자연에 대한 의문, 답을 찾아온 길 (Questions about nature, the way to find the answer)

2018년 3월 14일. 아인슈타인이 탄생한 지 139년 되는 날에 천체물리학의 천재 스티븐 호킹 교수가 사망했다. 호킹은 온 몸으로 루게릭병과 싸우며 블랙홀과 우주론의 이해와 전진에 크게 기여했다. 그의 위대한 업적에도 사람들은 의구심을 가진다. ‘우주론이 우리에게 무슨 필요가 있지?’

1687년 아이작 뉴턴이 <프린키피아>를 세상에 내놨을 때 사람들은 뉴턴 이론이 자연의 법칙을 모두 설명해줄 것이라 믿고 정의했다. 1905년 알베르트 아인슈타인이 특수 상대성이론을 발표하기 전까지는 말이다.

1915년 아인슈타인은 중력장 방정식을 일반 상대성이론과 함께 발표했다. 한 줄의 식으로 전혀 별개인줄 알았던 시공간과 에너지가 얽혀있다고 소개했다. 이 수식과 함께 우주론이 등장했고 물리학자들은 새로운 관점을 가지고 더 많은 의문점에 대해 연구하기 시작했다.

호킹을 비롯한 많은 물리학자들의 연구에도 우주는 여전히 풀리지 않는 난제덩어리다. 우주론 역사상 가장 정확하다고 평가받는 빅뱅-인플레이션 우주론 또한 완벽하게 증명된 것은 아니다. 현재까지 표준우주모형으로 지칭된 ΛCDM 모형은 우주 물질의 전체 구성성분 5%만을 설명하고 있을 뿐이다.

자연과학은 자연 그 자체를 연구하는 학문이다. 자연은 많은 것을 인간에게 제공했다. 인류는 이를 이용해 불을 피우고 도구를 만들어 생존을 이어갔다. 인류는 무언가를 의도적으로 만들기 이전부터 자연의 도움을 받고 살았고 지금도 마찬가지다. 이러한 자연과학을 알기 위해선 많은 시간과 시도가 필요하다.

1887년 마이컬슨과 몰리는 에테르를 찾기 위해 마이컬슨 간섭계로 긴 시간동안 측정을 했다, 결과는 빛을 전달하기 위한 매질, 즉 에테르를 측정하지 못해 ‘에테르는 필요없다’는 결론을 낸 실험이 됐다. 이 실패는 과학 역사상 가장 위대한 실패라 불리기도 한다. 실험을 실패했다고 그 주제를 포기하는 것은 어쩌면 현명한 답이 아닐지 모른다.

“우린 답을 찾을 것이다. 늘 그랬듯이.” 영화 <인터스텔라>에서 쿠퍼(매튜 맥커너히)가 남긴 말이다. 이 세상엔 아직 모르는 것이 많다. 이를 찾기 위해 여러 시도는 필수적이다. 하지만 모두의 관심이 없다면 이는 어렵다. 하나하나 알아가려는 노력이 축적돼야 답을 찾을 수 있지 않을까?

이젠 우주론의 연구가 왜 필요한지 묻는다면 이렇게 답하는 것이 어떨까. 자연이 있기에 우리가 있고, 자연을 알아야 우리가 살 수 있다고.