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시간의 역사 VS 블랙홀 전쟁 이 종필 이 창환 Book Battle 소개 시공간과 우주의 장엄한 일대기 한 권의 책을 내용 중심으로 소개하던 일반적인 서평 쓰기에서 벗어 나 물리학의 역사에서 이정표 역할을 했거나 물리학을 대중화시키는 데 지대한 공헌을 한 책들을 중심으로 인물 대 인물, 이론 대 이론, 이론 대 현실(혹은 상상), 명강의 대 명강의 등 두 권의 책을 비교분 석하는 코너입니다. [서평자 / 이종필(서울 과기대 연구원)] 엄밀하게 말하자면 <시간의 역사>와 <블랙홀 전쟁>은 함께 책 대결을 펼치기에 안성맞춤은 아니다. <블랙홀 전쟁>은 그 제목에서 적나라하게 드러나듯 뭔가 한 가지 뚜렷한 입장을 시간의 역사 대 블랙홀 전쟁 내세워 싸움을 걸고 논쟁을 하기 위한 책이지만 <시간의 역 사>는 우주와 삼라만상에 대해 우리가 지금까지 알고 있는 모든 것을 개괄적으로 해설한 책이다. 그럼에도 이 두 책이 하나로 묶인 것은 블랙홀 전쟁의 주범 이 바로 스티븐 호킹이 었고, 그의 대표저작인 <시간의 역사>를 통해 그가 전쟁을 일으킨 배경을 추적해 볼 수 있을까 해서였다. 내가 이 책을 처음으로 읽은 (혹은 읽었다고 기억하는) 것은 VS 20여 년 전인 1990년, 대학 신입생 때였다. 마침 그 해 스티 븐 호킹이 한국을 방문했고 나는 그의 강연을 들을 기회가 있 었다. 당시 나는 그의 강연이나 <시간의 역사>를 거의 이해하 지 못했다. 그 뒤 10년이 지난 뒤 나는 박사학위를 받았고 그 로부터 또 10년이 지나서야 이 책을 다시 읽게 되었다. 지금의 시점에서 20년 전을 되돌아보면 대학 신입생이 <시간의 역사> 블랙홀을 둘러싸고 벌어지는 호킹 대 서스킨드의 한판 승 를 이해한다는 것은 지나친 욕심이었다. 대학 신입생뿐만 아니 부! 아인슈타인 다음으로 일반인들에게 널리 알려져 있는 물 라 심지어 물리학과 대학원생이더라도 전공자가 아니면 이 책 리학계의 슈퍼스타 스티븐 호킹, 그에게 도전장을 던진 인물 의 내용을 온전히 이해하기란 쉽지 않으리라는 것이 내 판단이 이 있다?! 우주의 신비 블랙홀, 그 미스터리를 풀고자 몸을 던진 두 과학자의 진검승부를 독자들에게 소개한다. 다. <시간의 역사>를 읽고 조금이라도 좌절감을 느꼈다면, 그 것은 여러분 탓이 아니다. 말하자면 한글로 쓰인 외국어 내지 외계어에 가깝지 않을까. 그럼에도 불구하고 이 책이 전 세계 기획: APCTP(아태이론물리센터), 사이언스북스 공동 기획 적인 베스트셀러가 됐다는 사실은 분명 미스터리한 일이지만, 도서 정보 물리학을 전공한 입장에서는 대단히 유쾌한(?) 일이기도 하다. 시간의 역사: 스티븐 호킹 / 김동광 옮김 / 2001년 12월 / 까치 블랙홀 전쟁: 레너드 서스킨드 / 이종필 옮김 / 2011년 10월/ 사이언스북스 <시간의 역사>는 20세기 현대물리학의 위대한 성과를 고스 란히 정리했다. 그렇다고 물리학의 모든 분야를 다룬 것은 물론 아니다. 물리학은 말 그대로 만물(萬物)의 이치(理致)를 따지는 학문이다. 만물에는 이 세상 모든 것이 포함된다. 가장 작게는 저자약력 양성자나 중성자를 구성하는 쿼크 혹은 전자에서부터 크게는 이종필 박사는 1971년 부산에서 출생했다. 2001년 서울대 물리학과 박사 과정 졸업 및 현재 서울과기대 연구원으로 있다.(jplee@kias.re.kr) 관측 가능한 우주의 저 끝까지 그 모든 것이 물리학이 다루는 이창환 교수는 1966년 경상북도 김천에서 태어나 서울대학교에서 물리학을 전공하고, 같은 학교 대학원에서 물리학 이론으로 이학박사학위를 받았다. 미국 뉴욕 주립 대학교(SYNY at Stony Brook)에서 연구원을 지낸 후, 고 등과학원 KIAS 조교수, 서울대학교 BK 교수를 거쳐, 2003년부터 부산대학 교 물리학과에 재직 중이다.(clee@pusan.ac.kr) 것(즉 쿼크나 전자 같은 기본입자들)과 가장 큰 것(대우주)을 다 44 대상이다. <시간의 역사>는 그 중에서 역설적이게도 가장 작은 룬다. 그 중간단계에 해당하는 영역은 고체물리학이나 통계물 리학일 수도 있고 혹은 분자 수준에서의 현상을 다루는 화학일 수도 있으며 생물학이나 지질학, 지구과학일 수도 있다.

놀랍게도 가장 큰 스케일의 우주와 가장 작은 스케일의 기 서로를 배척하는 성질이 있어서 하나의 통합된 이론으로 정 본입자는 현대물리학의 두 기둥이라고 할 수 있는 상대성이 립되지 못했다. (특수상대성이론은 양자역학과 잘 결합할 수 론과 양자역학을 통해 서로가 연결돼 있다. 아인슈타인의 일 있어서 양자장론이라는 성공적인 이론을 이미 구축하였다.) 반상대성이론과 여러 관측 결과들에 의하면 우주는 아인슈타 꼭 초기우주가 아니더라도 최근에는 소립자 물리학과 우주 인이나 그 이전의 여러 과학자들이 생각했던 것처럼 영원히 론이 활발하게 상호침투하면서 각자가 서로에게 큰 영향을 정적으로 머물러 있지 않고 시간에 따라 팽창한다는 사실이 미치고 있다. 양자역학이 지배하는 미시세계에서 벌어지는 일 밝혀졌다. 팽창하는 우주의 발견은 20세기의 가장 위대한 발 들이 결과적으로 우주의 구성물 형성과 대우주의 진화에 영 견 중 하나라고 할 수 있다. 향을 주기 때문에 우주에서 관측한 다양한 결과들이 소립자 만약 우주가 시간에 따라 계속 팽창하고 있다면, 시간을 거 꾸로 돌렸을 때 우주는 아주 작았을 것이다. 이런 생각을 끝 물리학에 강력한 제한조건을 주기도 한다. 1970년대 말 이휘 소의 말년 작업도 이와 관련이 있었다. 까지 밀고 나가면 우주는 태초에 상상할 수 없을 만큼 높은 지금까지 말한 이유들 때문에 시간의 역사를 기술하기 위 밀도를 가진 하나의 점에서 시작했다고 추론할 수 있다. 우리 해서는 상대성이론과 양자역학, 우주론, 입자물리학이 총동원 가 살고 있는 우주는 여기서 시작되었다. 이것이 빅뱅이론이 되어야만 했다. 상대성이론과 양자역학은 모두 20세기를 대 다. 우주가 태초에 밀도가 높은 하나의 점에서 시작했다는 것 표하는 물리학적 쾌거로 인간 인식의 혁명적 단절을 가져왔 은 우주의 공간과 시간조차도 그때 함께 태어났다는 말이다. 다. 그래서 <블랙홀 전쟁>에서 서스킨드가 적절하게 지적했 따라서 지금 우리가 경험하는 시간과 공간의 개념을 가지고서 듯이 거시세계에서의 생존에 적합하게 진화해 온 우리가 이 빅뱅 이전 을 논하기에는 무리한 점이 있다. 만약 우주보다 둘을 이해하기 위해서는 신경회로를 재구성할 정도의 혁신적 더 큰 범우주 라는 것이 있어서 범우주의 여기저기에서 빅뱅 인 사고의 전환이 있어야만 한다. <시간의 역사> 독자들이 을 통해 새로운 우주들이 생겨난다면, 그렇게 생겨난 우주의 이 책을 어렵게 느낀 근저에는 이런 이유가 자리 잡고 있다. 시간과 공간이 우리 우주의 시간이나 공간과 꼭 같을 이유는 그리고 <시간의 역사>에서도 블랙홀은 빠질 수 없다. 블랙 없을 것이다. (심지어 시공간이라는 개념 자체가 있을지도 모 홀은 아마도 인간이 찾아낸 (이론적으로든 실험적으로든) 가장 르고, 모든 물리법칙조차 다를지도 모른다.) 스티븐 호킹이 독특한 천체일 것이다. 호킹의 가장 중요한 업적들 가운데 하 시간의 역사 라는, 다소 역설적인 제목으로 이 책을 쓴 것은 나가 블랙홀이 열을 내며 복사한다는 사실이다. 이 현상은 호 우리가 일상에서 경험하는 시간이 빅뱅과 함께 시작되었고 그 킹의 이름을 따서 호킹복사 라고 부른다. 호킹복사는 블랙홀과 역사를 과학적으로 추적할 수 있음을 보이기 위함이었다. 양자역학을 결합시킨 결과이다. 호킹에 의하면 블랙홀로 빨려 원자 이하의 미시세계를 들여다보는 인식의 도구는 양자역 들어간 정보는 호킹복사를 통해서도 온전히 그대로 빠져나오 학이다. 시기적으로는 양자역학이 1901년 독일의 막스 플랑 지 않고 블랙홀 안에서 손실된다. 그러나 양자역학에 의하면 크가 흑체복사를 성공적으로 설명한 것에서부터 시작되어 정보는 언제나 보존된다. 블랙홀에서의 정보역설(information 1905년 아인슈타인이 플랑크의 가설(광양자 가설)을 받아들 paradox)은 그렇게 시작되었다. 블랙홀 주변에서의 양자효과 여 분석한 광전효과(금속에 빛을 쬐면 전자가 튀어나오는 현 를 통해 호킹복사를 발견한 당사자가 양자역학의 기본원리에 상)를 거쳐 1925년과 26년 하이젠베르크와 슈뢰딩거가 각각 반하는 정보손실을 주장했다는 사실 자체도 역설이라면 역설 행렬역학과 파동역학을 완성한 것으로 구축되었다. 반면 상대 이지 않을까. 아쉽게도 <시간의 역사>에서는 블랙홀에서의 정 성이론은 1905년 아인슈타인이 특수상대성이론을 발표하면 보손실 및 그와 관련된 역설을 깊게 다루지는 않았다. 일반 독 서 시작되었고 1915년 역시 아인슈타인이 일반상대성이론을 자들에게 시간의 역사를 개괄하는 책에서 그런 골치 아픈 문 발표하면서 완성되었다. 일반상대성이론은 뉴턴의 만유인력의 제까지 내던지기는 싫었기 때문일지도 모르겠다. 법칙을 대체한 현대적인 중력이론이다. <시간의 역사>는 초판이 1988년, 개정판이 1996년에 나왔 만약 초기 우주가 원자보다 작은 크기였을 때가 있었다면 기 때문에 그 이후의 엄청난 과학적 성과들을 반영하지는 못 그 시기를 설명하는 올바른 과학이론은 기본적으로 양자역학 하고 있다. 우선 1998년 초신성을 분석한 결과 우리 우주는 일 수밖에 없을 것이다. 한편 이 때에는 매우 작은 부피에 엄 가속팽창하고 있음이 밝혀졌다(2011년 노벨상). 가속팽창이란 청난 질량과 에너지가 집중돼 있을 것이기 때문에 중력 또한 우주가 팽창하는 정도가 시간에 따라 점점 더 빨라지는 현상 무척이나 중요할 것이다. 따라서 초기 우주는 양자역학과 일 이다. 이 결과는 이후의 다른 관측에 의해서도 뒷받침되었다. 반상대성이론을 모두 동원해야만 과학적인 분석이 가능하다. 그리고 2001년 발사된 과학관측위성인 WMAP(Wilkinson 그러나 불행하게도 아직까지 양자역학과 일반상대성이론은 Microwave Anisotropy Probe)이 수년간에 걸쳐 모은 우주배 45

경복사에 대한 데이터를 분석한 결과 그 이전에 알 수 없었 답이다. 예컨대 암흑물질이나 암흑에너지는 What에 대한 답이 던 많은 사실들과 함께 새로운 의문들을 내던졌다. 먼저, 우 우선 필요한 대상이며 초기 우주의 빅뱅이나 급팽창(inflation) 주의 나이는 약 137억 년으로, 이 오차는 1%도 채 되지 않 은 어떻게 그런 일들이 일어났는지 How에 대한 답이 필요한 는다. 2000년대에 들어서 우주과학은 바야흐로 정밀측정의 현상들이다. 아마도 종국적으로 우리가 대답해야 할 질문은 왜 시대로 접어들고 있다. 또한 우리 우주 속의 에너지 분포는 (Why) 우주라는 것이 존재하는가? 일 것이다. 호킹이 <시간의 매우 절묘해서 그 밀도는 중력에 의한 수축이 다시 일어나지 역사> 결론에서 이 질문을 던진 것도 같은 맥락이다. 않는 최소한의 밀도와 거의 같은 것으로 밝혀졌다. 이 또한 21세기 물리학이 풀어야 할 가장 중요한 문제도 이 질문에 예전에는 상상할 수 없을 정도의 높은 정밀도(1% 이내의 오 답을 구하는 일일 것이다. 아마도 이 질문에 만족할만한 답을 차)로 측정되었다. 중력수축이 일어나지 않는 최소한의 밀도 얻으려면 우주의 시초라고 여겨지는 빅뱅을 더 잘 이해하는 것 를 임계밀도라고 하는데, 이때 우주의 공간은 평평하여 곡률 이 필수불가결할 것이다. 그러기 위해서는 앞서 말했듯이 중력 이 0이다. 만약 에너지 밀도가 임계밀도보다 높다면 우리 우 을 양자역학적으로 완전히 이해할 필요가 있다. 최근 이 분야 주는 공처럼 곡률이 양인 공간이 될 것이며 임계밀도보다 낮 (양자 중력)에 대한 연구가 그 어느 때보다 활발하게 진행되고 다면 말안장처럼 곡률이 음인 공간이 될 것이다. 있으므로 머지않은 미래에 획기적인 돌파구가 마련되지 않을까 이보다 더욱 놀라운 사실은 그 에너지 밀도의 구성성분이다. 조심스레 기대해 본다. 시간의 역사를 온전히 재구성하는 문제 우리가 아는 물질은 그 중에서 전체의 4.6% 정도밖에 되지 않 는 그래서 여전히 물리학의 가장 중요한 과제 가운데 하나이다. 는다. 물질(matter)임에는 분명하나 그 정체를 알 수 없는 물 우주와 관련해서 가장 이해하기 힘든 것은 우주가 이해 가 질, 즉 암흑물질이 전체의 23.3%에 달하며 나머지 72.1%는 능하다는 점이다. 아인슈타인 반중력의 효과를 내는 암흑에너지임이 밝혀졌다. 우주가 가속 팽창하는 것은 바로 이 암흑에너지 때문이다. 우주상수는 암흑 에너지의 유력한 후보 가운데 하나이다. 우주상수는 아인슈타 블랙홀 전쟁 승전 잔치로의 초대 [서평자 / 이창환(부산대학교 물리학과 교수)] 인이 정적인 우주를 만들기 위해 자신의 방정식에 임의로 집 어넣은 항으로서 우주공간 자체가 가지고 있는, 음의 압력을 깊이 파려면 넓게 파라는 말이 있다. 기초가 튼튼해야 한다 가진 에너지 밀도에 해당한다. 우주상수는 말 그대로 시간에 는 말과도 일맥상통한다. 서스킨드 교수의 <블랙홀 전쟁>은 대해 항상 일정한 값을 가지는 상수이므로, 암흑에너지가 과연 블랙홀에서의 호킹복사와 정보 보존이라는 특정 주제를 깊이 시간에 대해 일정한 값을 가지는가를 따져보면 우주상수 있게 다룬 책인 동시에 양자역학, 상대성이론 및 초끈이론의 암흑에너지 인가에 대한 단서를 잡을 수 있을 것이다. 폭넓은 내용을 넓은 통찰력으로 쉽게 풀어간 책이다. 또한 이 이론적인 면에서 보자면 1997년 말다세나가 AdS/CFT를 책은 해결해야 할 문제를 두고 고민하고 노력하는 한 과학자 발표한 것이 가장 큰 사건이라고 할 수 있다. AdS/CFT는 반 의 삶에 대한 진솔한 이야기를 담고 있다. 때로는 오만해 보이 드 지터(Anti de Sitter) 공간에서의 중력이론이 그보다 한 차 기도 하는 저자의 자기 확신은 오히려 저자의 고민과 노력의 원 낮은 표면에서의 등각장론(Conformal Field Theory) 사이 산물임을 느끼게 해 주었다. 중간 중간 소개된 물리학자들에 의 대응관계로서, <블랙홀 전쟁>에서 소개됐듯이 블랙홀 전 대한 에피소드는 책을 읽는 재미를 더해 주었다. 이 점이 스티 쟁을 종결시키는 데에 큰 역할을 했다. 이에 따르면 중력이론 븐 호킹의 <시간의 역사>와 크게 대조를 이루는 점이다. 호킹 과 양자장이론은 근본적으로 동등하기 때문에 블랙홀에서 일 의 <시간의 역사>가 블랙홀, 호킹복사, 빅뱅우주, 시간의 탄생 어나는 모든 현상은 양자역학적 이론으로 기술이 가능하다. 및 흐름과 같은 우주론의 주요 문제를 모두 다룬 조금 건조한 20세기 말 21세기 초의 이런 엄청난 과학적 성과들 때문 교양입문서에 해당한다면, 서스킨드의 <블랙홀 전쟁>은 호킹 에 나는 <시간의 역사> 개정판이 몇 년 뒤에 나왔으면 얼마 복사와 정보역설(Information Paradox)을 둘러싼 학자들의 논 나 더 흥미진진했을까 싶은 아쉬움이 있다. 호킹도 아마 새로 쟁을 다룬 한 편의 다큐멘터리에 해당한다. <블랙홀 전쟁>을 운 성취들을 잘 알고 있었을 테니까 <시간의 역사>의 저자로 읽으면서 블랙홀 전쟁의 승전 잔치에 초대된 느낌을 받았다. 서 무척이나 할 말이 많지 않았을까? 내 전공 분야는 중성자별(Neutron Star)이다. 중성자별에 과학적 활동은 한마디로 말해 What? How? 그리고 Why?에 질량을 더하면 블랙홀로 붕괴할 수 있으므로 블랙홀이 내 전공 대한 답을 찾는 과정이다. What은 어떤 현상이나 대상의 정체 에 포함이 되어있지만 <시간의 역사>나 <블랙홀 전쟁>에서 다 에 대한 답이고 How는 그런 현상이 어떻게 일어나는지에 대한 루는 양자 중력(Quantum Gravity)이나 초끈이론(Superstring 답이며 Why는 왜 그런 현상 혹은 대상이 존재하는가에 대한 Theory)의 관점에서 바라본 블랙홀은 아니다. 처음 이 에세이 46

를 제안 받았을 때 거절을 한 이유도 바로 그 때문이었다. 하 데, 일반상대성 이론에 의하면 사건의 지평선 안쪽으로 들어 지만 이 책이 일반인을 대상으로 하는 만큼 양자 중력이나 간 어떠한 물체도 밖으로 빠져 나올 수가 없다. 초끈이론을 전공하지는 않았지만 연관된 분야에서 연구하는 과학자의 의견을 듣는 것도 도움이 되리라 믿는다. 현재, 위성탑재 천체망원경 및 광학망원경 관측을 통하여 블랙홀의 존재가 확인이 되고 있다. 우리 은하를 비롯하여 대 대학교 콜로퀴엄이나 중고등학생을 위한 강연을 할 때마다 항 부분의 은하 중심에는 거대 블랙홀이 자리 잡고 있는 것이 상 고민하는 두 가지가 있다. 나는 과연 정확한 과학적 사실을 확인되었다. 또한, 태양의 약 10배 질량을 가진 블랙홀들도 전달하고 있는가 와 청중들이 내 강연의 내용을 제대로 이해할 다수 관측으로 확인이 되었다. 블랙홀의 존재가 확인이 된 만 수 있는가 이다. 전자가 내용에 관한 고민이라면 후자는 전달과 큼, 블랙홀 주위에서 일어날 것으로 예측되는 현상들은 현대 소통에 대한 고민이다. 이를 해결하기 위해 종종 비유를 사용한 천체물리 및 우주론의 핵심 주제가 되었다. 다. 하지만, 비유는 언제나 완벽하지 않아서 또 다른 모순을 포함 이론적인 측면에서도 블랙홀 연구에 많은 진전이 이루어졌 할 수 있으므로, 강연준비의 많은 부분이 적절한 비유를 선택하는 다. 블랙홀은 질량(mass), 전하(charge), 스핀(spin) 외에는 다 데 사용된다. <블랙홀 전쟁>에서도 많은 비유를 사용하여 설명을 른 물리량을 가질 수 없다는 정리(No Hair Theorem)가 제안 하고 있다. 저자가 비유를 통하여 복잡한 물리현상을 설명하는 되었으며, 사건의 지평선 면적은 감소하지 않는다는 블랙홀의 방법을 감상하면서, 물리학 전반에 대한 저자의 통찰력과 대중과 성질이 제안되었다. 블랙홀 사건의 지평선 면적은 질량에 비례 소통하기 위해 노력한 흔적을 엿볼 수 있었다. 난해한 개념들을 하므로 블랙홀 질량이 감소하지 않는 것과 같은 결과이다. 그림과 비유로 풀어가는 명쾌한 논리적 전개에 매료되었다. 저자 그런데, 1974년 호킹의 제안으로 블랙홀에 대한 기존의 인 가 깊이와 넓이를 모두 갖춘 학자임을 인정할 수밖에 없었다. 식이 바뀌게 되었다. 블랙홀이 빛을 방출하여 증발한다는 그 이 책의 모든 내용을 한 번에 이해할 수 있는 독자는 많지 의 제안은 블랙홀 연구의 역사를 바꾸는 계기가 되었다. 모든 않을 것이다. 이론 물리를 전공한 나로서도 이해하기 어려운 것을 빨아들이기만 하는 블랙홀이 어떻게 증발할 수 있을까. 부분이 많음을 인정하지 않을 수 없다. 그럼에도, 이 에세이 그 답은 양자역학(quantum mechanics)에 있다. 를 통해 독자들을 블랙홀 전쟁의 승전 잔치로 이끌 수 있기 상대성이론이 빛의 속도로 달리는 물체나 별, 은하, 우주와 를 희망한다. 역자도 신경망 재배선 이란 용어를 통하여 강조 같이 거대 세계에 적용되는 법칙인 반면, 양자역학은 핵 및 했듯이, 불완전한 인간의 직관보다는 새로운 것에 대한 열린 전자와 같은 매우 작은 세계에 적용되는 법칙이다. 양자역학 마음으로 이 책을 읽기를 바란다. 독자들도 이 책의 저자가 에 의하면 진공은 입자-반입자 쌍의 생성(creation)과 소멸 보고 있는 새로운 세상을 부분적으로나마 경험하기를 바란다. (annihilation)이 끊임없이 반복되는 공간이다. 이 진공의 변 화들은 매우 작은 공간에서 너무 빠르게 일어나 인간 인식의 블랙홀과 호킹복사 한계를 벗어난 것이다. 호킹의 위대한 업적은 양자역학적 진공 1974년 호킹은 블랙홀도 빛을 방출하면서 증발(evaporate) (vacuum)의 성질을 블랙홀 주위 진공에 적용한 것이다. 블랙 할 수 있다는 논문을 발표하여 블랙홀에 대한 기존의 인식을 홀 사건의 지평선 근처의 진공에서는 지평선으로부터의 거리 뒤집었다. 블랙홀에서 빛이 방출되는 현상은 그의 이름을 따 가 조금만 차이가 나도 중력차이가 매우 크다. 사건의 지평선 서 호킹복사(Hawking Radiation) 로 불려진다. 블랙홀과 호 근처에서 생성된 입자-반입자 쌍 중의 한 입자 또는 반입자가 킹복사는 무엇인가. 블랙홀의 강한 중력에 의해 블랙홀로 빨려 들어가고, 남은 하 1915년 발표된 아인슈타인의 일반상대성(General Relativity) 나가 블랙홀을 벗어날 수 있는 있다는 것이 호킹에 의해 밝혀 이론에 의해 빛이 중력의 영향으로 휘는 것이 예측되었고, 졌다. 이때 블랙홀은 진공의 입자-반입자 쌍을 깨는데 에너지 1919년 개기 일식(total eclipse) 때 별 빛이 태양의 중력에 를 소모하여, 결국 블랙홀을 벗어난 입자 또는 반입자의 에너 의해 휘는 것이 관측으로 확인되었다. 현재는 중력렌즈(Grav- 지에 해당하는 만큼 질량이 줄어들게 되는 것이다. 빛이 가장 itational Lens) 효과를 통하여 먼 은하에서 오는 빛이 휘어 가벼운 입자이므로, 블랙홀은 대부분 빛을 방출하면서 질량이 서 만들어진 아인슈타인 링(Einstein Ring), 아인슈타인 십자 줄어서 결국에는 증발하게 되는 운명을 타고 난 것이다. 가(Einstein Cross), 등을 통하여 빛이 휘는 것이 확인이 되 고 있다. 빛이 휘는 정도는 중력의 원인이 되는 천체의 질량 <블랙홀 전쟁>과 <시간의 역사> 에 비례하므로, 질량이 매우 커서 빛조차 빠져 나올 수 없는 1983년 샌프란시스코의 한 학회에서 호킹은 블랙홀이 증발 블랙홀의 존재 가능성이 예측되었다. 빛이 빠져 나올 수 없는 할 때 정보가 사라진다 는 폭탄선언을 함으로서 호킹복사와 정 블랙홀 경계면을 사건의 지평선(event horizon)이라 부르는 보소실 을 둘러싼 블랙홀 전쟁이 시작되었다. 무엇이 문제인가. 47

블랙홀로 빨려 들어간 물체는 많은 정보를 포함하고 있다. 소실에 관한 자신의 패배를 공식적으로 인정했다. 정보를 잃 호킹의 이론에 의하면 호킹복사는 진공의 성질에 의해 무작위 어버린 호킹복사 가 아니라 정보를 보존하는 호킹복사 가 가능 로 일어나므로 특정한 정보를 포함할 수 없다. 즉, 블랙홀이 하다는 초끈이론의 결과에 결국 항복한 것이다. 2008년 출판 호킹복사를 통해 증발하는 과정에서는 블랙홀로 빨려 들어간 된 (2011년 한글 번역본 출판) 서스킨드의 <블랙홀 전쟁>은 물체의 어떠한 정보도 외부로 방출될 수 없다. 궁극적으로 호 이 전쟁의 역사를 승자의 입장에서 명쾌하게 기술한 책이다. 킹복사로 블랙홀이 사라진다면, 블랙홀로 들어간 정보 자체가 <시간의 역사>는 블랙홀 전쟁이 끝나기 훨씬 전에 쓰인 고전 우리 우주에서 사라지는 것이다. 이것이 호킹복사와 정보소실 으로, 호킹 복사가 그림과 함께 쉽게 요약되어 있다. 하지만, 이다. 블랙홀의 존재가 확인이 된 만큼, 호킹의 이론이 맞는다 블랙홀 정보 소실과 같은 특이점에서의 문제를 해결하기 위해 면 우주 어딘가에서 정보가 조금씩 사라지고 있는 것이다. 도입된 허수 시간은 독자들이 가장 이해하기 어려운 부분 중 <시간의 역사>에서는 호킹복사와 정보소실 문제를 크게 부 의 하나이다. 이런 점에서 2008년에 쓰인 서스킨드의 <블랙 각시키지는 않았다. 블랙홀로 빨려 들어간 우주비행사의 운명 홀 전쟁>은 보다 명확하고 이해하기 쉬운 방법으로 해답을 제 과 관련하여, 우주 비행사가 가지고 있는 특성 중에서 (호킹 시하고 있다. 2007년 호킹이 공식적으로 패배를 인정한 만큼, 복사로 블랙홀이 증발된 후에) 유일하게 살아남을 수 있는 것 전쟁이 끝난 뒤 승리자에 의해 쓰인 <블랙홀 전쟁>이 보다 명 은 그의 질량과 에너지뿐이다 는 표현을 통하여 정보 소실 문 확한 해답을 제시하는 것은 어쩌면 당연한 결과이다. 제에 대한 그의 견해를 밝히고 있다. 호킹 스스로가 전쟁을 <시간의 역사>에서 10년 뒤 호킹이 스스로 패배를 인정한 일으킨 당사자인 만큼, 승리의 확신에 차서, 문제점을 부각시 결정적인 계기가 된 초끈 이론의 가능성을 소개하고 있다는 킬 필요성을 느끼지 못했을 수도 있을 것이다. 점은 주목할 만하다. 이 부분과 비교하면서 <블랙홀 전쟁>의 1988년 첫 출판된 후 1996년 개정된 호킹의 <시간의 역 후반부에 소개된 초끈이론에 관한 최근 연구 동향을 읽는다 사>에서는, 실시간(real time)을 사용하면 빅뱅의 시작이나 면, <시간의 역사>가 쓰인 이후의 초끈 이론의 발전사를 엿 블랙홀의 중심에 특이점(singularity)이 존재하고 이 특이점에 볼 수 있을 것이다. <블랙홀 전쟁>을 읽으면서 초끈으로 뒤덮 서는 우리가 알고 있는 물리법칙이 적용되지 않는다고 주장 인 채 나타난 블랙홀을 보는 것은 내겐 너무나 큰 즐거움이었 한다. 즉, 양자역학에 기초한 에너지 보존 법칙을 특이점에서 다. 정보를 가지고 있는 이 끈 조각들이 지평선에서 분리되면 는 적용할 수 없다는 것이다. 하지만 유한한 에너지를 특이점 서 호킹복사를 하고 있는 것이다. 다차원 이론인 끈 이론을 과 같은 좁은 공간에 가두어 둘 수 없는 양자역학의 불확정 멋지게 시각화하는 그의 비유들만으로도 이 책의 가치는 충분 성 원리(uncertainty principle)는 중력과 양자역학을 통일하 하다 는 로스앤젤레스 타임스의 리뷰에 전적으로 공감하는 바 고자 하는 호킹의 이론에서는 반드시 해결해야 할 문제였다. 이다. 승리의 무기가 된 초끈 이론의 이중성(duality), 홀로그 호킹은 특이점 문제와 양자 중력의 불확정성 문제를 동시에 램(hologram), 등에 대해서는 독자들 스스로 <블랙홀 전쟁> 해결하기 위하여 허수시간(imaginary time)을 도입하였다. 허 을 읽으면서 그 의미를 발견하는 기쁨을 누리기를 바란다. 수 시간을 도입하면 특이점이 사라지게 되는 것이다. 그런데 과연 허수시간의 물리적 의미는 무엇일까. 블랙홀 승전 잔치를 향한 바람 호킹복사를 통해 정보가 사라질 수 있다는 호킹의 주장은 이론 <블랙홀 전쟁>의 에세이를 써야하는 의무감에서 출발하긴 했 물리학자들 사이에 많은 논란을 일으켰다. <블랙홀 전쟁>의 저 지만 이 책의 독자가 된 것은 행운이었다. 내 인식의 폭을 넓히 자인 서스킨드는 호킹에 반기를 든 대표적인 학자이다. 엑스선 는 계기가 되었다. 한편으로는, 위대한 두 물리학자 호킹과 서 망원경을 통하여 블랙홀의 존재가 확인된 시점에서, 블랙홀을 스킨드의 책을 읽으면서 아쉬움이 남았다. 한국인 중에서 이들 통하여 정보가 사라질 수 있다는 호킹의 이론을 받아들일 수가 처럼 세계를 뒤흔들 학자들은 언제 나타날까. 이휘소 박사가 살 없었던 것이다. 모든 물체의 운동은 반응 전후에 정보가 보존된 아있었다면 한국 물리학계의 역사가 달라지지 않았을까 등등. 다는 양자역학에 근거하고 있다. 양자역학에 의하면, 블랙홀도 블랙홀을 둘러싼 전쟁은 아직도 끝나지 않았다. 이 책에 소 우주에 존재하는 한 물체이므로, 호킹복사를 통해서도 블랙홀로 개된 전쟁 외에도, 감마선 폭발 천체(Gamma-ray Bursts), 극초 빨려 들어간 물체의 정보가 보존되어야만 하는 것이다. 왜냐하 신성(Hypernovae), 중력파검출(Gravitational Wave Detection) 면 호킹복사를 통해 정보가 사라지면 양자역학의 기본법칙이 깨 등 새로운 관측 결과를 둘러싼 크고 작은 전쟁이 오늘도 끊 어지기 때문이다. 하지만, 호킹의 이론에 모순이 있음을 밝히는 임없이 일어나고 있다. 것은 쉬운 작업이 아니어서 오랜 시간의 투쟁을 거쳐야만 했다. 20여 년의 전쟁 끝에 2007년 호킹은 호킹복사에서의 정보 48 우리의 젊은 과학자들을 위한 블랙홀 승전 잔치를 꿈꾸어 본다.