지난 주말에는 스티븐 호킹의 사랑의 역사를 다룬 영화 [사랑에 대한 모든 것]을 봤다. 영화 사이트를 뒤지다가 독자가 추천하는 영화가 있어서 챙겨 봤는데 「시간의 역사」의 저자 스티븐 호킹의 생애를 다룬 영화여서 아주 감명 깊게 봤다.
내친김에 도서관에 들러 그의 대표작 「시간의 역사」를 챙겨 읽게 되었다. 스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 영국의 천문학자이며 물리학자로 잘 알려진 인물이다. 1942년에 태어나 2018년에 세상을 떠났으며, 그의 생애는 과학과 우주에 대한 지식을 널리 알리고 대중들에게 과학적인 이해를 확대하는데 큰 기여를 했다.
저자는 천문학, 우주 물리학, 블랙홀, 시간의 개념, 양자중력이론 등의 주제를 연구하고 깊이 있게 탐구했다. 특히 블랙홀의 성질과 시간에 대한 연구로 유명하다. 그의 논문과 책은 과학계뿐만 아니라 일반 대중에게도 큰 관심을 얻었고, 그의 업적은 현대 과학과 우주학의 발전에 큰 영향을 끼쳤다.
「시간의 역사」는 과학과 철학의 교차로에서 현대 천문학과 물리학을 탐구하는 책이다. 우주의 기원과 끝에 대한 질문에 대해 다루며, 우주의 진화와 시간의 흐름을 이해하는데 필수적인 주제를 다룬다. 우리가 살고 있는 우주와 시간에 대한 깊은 통찰력을 주는 과학분야 교양서로 독자들이 이해하기 쉽게 설명되고 번역되어 있다.
팽창하는 우주
스티븐 호킹은 「시간의 역사」에서 우주의 팽창을 설명할 때 빅뱅 이론을 중심으로 다룬다. 빅뱅 이론은 현재 우주가 초기에 매우 작았던 하나의 점에서부터 팽창을 거쳐 현재의 크기로 발전했다는 학설이다. 작가는 이 팽창이 어떻게 이루어졌는지를 설명하고, 초기 우주의 조건과 빅뱅 후의 우주의 진화에 대해 논리를 전개한다.
또한 인플레이션 이론을 소개하여 초기 우주의 빠른 팽창을 설명하기도 한다. 이 이론은 초기 우주는 매우 짧은 시간 동안에 엄청난 속도로 팽창했다는 것이다. 이러한 팽창은 우주의 구조와 형성에 큰 영향을 미치며, 현재의 우주 구조를 설명하는데 중요한 개념 중 하나이다. 그리고 저자는 우주의 팽창이 관측되는 우주의 빨간 이동 현상을 설명한다. 이러한 관측 결과는 빅뱅 이론과 우주의 팽창에 대한 중요한 실험적 지지를 얻는다.
블랙홀
스티븐 호킹은 블랙홀을 중심으로 물리학과 우주에 관한 많은 이론을 다룬다. 그는 블랙홀이란 중력이 극도로 강한 지역에서 공간과 시간이 왜곡되어 만들어지는 현상으로 설명한다. 이 중력이 너무 강하기 때문에 블랙홀 주변의 모든 것, 심지어 빛도 포획되어 탈출할 수 없게 된다는 이론이다.
호킹은 블랙홀의 성질과 작동 메커니즘을 설명하는데 있어서, 블랙홀의 질량이 커지면서 이론적으로는 블랙홀의 이벤트 지포인트라고 불리는 특정 지점을 넘어서면 탈출이 불가능해진다고 설명한다. 이는 블랙홀의 질량이 더 커지면 중력이 더욱 강력해지기 때문이다.
또한 저자는 블랙홀의 특이점과 관련된 개념도 소개한다. 특이점은 블랙홀의 중심부로 공간과 시간이 무한대로 왜곡되어 물리법칙이 더 이상 적용되지 않는 지점을 말한다. 이 외에도 블랙홀의 역사적 발견, 관측된 현상, 그리고 블랙홀의 미래에 대한 가설들도 다루고 있어 현대 과학에서는 정설화 되었다..
우주의 기원과 운명
저자는 우주의 기원과 운명에 대해 다양한 이론과 가설을 제시한다. 그는 우주의 기원을 설명하기 위해 빅뱅 이론을 다루며, 초기 우주의 밀도가 무한대로 수렴하고 온도가 무한대로 상승하는 상태에서 우주가 탄생했다고 주장한다. 빅뱅 이후에는 우주의 진화와 팽창에 바탕을 두고 설명하고 있다.
호킹은 블랙홀과 관련된 우주의 운명에 대해 다루는데, 블랙홀이 시간과 공간을 왜곡시키고 우주의 끝에 대한 정보를 블랙홀 안으로 휘말려 보내는 것을 강조한다. 이러한 블랙홀의 성질은 우주의 운명을 이해하는 데 중요한 역할을 한다.
저자는 복수 우주 이론과 같은 가설을 제시하여 우주의 운명에 대한 다양한 가능성을 제시한다. 이는 우주가 여러 개의 복수 우주로 구성될 수 있다는 것을 의미하며, 각각의 우주가 서로 다른 물리법칙을 따를 수 있다는 것을 시사한다.
종합하면, 호킹은 우주의 기원과 운명에 대한 다양한 이론과 가설을 통해 우주의 현재와 미래에 대한 이해를 넓히고자 했다. 그는 과학적인 지식과 상상력을 결합하여 우주에 대한 깊은 이해를 제공하고자 무한히 노력했다.
시간의 방향
시간의 방향에 대한 이론과 관련하여 열역학 제2법칙을 소개하여 시간의 방향이 열의 확산 방향과 일치한다고 설명한다. 열역학 제2법칙은 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 자연스럽게 이동하는 경향이 있다는 원리이다.
저자는 시간의 방향이 블랙홀과 같은 중력장에서 어떻게 변화하는지에 대해서도 다룬다. 중력장이 강한 블랙홀 주변에서는 시간이 느려지는 현상이 관측되는데, 이는 블랙홀의 중력이 시간과 공간을 왜곡시키기 때문이란다.
그러나 호킹은 또한 시간의 방향이 상대성 이론에 의해 상대적이라는 점을 강조한다. 즉, 관측자의 상대적인 속도와 위치에 따라 시간의 경향이 다를 수 있다는 것이다. 이러한 관점에서 호킹은 시간의 방향이 절대적으로 정의되는 것이 아니라 관측자에 따라 상대적으로 변할 수 있다고 설명이다.
정리하면, 호킹은 열역학 제2법칙과 상대성 이론을 통해 시간의 방향이 어떻게 결정되는지를 설명하며, 중력장과 관측자의 상대적인 위치에 따라 시간의 경향이 다를 수 있음을 강조한다.
만물의 이론
저자는 만물의 이론으로서 "양자중력이론"을 주장한다. 이 이론은 양자역학과 일반상대론을 통합하여 중력을 양자역학적으로 설명하려는 시도이다. 양자중력 이론은 미시적인 공간과 시간의 양자적 특성과 중력의 극한적인 강도를 설명하기 위한 이론이다.
그러나 현재까지 양자중력이론은 완전히 정립되지 않았으며, 실험적으로 검증되지 않은 측면도 많다. 호킹은 이러한 어려움을 인정하면서도, 중력을 양자역학적으로 설명하는 이론의 중요성을 강조한다. 이는 이론을 이해하는데 아직 많은 과제가 남아 있다는 의미이며, 우리는 이것을 학문적으로 밝혀낼 미래의 스티븐 호킹을 기다리고 있다.
천재 물리학자 스티븐 호킹은 21살에 루게릭병을 선고받았다. 2년밖에 살 수 없다는 의사의 진단에도 불구하고 그는 강인한 정신력과 불굴의 의지로 76년을 살았다. 신경이 살아있는 두 손가락과 두뇌만으로 현대 과학사에 빛나는 업적을 남겼다. 극한의 어려움을 극복해 나가는 그와 그를 옆에서 지켜준 가족들의 사랑이 오늘날의 과학사를 빛나게 만들었다.
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