나는 누구인가 8. 공으로 푸는 현대물리학(아인슈타인 상대성이론, 양자역학, 웜홀)

 

 

 

아인슈타인은 1905년에 특수상대성이론을 발표하여 세상을 발칵 뒤집어 놓았다.

하지만 그는 만족하지 않았다.

중력의 문제가 해결되지 않고는 특수상대성이론은 허점을 보일 수밖에 없기 때문이다.

 

뉴턴은 떨어지는 사과를 보면서 만유인력을 고안해냈다.

인류 역사상 가장 위대한 사건이라 평하는 것 치고는

너무나 단순한 사실에서 비롯했다.

 

여기에 비할 만한 대형 사건이 또 한 차례 터졌으니

바로 아인슈타인이 1915년에 발표한 일반 상대성 이론이다.

이것 역시 자석의 자기장을 보면서 떠올린 아이디어였으니

진리는 단순함에 있다는 사실을 다시 한번 상기하게 해준다.

 

일반 상대성이론은 매우 간단하다.

물체와 물체 사이의 공간은 텅 비워진 것이 아니라

어떤 힘(場)들로 가득 차 있다는 발상이다.

이로써 공간을 물리 세계로 끌어왔고,

여기서 힘에 의한 굴곡, 다시 말해 휘어진 공간이 등장하게 된다.

아인슈타인은 공간을 중력장으로 놓음으로써

중력 질량과 관성질량이 갖게 되는 원리를 제시했고

나아가 빅뱅과 블랙홀까지 예측하게 하였다.

 

 

떨어지는 사과와 채워진 공간

이 두 개의 발상은 실로 인류 역사를 송두리째 변화시켰다.

여기에 필자가 감히 하나를 덧붙이자면, 그것은 정보이다.

[우리의 생각이 곧 우주의 본질]이라는 지극히 단조롭고 진부한 주장이다.

옛 선승들로부터 꾸준히 던져진 명제지만

이것을 좀 더 논리적으로 풀어내고 싶었다.

훗날 과학적으로 증명된다면 영적 혁명이 일어나

4차원 문명이 앞당겨질 것으로 조심스럽게 예측해본다.

 

 

자, 다시 원점으로 돌아와서 아인슈타인의 휘어진 공간을 논해보자.

이상의 2차원 평면을 보면 3차원 중력 공 때문에 휘어져 있다.

그런데 2차원 공간은 어디로 휘어져 있는가?

 

기존 아인슈타인 이론에 따르면 2차원 공간이 휘어지면

마치 종이가 구겨진 것 같은 3차원 공간이 되는데

2차원 생물의 눈에는 휘어진 그것들이 보이지 않는다.

그들은 단지 2차원 표면이 휘어진 것을 간접적인 측정을 통해서만 알 수 있다.

만일 2차원 평면 세계를 날아가는 비행기가 휘어진 공간을 지나면

빛의 골절에 의해 왜곡되어 보일 것이다.

 

그렇다면 같은 질문을 3차원에 던져보자.

3차원 공간이 휘면 도대체 어디로 가는 것인가?

3차원에서 볼 때 2차원 평면이 휘는 것은 우리가 쉽게 인지할 수 있다.

하지만 3차원 공간이 휘는 것은 도무지 떠오르지 않는다.

종이를 휘라고 하면 간단하지만

농구공을 주고 전체를 균일하게 휘어보라고 하면 답이 없다.

기껏 생각해 봐야 농구공의 바람을 빼서 찌그러뜨리는 것이 전부다.

압축과 공간이 휘는 문제는 전혀 다른 개념이다.

 

왜 우리는 3차원 공간이 휘는 것을

관찰은 고사하고 상상으로도 그려낼 수 없는가?

그건 어떤 차원에 있는 물체가 휘어지면

그보다 높은 차원으로 들어가기 때문이다.

이런 차원의 특성에 입각해서 보면

3차원 공간은 4차원으로 휘게 되고

결과적으로 3차원에서는 극히 일부만 관측이 가능하게 된다.

 

여기서 모순이 발생한다.

아인슈타인은 일반 상대성이론에서 중력의 정체를 휜 공간으로 풀어냈다.

그리고 이 주장은 1919년 5월 29일 에딩턴이 찍은 개기일식 사진에 의해 최초로 밝혀졌다.

 

하지만 정말로 공간이 휘었다면 단순히 빛이 휘는 정도로 관측되어서는 안 된다.

빛이 잠깐 동안 4차원을 통과했다는 얘기인데

만일 그렇게 되면 마치 물속을 통과하는 것처럼

관측상 평소와 다른 현상이 목격되어야 한다.

 

이런 점을 떠나서도 질량을 가진 모든 것은

작든 크든 4차원으로 휘게 되고

결국엔 모든 것들에서 빛의 굴절과 같은 현상이 목격되어야 한다.

휘어진 공간의 설정은 한마디로 깔끔하게 정리되지 않으며

여전히 필요에 따라 뉴턴 역학을 활용하는 것도 그런 이유이다.

 

그렇다면 도대체 휘어진 빛은 무엇을 상징하는 것인가?

우리는 이 시점에 아인슈타인의 일반 상대성이론을 근본적으로 다시 생각해 볼 필요가 있다.

정말로 공간이 휜 것이 맞느냐는 점이다.

공간이 휜 것이 아니라 단순하게 빛이 휘었다고 보면 안 될까?

 

 

공간이란 무엇인가?

 

공간의 사전적 정의는

물체와 물체 사이에 텅 비어 있는 장소를 말한다.

이것을 양자역학에서 보면

어떤 것도 결정되지 않아 순수한 정보 상태를 유지하고 있는 영역을 뜻한다.

더 쉽게 표현하면 5차원 공이 된다.

 

사실 공간과 그 사이의 물체 모두 5차원 공으로 되어 있다.

차원을 막론하고 존재하는 모든 것은 공뿐이다.

그래서 공간은 공이다.

이런 공에 어떤 결정을 내림으로써 다양한 정보 현상이 생겨난다.

정보의 이합집산이 끊임없이 펼쳐지며 온갖 변화와 창조를 일으킨다.

정보들은 차원에 따라 구분되는데

가령 모니터의 화소처럼 조밀하여 실감나면 3차원

성글고 몽환적이면 4차원이다.

쉽게 UHD TV와 SD TV 화질을 연상해도 좋다.

 

정리하면

5차원 공의 성글고 조밀한 정보들이 이합집산을 반복하며

환유를 그려내고 있는 것이 우주가 된다.

더 간단히 줄이면 [공과 저항값]만 있게 된다.

전자를 절대, 후자를 상대라 하며 두 개가 한 몸으로 둥글어가는 것이 실존이다.

 

 

이렇게 보면 공간이란 휘일 것도 없고 휘지 않을 것도 없다.

휘고 휘지 않고의 개념은 지극히 3차원의 결정론적 사고방식이다.

다시 말해 만물을 유로 한정하여 보는 편협한 시각에서 비롯된 것이다.

 

가령 2차원 면을 보면 모종의 시간과 거리감 같은 것만 있어

휜다 것 자체가 성립하지 않는다.

이는 ‘공간적 방향’이라는 것이 3차원이 돼야만 생겨나기 때문이다.

2차원은 3차원과는 전혀 다른 규칙을 지닌 곳임에도 불구하고

우리는 무의식적으로 3차원 입장에서 보고 판단하게 된다.

 

물리학에서의 공간 차원은

3차원 아래는 3차원의 입장에서 하나의 단면을 취해 떠올리고

3차원 위는 3차원의 질서를 따른다는 전제하에

3차원적 방향축만 추가해 만들어진다.

따라서 3차원을 벗어나면 어떤 차원을 막론하고

기존 수학과 물리학에서 말하는 차원과 달라지게 된다.

 

그렇기에 우리가 고차원을 이해하려면

3차원적 틀거지를 벗어나는 데에 주안을 두어야 한다.

그것이 바로 유무의 속박에서 벗어나 정보를 이해하고 다루는 것이다.

 

다시 말하지만, 공간은 있는 것이 아니며

그렇기에 공간이 휜다는 것 자체가 성립하지 않는다.

굳이 어떤 차원의 공간이 휜다고 하려면

그 차원의 정보가 더 높은 차원에 들어감으로써

정보의 성향(해석)이 바뀌는 것이어야 한다.

 

따라서 공간이 휜 것이 아니라 빛이 흰 것으로 보아야

자연법칙은 보다 간명하고 아름답게 된다.

빛의 정보가, 태양의 강력한 폐쇄 정보와 간섭을 일으킨 현상이

휘어짐으로 나타난 것은 아닐까?

태양이 지닌 묵직한 폐쇄 정보와

빛이 지닌 빠르고 곧은 정보가 간섭되고

그 결과 살짝 폐쇄 정보 쪽으로 치우쳐진 것으로 말이다.

 

모든 것은 정보끼리의 간섭과 교차, 충돌에 의한 변화이다.

블랙홀 역시 휘어진 공간으로 인해 빛이 빠져나오지 못하는 것이 아니라

블랙홀의 폐쇄 정보가 빛에 덧씌워져 그것의 활동에 제약이 걸린 것으로 봐야 한다.

 

영화 <인터스텔라>를 통해 더욱 유명해진

웜홀 또한 같은 방식으로 이해해야 한다.

흔히 웜홀을 설명할 때, 2차원 평면을 구부림으로써 생겨난 지름길을 보여준다.

2차원을 휘어, 3차원을 만들면 지름길이 생겨나듯

3차원 역시 휘어, 4차원을 만들면 우주를 관통하는 웜홀이 된다는 견해이다.

물론 실제로 이런 일을 하려면 무한대에 가까운 에너지가 필요하지만

아인슈타인이 예견한 휘어진 공간을 샅샅이 뒤지다 보면

자연적으로 형성된 웜홀을 발견하지 않으리라는 법도 없다.

 

하지만 앞서 말했듯 자연의 본래 모습을 이해하기 위해서는

3차원의 결정론적 사고를 버려야 한다.

아인슈타인이 인류에게 놀라운 사고의 폭을 전해줬지만

그와 동시에 고정관념을 심어주기도 했다.

공간은 그냥 5차원 공 자체로 있고

우리가 3차원적 결정을 내려 3차원이 된 것뿐이다.

 

우리는 3차원으로 해석된 곳에서 살고 있다.

따라서 웜홀을 만들려면 해석을 바꾸는 것이 먼저이다.

양자의 세계처럼 상태 중첩을 만들면 3차원의 틀은 허물어진다.

그러면 우주는 하나로 이어진다.

138억 년 거리도 손만 뻗으면 닿을 거리가 된다.

 

해석이 없으면 거리도 없다.

해석이 가해지면서 너와 나로 갈라졌고 우주는 산산이 조각났다.

해석이 없으면 우주는 한 몸이고 하나의 생명이다.

그러니 점프해서 어느 곳으로 갈 것이 아니라 제자리에서 해석만 바꾸면 된다.

진정한 웜홀은 [이동하는 것이 아니라 해석을 바꾸는 데] 있다.

 

따라서 거시 세계에서 무한대에 가까운 에너지를 얻으려 하지 말고

양자 세계의 상태 중첩으로 들어가는 문을 찾는 것이 현명할 것이다.

 

 

참고로 현재 쓰고 있는 컴퓨터는 모든 것을 1과 0의 부호로 나누어 계산한다.

이 덕분에 우리의 문명은 속도전에서 유리한 고지를 점했다.

그런데 만일 1과 0으로 나누지 않고, 1과 0이 중첩된 상태에서 계산을 하면 어떨까?

 

이렇게 양자 상태가 되면 그 속도가 대략 1억 배는 빨라진다.

완성을 목전에 두고 있는 양자 컴퓨터는

상상할 수 없는 문명의 진보를 앞당기게 될 것이다.

이처럼 현대 문명의 성패는 1과 0 대립에서 탈피하여 [1과 0의 통합]에 달려 있다 해도 과언이 아니다.

아마 머지않아 그 해법이 속속들이 드러나지 않을까 싶다.

 

요컨데 뉴턴은 태양과 그 부속 행성들의 운동을 만유인력의 법칙에서 찾았고

아인슈타인는 여기서 한발 더 나아가 휘어진 공간으로서 풀어냈다.

이 두 가지 시도는 인류에게 커다란 지혜를 선사했다는 점에서는 이견이 없다.

 

하지만 현대물리학의 정점을 이루는 양자역학과는 여전히 상충된다.

그래서 거시 세계와 미시 세계로 갈라서 보는 것이 과학계의 유행이라면 유행이다.

허나 자연을 작은 입자와 큰 입자로 나눠서 보는 것은

문학이나 예술 분야라면 모를까 과학에는 어울리지 않는다.

 

 

자연은 하나이다.

자연에 대한 해석이 관찰자에 따라 제각기 다르지만

그렇더라도 공통분모는 있기 마련이다.

그것만은 하나의 법칙으로 설명되어져야 한다.

 

정보...!

[존재의 질료를 정보에서 찾는 것]이 그 열쇠가 되어 줄 것이다.