사물의 풍경

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페드루 페레이라: 오늘의 인용-일반상대성이론의 힘과 아름다움

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2015. 2. 2.

 

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[에딩턴이 일식 도중에 별빛이 휘어지는 것을 측정함으로써 아인슈타인의 일반상대성이론을 유일무이한 현대 중력이론으로 확립한] 1919년을 돌이켜보면, 아인슈타인과 에딩턴의 생각들이 오늘날 얼마나 발전했는지에 놀라지 않을 수 없다. 아인슈타인의 이론을 검증하는 작업의 열쇠는 시공이 휘어 있기 때문에 광선이 휠 것이라는 생각이었다. [...] 지난 20년 동안, 광선이 시공에 의해서 어떻게 휘는지 관찰함으로써 우주에 관한 지식을 얻는 것은 표준적인 연구 방법으로 자리를 잡았다. 가까운 은하의 별들을 관찰하면서 혹시 그 별들 앞으로 지나가는 무겁고 어두운 천체 때문에 별빛들이 갑자기 휘지 않는지 살피는 방법 덕분에, 우리 은하의 암흑물질을 탐색하는 작업이 가능해졌다. 만일 그런 암흑물질 덩어리가 존재한다면, 그 덩어리는 에딩턴의 관측에서 태양이 한 것과 똑같은 역할을 하여 마치 렌즈처럼 별빛을 굴절시킬 것이다. 이 현상을 일컬어 중력 렌즈 효과라고 한다. 현재 우리는 더 큰 규모의 중력 렌즈 효과를 이용하여 수십 개에서 수백 개의 은하들로 이루어진 집단들을 관찰한다. 그런 거대한 집단은 시공을 심하게 휨으로써 먼 은하들에서 오는 광선을 굴절시킨다. 천문학자들은 그 굴절이 얼마나 큰지 측정하여 그 굴절을 유발한 집단의 질량을 알아낸다.

 

[...] 현재 천문학자, 우주론자, 상대성이론 연구자들은 관찰 가능한 시공 전체가 어떻게 휘어 있는지 보여주는 지도를 만드는 작업을 특유의 과감성으로 꿈꾼다. 우주를 여러 구역으로 분할하고 각 구역에 속한 은하들의 빛이 중간의 시공에 의해서 어떻게 휘는지 관찰하면, 우리를 둘러싼 시공 전체의 실제 모습을 상세히 그려내는 작업이 원리적으로 가능하다. 아인슈타인과 에딩턴의 생각들을 새로운 수준으로 격상시킴으로써 우리는 우주를 친숙한 대상으로 만든다. 우주가 무엇으로 이루어졌는지, 시공의 행동을 지배한다고 우리가 알고 있는 법칙들이 정말로 옳은지 알아낸다.

[...]

아인슈타인의 이론은 복잡하기 그지없고 흔히 난해하지만 다른 한편으로 대중적이다. 몇 쪽 분량의 압축된 수식들로 쉽게 요약할 수 있다. 반면에 일반상대성이론의 역사는 여러 대륙들에 걸쳐서 전개된다. 참으로 다채롭고 국제적인 수많은 인물들이 그 역사에 등장한다. 영국 천문학자들, 러시아 기상학자, 벨기에 성직자, 뉴질랜드 수학자, 독일 군인, 인도 출신의 젊은 천재, 미국의 원자폭탄 전문가, 남아프리카 출신의 퀘이커 교도, 그밖에 수많은 사람들이 아인슈타인의 이론이 가진 힘과 아름다움에 끌려 모여들었다.

 

그날 밤, 우리는 군중과 함께 망원경으로 별들을 관찰했다. 숨 막히게 아름다운 밤하늘은 우리가 아인슈타인의 이론을 더 깊이 이해하는 데에 필요한 모든 것을 기꺼이 내줄 듯했다. 나는 아인슈타인의 이론이 우리를 더 큰 우주로 이끌고 있다고 생각했고, 지금도 그렇게 생각한다. 이제 남아프리카나 오스트레일리아 황무지가 새로운 프린시페 섬이 될 가능성이 있다. 새로운 망원경은 21세기 최첨단 기술로 무장할 것이다.

[...]

에딩턴과 아인슈타인의 위대한 업적을 기리던 그날 밤, 나는 일반상대성이론이 우주에 대해서 해주는 말을 우리가 이제야 알아듣기 시작했다는 생각을 했다. 21세기는 틀림없이 일반상대성이론의 세기가 될 것이며, 나는 아주 많은 것들이 막 발견되려는 때에 살아 있는 내가 행운아라고 느낀다. 아인슈타인이 일반상대성이론을 내놓은 지 100년이 다 되어가는 지금, 엄청난 일이 일어날 것이다.

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―― 페드루 G. 페레이라(Pedro G. Ferreira), <<완벽한 이론: 일반상대성이론 100년사(The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity)>>(전대호 옮김, 까치, 2014), pp. 323-6.