[목 차]
서문: 중력을 찾아서
1장 중력, 우주에서 가장 보편적인 언어
- 우리는 모두 타고난 과학자
- 광속은 변하지 않는다
- 실패한 실험의 위대한 유산
- 무엇도 빛보다 빠를 수 없다
- 중력과 빛이 만드는 우주의 보편적 질서
2장 시공간의 곡률과 중력
- 우리는 곧게 살아왔다
- 자유낙하의 꿈
- 지구의 시간, 달의 시간
- 휘어진 시공간 속의 직선
3장 중력파와 우주의 비밀
- 우주를 향한 꿈
- 중력을 느낄 수 있을까?
- 누르고 당기는 조석력
- 글라이트, 중력의 메신저
- 글라이트 관측하기
- 우주의 가장 은밀한 비밀을 향해
4장 일반상대성이론은 실패한 이론인가?
- 우주비행사에 도전하다
- 실패할 수밖에 없는 이론
- 블랙홀과 특이점
- 플랑크 척도와 양자 효과
- 블랙홀 내부로의 여행
- 태초 그 이전
5장 우주를 가득 채운 힘
- 여성 물리학자로 산다는 것
- 지속적으로 팽창하는 우주
- 우주는 더 빠르게 팽창한다
- 우주를 지배하는 힘, 암흑에너지
- 아인슈타인의 우주상수
- 에너지로 가득 채워진 공허
- 과학 역사상 가장 큰 불일치
6장 중력자와 중력의 질량
- 새로운 모험의 기회
- 지금까지는 문제없다
- 중력에 질량이 있다고?
- 유질량 중력이라는 유령
- 추가 차원에서 유질량 중력자로
- 맹인과 코끼리
- 우주를 설명하는 새로운 방정식
7장 중력에 이끌리는 삶
- 과학을 대하는 태도
- 중력의 가벼움
- 시(공)간이 말해주리라
- 달이 건네는 이야기
- 중력의 양자적 본성
- 입자에서 파동으로
- 궁극의 여정
결론 중력의 창조물
참고 문헌
[본 문]
다섯 살 무렵, 페루 아마존과 경계를 접하고 있는 이키토스시 바로 외곽에서 해먹에 누워 몸을 흔들다가 무게가 완전히 사라지는 경험을 했던 것을 또렷이 기억한다. 천년 묵은 나무들 사이로 반짝이는 여러 별을 지켜보는 동안 시간을 초월하고 중력을 정복해서 우주를 떠다니는 듯한 느낌을 받았다.
- 27쪽, 「1장 중력, 우주에서 가장 보편적인 언어」
아인슈타인의 놀라운 업적은 이런 질량의 등가성이 의미하는 바가 곧 중력(중력 질량과 관련)이 결국에는 운동(관성 질량과 관련)과 연관되어야 한다는 것임을 깨달은 것이다. 이것이 결국 뉴턴의 중력에 마침표를 찍고, 중력에 대한 훨씬 더 근본적인 기술, 즉 시공간의 곡률이라는 과학 역사상 가장 위대한 개념적 도약의 탄생으로 이어졌다.
- 52쪽, 「1장 중력, 우주에서 가장 보편적인 언어」
행성의 관점에서 보나, 지구에 사는 우리 자신의 관점에서 보나, 태양계를 자유롭게 항해하는 모든 것은 자신만의 직선 경로를 따라 멈추지도, 미끄러지지도, 방향을 바꾸지도 않은 채 곧장 나아간다. 태양계가 태어난 순간부터, 우리가 이 행성에 태어난 순간부터, 곡선 공간 속에서 우리가 앞으로 나아갈 길은 이 휘어진 공간 속의 직선 하나뿐이다.
- 71쪽, 「2장 시공간의 곡률과 중력」
빛이나 전자기파가 전자기력의 메신저인 것처럼, 글라이트나 중력파는 지구의 질량에 의해 형성된 시공간 곡률에서 조석력의 존재에 이르기까지 우리가 접하는 모든 중력 효과에 대한 정보를 실어 나르는 메신저다.
- 93쪽, 「3장 중력파와 우주의 비밀」
블랙홀의 중심부에 충분히 가까워지면 일반상대성이론이 가차 없이 무너지는 것처럼, 우주의 탄생 시점으로 시간을 거슬러 올라갈 때도 똑같은 일이 벌어진다. 이것은 우연이 아니다. 1960년대에 스티븐 호킹과 로저 펜로즈가 지적했듯이 우리 우주의 기원에 존재하는 우주의 특이점은 블랙홀 중심부의 특이점과 매우 유사한 방식으로 형성되며, 양쪽 모두 일반상대성이론에서는 불가피한 현상이다.
- 147쪽, 「4장 일반상대성이론은 실패한 이론인가?」
학부 1학년 때 한 교수가 던진 질문에 답하려고 손을 들었다가 그 교수로부터 이런 말과 함께 무시당한 적이 있다. “아하, 답을 안다고 생각하는 여학생이 있네요. 분명 틀렸을 겁니다.”
- 155쪽, 「5장 우주를 가득 채운 힘」
각각의 오류만 놓고 보면 별 차이가 없을 수 있었지만, 이런 오류들이 쌓이고 쌓이면서 결론을 완전히 바꾸어놓았다. 그렇게 우리는 벽을 하나씩 하나씩 허물어가며, 모순 없이 일관된 유질량 중력이론의 구축을 가로막고 있던 거대한 장벽을 무너뜨릴 수 있었다.
- 229쪽, 「6장 중력자와 중력의 질량」
우리 달의 움직임을 관측함으로써 우주 전체의 운명, 우주의 가속 팽창, 그리고 현존하는 모든 입자들과 아직 발견되지 않은 입자들로부터 발생하는 양자요동의 바다에 대해 더 잘 이해할 수 있다는 것이 나로서는 참으로 놀랍게 느껴진다.
- 260~261쪽, 「7장 중력에 이끌리는 삶」
우리가 중력을 좇는 이유는 바로 우리가 중력의 창조물이기 때문이다. 걷든, 다이빙을 하든, 하늘을 날든, 우주비행사가 되어 우주를 탐험하든, 솟구치고 떨어질 때, 성공하고 실패할 때 모두 우리는 중력에 의해 정의된 우주에서 살고 있다.
- 282~283쪽, 「결론 중력의 창조물」
★ 케임브리지대 애덤스상 수상
★ 영국 블라바트닉 젊은 과학자상 수상
★ 임페리얼칼리지런던 교수 클라우디아 드 람이 들려주는 유질량 중력 이야기
중력 연구와 개인적인 삶이 흥미롭게 교차하는 매혹적인 과학 에세이
“솟구치고 떨어질 때, 성공하고 실패할 때
우리는 모두 중력에 의해 정의된 우주에서 살고 있다”
저자 클라우디아 드 람은 모국어는 프랑스어이지만 그 프랑스어를 하필이면 스페인어를 사용하는 국가에서, 하필이면 케추아어를 사용하는 여러 지역에 살면서, 그것도 하필이면 스웨덴인 어머니에게 배운 탓에, 어렸을 때는 말할 때 적절한 단어를 찾지 못해 항상 어려움을 느꼈다. 단어와 오해를 넘어 신뢰할 수 있는 보편적 언어와 이어지기를 갈망했고 자연스레 패턴과 모델링으로 우주의 신비를 밝혀내고자 하는 열망에 이끌렸다.
몇 년 동안 알고 지낸 모든 사람과 모든 것을 뒤로 한 채, 취리히에서 마다가스카르의 수도인 안타나나리보로 향하는 야간 비행기 안에서 저자는 조용히 뒤따라오는 달을 보며 감탄했다. 어떤 수준의 오해도 뚫고 나갈 힘을 가지고 있는 자연의 법칙 속에서 진리와 위안을 찾을 수 있었다.
그러나 저자는 자연의 법칙을 돌에 새겨진 만고불변의 존재로 묘사한다면 이는 과학의 역사를 왜곡하는 것이라 말한다. 자연의 법칙에 대한 이해와 해석, 즉 그 의미와 기원 그리고 그 이면에 숨겨진 내용은 결코 고정 불변의 것이 아니며, 계속해서 우리 앞에 새롭게 펼쳐지고 있음을 강조한다. 이 책은 저자와 함께 중력의 의미를 탐구하고, 중력이 실재하는 구조와 어떻게 연결되는지 파악하는 여정이다. 지금까지 나온 모든 중력이론은 실패의 미덕을 경험했다. 끝없는 탐구에서 앞으로 나가기 위해서는 이런 실패를 받아들이고 그 안에서 아름다움을 발견할 수 있는 태도가 필요하다. 실패를 감수한다는 것은 각각의 낙하를 부끄러운 끝맺음으로 받아들이는 것이 아니라 자연을 더 근본적으로 이해할 기회로 받아들인다는 의미다.
바닥에 떨어질 때 아픈 건 중력이 아니라 조석력 때문이다?
불가능성 정리는 틀렸다. 중력에 질량이 있다고?
뉴턴의 중력이론에서 유질량 중력이론까지, 우주를 설명하는 새로운 방정식
사과가 땅으로 떨어지는 것은 지구가 사과를 자기 쪽으로 끌어당기는 힘 때문이라는 뉴턴의 중력 개념은 아인슈타인에 의해 시공간의 곡률 개념으로 바뀐다. 지구처럼 질량과 에너지가 있으면 그 주변의 시공간 구조가 변형된다. 사과는 어떤 힘에 끌려가는 게 아니라, 휘어진 시공간에서 가장 자연스러운 길을 따라 움직일 뿐이다. 우리 눈에는 지구가 사과를 아래로 잡아당기는 것처럼 보일지라도 말이다.
아인슈타인의 일반상대성이론에서 중력은 시공간이 휘어져 있는 방식 자체이고, 중력의 힘은 조석력으로 우리에게 그 정체를 드러낸다. 일반상대성이론은 중력이 어떻게 작동하는지는 놀라울 만큼 잘 설명하지만 그래서 중력이 궁극적으로 무엇인지에 대해서는 답하지 못한다. 여기서 일반상대성이론은 실패했다. 물질과 빛, 입자처럼 중력 역시 양자적 언어로 설명되어야 한다. 그래야 자연이 허락한 가능성을 발견할 수 있다.
저자가 그레고리, 앤드루와 함께 발견한 유질량 중력이론(dRGT 이론)은 우주의 후기 가속을 설명하는 대안적 틀을 제시하고 우주상수 문제를 새롭게 바라보는 계기를 마련함으로써, 지난 10년 동안 물리학계에서 이루어진 가장 영향력 있는 발견 중 하나로 인정받게 되었다. 우리는 말 그대로 항성을 도구로 사용하여 기존에는 상상할 수 없었던 낮은 주파수의 글라이트(중력파)를 관찰하며 중력의 본질을 훨씬 깊이 탐구하고 있다. 낮이든 밤이든 하늘을 올려다볼 때, 이 하늘에 양자 글라이트 발자국이 새겨져 있을 수 있다. 38억 년 전에 쓰인 메시지가 우주의 가장 심오한 비밀을 숨긴 채 우리 머리 위에서 그 비밀이 풀리는 날을 기다리고 있다.