 생깁니다.
딱히 수학적으로 틀렸다기 보다는
더이상 제가 앞서 말한 세상의 물리적 특징을
설명하지 않기 때문이죠.
그리고 제가 더 이상 과거를 추측하다가
막히는 상황을 플랑크의 벽이라고 합니다.
바로 이 벽이 모든 것이 시작한 첫 순간에 위치 합니다.
그래서 솔직히 말하면
플랑크의 벽 이전에 무슨 일이 있었는지는 잘 모릅니다.
그래서 공간-시간의 개념에 문제가 생기며
제 자신도 더이상 제로타임에 대해서 말을 할 수 없어집니다.
하지만 그렇다고해서 연구는 끝나지 않는데요,
왜냐하면 이십몇년동안의 오랜 세월에 걸쳐
많은 이론 물리학자들이
플랭크의 벽을 넘기 위해
새로운 물리 개념을 적용한
이론적인 틀을 개발하려 노력해왔기 때문이죠.
이러한 틀은 우리들이
중력, 전자기력, 그리고 핵력을 다 합쳐 설명하는 것을 가능하게 할겁니다.
만약 이처럼 새로운 이론이 만들어지는 순간,
우리는 플랭크의 벽을 넘어서
그 전에 무슨 일이 있었는지
알 수 있는 능력을 가지게 되는 겁니다.
여기 계신 몇몇분들은 초끈이론이라고 들어보셨을 겁니다.
바로 그 이론이 현재
플랭크의 벽을 넘고자하는 연구에 이용된답니다.
초끈이론은 시공간을 4차원을 넘어
10차원으로 봅니다.
또 다른 이론들은 작은 규모의 시공간은
우리가 생각하는 것 처럼 매끄럽고 계속되는 것이 아닌,
아주 거대한 곳이라고 보죠.
보통 알려진 것과는 완전히 다른 주장을 하죠.
여러가지 아이디어들이 실험되고는 있지만,
초기의 우주를 정확하게 설명할 수 있는 것은 없습니다.
왜냐하면 예를 들어 모든 입자들이 실로 구성 되어졌다는
초끈이론같은 경우, 그 끈들은 너무나
많이 꼬여 있어 계산은 아예 불가능합니다.
학자들은 단지 최대한 자세하게 추측을 할 뿐이며,
복잡한 공식을 간단히 풀으려고 노력을 하죠.
단지 이런 이론들은 우리들이 여러가지 상황들을 고려해보도록 돕습니다.
제가 앞서 말씀드린 초끈이론의 경우,
우주는 절대로
과거 어느 시점,
공간에서든
아주 높지만 무한적이지는 않은
우주만의 최대 온도를 넘을수는 없습니다.
이것을 염두에 두고 생각해본다면, 최초의 단일체가
빅뱅모델과 관련이 있다는 것을 알 수 있습니다.
그리고 아인슈타인의 중력이론을 적용하면
초끈이론에서는 앞서 말한 단일적인 특징이 없음을 볼 수 있지요.
단일성은 초끈이론에서 존재하지 않습니다. 순식간에 사라지죠.
그러니 빅뱅과 관련된 타임제로는
그렇게...좋은 "타임"을 겪고 있지는 않는것 같죠?
여기서 흥미로운 것은
우주의 시초를 찾기 위해 주장된
여러가지 이론들도,
결국엔 같은 결론에 이른다는 것입니다.
단일성은 더이상 존재하지 않는다고 봅니다. 그리고 우리가 생각하는 빅뱅이론은
학자들이 소위 말하는 위상전이라고 보여집니다.
쉽게 말하자면, 계속 밀도가 높아지는
수축하는 우주가 존재한다는 것인데요,
계속적인 수축으로 초끈이론이 허용하는 "최대온도"까지 도달하면
더 이상 줄어들지 못합니다.
그렇게 되는 순간 그 우주의 구성분들이 서로 튕기며
단일성은 사라지고 타임제로며 흔히 생각하는 빅뱅의 개념도 사라집니다.
결국 우리는
무에서 유가 생겨날 수 있다는
추상적인 개념과
우주가 어떤 근원을 가지고 있다는
추측을 뒷받침할 과학적인 근거가 없다고 결론 내릴 수 있습니다.
그러나 어느 한 순간 아무것도 없었다는 근거도 없지요.
두번째 결론은 아무것도 없었다는 것을
증명할 수 없다고해서 우주의 시초가 없었다고도 말 할 수는 없죠.
단지 과학이 아직 제대로 파악을 못했기 때문입니다.
또 우리자신에게 이런 질문을 던져봅시다:
만약 우주가 정말 근원이 있었다면, 우리는 그걸 알아차릴 수 있을까요?
딱 파악할 수 있을까요?
또 설명을 할 수 있을까요?
제 답은, "못한다" 입니다.
왜냐하면 기원을 설명하기 위해서는
도대체 어떻게 무(無)인 상태가
새로운 무언가가 될 수 있는지 설명을 해야하고,
그것을 뒷받침하게 위해서
무(無)의 상태에
새로운 성질을 부여함으로써 무(無)의 상태에서 벗어나게 해야합니다.
이 상황을 또 다른 새로운것을 탄생시키는
달걀안에 넣는 방법처럼 말이죠.
하지만 무(無)의 상태에 놓여진 달걀은
그저 달걀일 뿐입니다.
우리는 여기서 그리스 철학자들이 암시했던,
그리고 현대 우주론 때문에
오늘날 2011년에
장벽을 맞닥뜨리게 됩니다.
그래서 제 결론은 이겁니다.
제 경험담 하나를 들려드리죠.
아시다시피 몇 년전에 교황 존 폴 2세가
천체 물리학자 스티븐 호킹을 바티칸에서 만났습니다.
그리고 그들이 헤어지기 전에
존 폴 2세는 스티븐 호킹에게 이렇게 말했다고 합니다:
"호킹 씨,
빅뱅 다음으로 일어났던 일들은
당신 것이라고 할게요.
하지만 그 전에 일어났었던 일들은 우리의 것입니다." (웃음)
제가 생각하기에는, 금방 여러분들이 웃으신
이 에피소드가 단지 한 이야기가 아닌,
더 깊게 생각하게 하는
계기가 되었으면 합니다.
들어주셔서 감사합니다.
(박수)