[신박한과학] 과학의 힘으로 자연의 궁극적 법칙을 발견할 수 있을까?

 

 

자연 법칙은

시간과 공간에 따라 바뀌는 것도 아니고

누군가 만들어낸 단순한 아이디어도 아니다.

 

특히 중력과 같은 물리 법칙은

무조건 따를 수밖에 없는 절대적 존재로 인식돼 왔다.

 

하지만 우리가 믿고 있는 법칙들은

과연 실제 존재하는 힘일까?

아니면 일어나는 현상을 설명하기 위해

인간이 법칙을 만들어낸 것일까?

 

이에 대해 여러 가지 학설이 있지만

누구도 명확하게 규명하지 못하고 있다.

 

오늘은 자연법칙은

어디서나 똑같이 적용되는지에 대해 알아보겠다.

 

 

--중력의 법칙, 각운동량 보존의 법칙, 원심력 효과 등

 

중력의 법칙, 각운동량 보존의 법칙, 원심력 효과 등

이러한 법칙들은

현재 지구상에 적용되고 있으므로

타당하다고 생각하는 것이 안전할 것이다.

 

그러나 어떤 일이 현재 일어난다고 해서

46억 년 전에도 일어났을 거라고 할 수 있을까?

또한 지구에서 작용하는 어떤 법칙이

다른 세계에서도 똑같이 작용한다고 할 수 있을까?

 

그렇지 않다면

왜 자연법칙은 시간과 공간에 따라 달라야 하는가?

지구상에서는 분명히 자연법칙들이 장소에 따라 변하지 않는다.

그리고 지난 수백 년 동안, 이 법칙들은 변하지 않았다.

 

하지만 유감스럽게도 이 주장은 설득력이 없다.

왜냐하면 이 법칙들은 몇십억 년의 시간과

몇 광년의 거리를 대상으로 하는 것이 아니라

겨우 수천 킬로와 수백 년을 대상으로 하기 때문이다.

 

자연법칙이 보편적인 것이 아니라면

우리는 앞으로 이해할 수 없는 수많은 현상과 부닥쳐야만 한다.

 

그리고 우리가 알고 있는 법칙들이

여러 가지 상황에 잘 들어맞지 않아

우주는 혼란스럽고 무질서해질 것이다.

 

어쩌면 우주란 게 본디 그런 건지도 모른다.

실제로 우주에는 오늘날에도 이해할 수 없는 많은 현상이 존재한다.

우리는 정말 혼돈과 무질서를 마주 대하고 있는 건 아닐까?

 

최근의 과학자들은 우주의 어떤 측면의 경우

우리가 상상했던 것보다도

훨씬 혼란스러운 상태라고 결론을 내린 바 있다.

 

아직도 과학자들은 대부분 우주가

본질적으로는 매우 간단하며

똑같은 자연법칙이

장소와 시간을 불문하고 잘 들어맞는다고 생각하려 한다.

그러나 이것은 단지 속 편한 과정에 불과하다.

 

이것을 확신할 수 있으려면

각종 예와 증거를 확보해야 한다.

 

예를 들어

1700년대 후반에

물리학계에서 가장 중요한 일반 개념은

뉴턴이 발견한 만유인력의 법칙이었다.

 

모든 행성과 그 행성의 위성들이

이 법칙에 따라 거의 정확하게 움직였기 때문에

이 법칙이 태양계 전체에 두루 작용하고 있다고 확신했다.

 

천왕성의 운동이

만유인력의 법칙에 맞지 않는다는 사실이 알려졌을 때

과학자들은 천왕성 너머의 다른 행성이 존재하며

그 행성의 중력으로 이러한 불일치가 발생한다고 예상했다.

 

과학자들은 이 별을 찾아 나섰고

예상했던 자리에서 행성을 발견했다.

그것이 바로 해왕성이다.

 

태양계가 사실상 우주 전체라고 생각했던 시기에는

일반 법칙만으로도 충분했다.

그러나 아주 멀리 떨어져 있는 별들이

태양과 같은 존재라는 것이 밝혀지면서 천문학자들은 불안해졌다.

 

이렇게 상상할 수 없을 정도로 먼 거리에서도

자연법칙이 들어맞을까?

 

이 문제에 대해서

독일의 천문학자 윌리엄 허셜이 답을 내놓았다.

 

그는 별들에도 시체가 존재한다는 증거를 찾아다니는 한편

하늘에서 아주 가까이 붙어 있는 별들을 연구했다.

그 당시에는 모든 별들이 태양처럼 홀로 떨어져

빛을 내고 있는 것을 당연한 것으로 여겼다.

 

그러므로 어떤 두 별이 매우 가까이 붙어 있는 것처럼 보인다면

그것은 우리가 보기에 같은 방향으로

서로 멀리 떨어져 있기 때문이다.

 

여기서 서로 가까운 별은

듬성듬성 떨어진 별에 비해 작은 시차를 보일 것이다.

 

허셜은 이런 별들에서

아주 작은 위치상의 변화를 발견했는데

그것은 시차에 의한 게 아닌 것 같았다.

 

그는 1973년에 그것이 한 쌍의 별, 즉 쌍성이라고 확신했다.

두 별은 단지 외견상으로만 그런 게 아니라

실제로도 아주 가까이 붙어서 서로의 주위를 돌고 있었다.

 

이 별들은 서로 중력으로 묶여 있었으며

이 별들의 운동으로부터 뉴턴의 중력 법칙이

태양계뿐만 아니라

아주 멀리 떨어져 있는 별들에도 똑같이 적용됨을 확인할 수 있었다.

이것은 별이 반드시 홀로 떨어져 존재하는 건 아님을 보여주는

첫 증거였다.

 

허셜은 죽을 때까지 80여 개의 쌍성을 발견했다.

모든 별들은 예외 없이

뉴턴이 발견하고 아인슈타인이 일반화시킨

중력의 법칙에 따라 움직였다.

 

지난 200년 동안에 이루어진 과학상의 모든 발견은

자연법칙이 시공을 초월하여

모든 곳에 두루 적용된다는 생각을 더욱 굳혀주었다.

 

그러나 이러한 법칙들이 통용되지 않는

특별한 초자연적인 상태가 있을 수도 있다.

 

우리는 아마도 아직 그런 특수 상황을

제대로 연구할 단계에 와 있지 않다.

또한 과학자들이 최근에 생각한 것처럼

예견하거나 확실하게 설명할 수 없는 혼돈된 상태가 존재할 수도 있다.

 

이러한 혼돈 상태 역시

지구에서나 멀리 떨어진 별에서나

예외 없이 모든 곳에서 똑같이 존재할 것이다.

 

지난 세기에 수많은 과학적 발견이 이루어졌지만

우주에는 아직도 수많은 미스터리가 남아 있다.

 

지난 수천 년 동안 인간이 쌓아온 지식의 양은 실로 방대하지만

아직도 아는 것의 목록보다 모르는 것의 목록이 훨씬 길고

그 목록의 증가 속도도 훨씬 빠르다.

 

그렇다고 실망할 필요는 없다.

모르는 것이야말로 과학을 견인하는 원동력이기 때문이다.

지난 수십 년 동안 과학은

거의 지수함수적으로 발전해 왔다.

 

2014년에 과학잡지 네이처에 실린 기사를 따르면

2차 세계대전이 끝난 후

전 세계 학술지에 발표된 과학 논문의 수는

9년마다 2배씩 증가했고

무어의 법칙에 따르면

컴퓨터의 성능은 2년마다 2배씩 향상되고 있다.

 

공학자 레이 커즈와일은

이 법칙이 모든 기술에 적용된다고 주장한다.

그의 주장이 옳다면

인류는 지난 2만 년 동안 겪은 기술적 변화를

향후 100년 안에 겪게 될 것이다.

 

미래에도 과학은 지수함수적 성장을 계속할 수 있을까?

커즈와일은 기계의 지능이

인간의 지능을 능가하는 시점을 특이점이라 불렀다.

 

미래의 과학은 과연 이 특이점을 맞이하게 될까?

이 특별한 순간은

우리가 모든 것을 이해했을 때 찾아올 것이다.

 

정확한 시기는 알 수 없지만

우주의 모든 특성을 서술하는 방정식을 언젠가는 풀 수 있을 것이다.

 

스티븐 호킹은 그의 조서 <시간의 역사>에서 이렇게 말한다.

“나는 자연의 궁극적 법칙이 곧 발견되리라 믿는다.

그때가 되면 인간은 신의 마음을 읽을 수 있을 것이다.”