스티븐 호킹의 <시간의 역사> 읽기 / 곽영직

 

 

 

 

 

1장 저자에 대하여

 

ㆍ호킹이 21살일 때, 루게릭 병의 진단을 받았다. 호킹은 루게릭병을 진단받은 다음 해에 아내와 사랑에 빠졌다. 

 

ㆍ1980년 호킹은 간호사 중 한 사람인 일레인 메이슨과 가까워졌고, 호킹은 아내와 별거에 들어갔으며 이혼했다. 그 해 메이슨과 재혼했다. 

 

ㆍ1974년 호킹은 양자역학의 불확정성원리를 바탕으로 블랙홀이 복사선을 방출하고, 결국은 증발해 버린다고 주장한 논문을 발표했다. 1981년 호킹은 블랙홀이 증발될 때 정보도 사라진다고 주장했다. 그러나 호킹은 블랙홀의 정보 상실에 대한 자신의 주장이 실수였다고 인정한 것은 2014년이었다. 

 

ㆍ호킹은 장애인들을 돕는 활동을 하면서도 장애인으로 취급 받기를 싫어하는 이중적인 태도를 보였다. 

 

ㆍ1985년 호킹은 무경계 제안이 옳다면 우주는 팽창을 멈추고 다시 수축할 것이며, 그렇게 되면 시간이 거꾸로 흐르게 될 것이라는 연구 결과를 발표했다. 다시 말해 수축 단계에서는 시간이 흐름에 따라 엔트로피가 감소한다는 것이다. 하지만 후에 이 주장을 철회했다. 

 

ㆍ호킹은 힉스 보손이 절대로 발견되지 않을 것이라고 주장하고 내기를 걸었다. 2012년 CERN의 대형강입자충돌기를 이용한 실험에서 힉스 보손이 발견되자, 호킹은 자신의 주장을 철회했다.

 

 

2장 『간단한 시간의 역사』에 대하여

ㆍ<시간의 역사>를 끝까지 읽은 사람은 2%에 불과할 것이다. 

 

ㆍ<시간의 역사>

1장 우리의 우주관

2장 공간과 시간

3장 팽창하는 우주4장 불확정성 원리5장 기본 입자들과 자연에 존재하는 힘들6장 블랙홀7장 호킹 복사선8장 우주의 기원과 운명9장 시간의 화살10장 웜홀과 시간 여행11장 물리학의 통일12장 결론

 

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3장 요약하고 보충하여 재구성한 『그림으로 보는 시간의 역사』

 

1. 우리의 우주관

ㆍ아리스토텔레스와 프톨레마이오스의 지구중심설이 치명적인 타격을 입은 것은 1609년이었다. 그 해 망원경을 이용하여 하늘을 관측하기 시작한 갈릴레이는 태양중심설을 지지하는 관측 증거들을 찾아냈고, 케플러는 행성들이 원 궤도가 아니라 타원 궤도를 따라 태양을 돌고 있다는 것을 알아냈다. 

 

ㆍ뉴턴의 중력 이론에는 치명적인 문제점이 있었다. 우주의 크기가 유한하다면 가장자리에 있는 은하나 별들이 중력에 의해 안쪽으로 잡아당겨져, 한 점에 모여야 한다. 

 

ㆍ허블의 발견은 우주가 무한히 작고, 무한히 밀도가 높았던 빅뱅이라는 시작점이 있었음을 의미한다. 밀도가 무한히 높은 지점을 수학에서는 특이점이라고 부른다. 빅뱅 특이점에서는 모든 자연 법칙이 붕괴되기 때문에 그 이전과 그 이후 사건들 사이의 인과관계가 모두 사라져 버린다. 다시 말해 현재 우주에는 빅뱅 이전 사건들의 흔적이 남아 있지 않다. 따라서 시간은 빅뱅의 순간에 시작되었다고 말할 수 있다. 

 

ㆍ과학의 궁극적인 목적은 우주 전체를 기술하는 통일이론을 만드는 것이다. 

 

 

2. 시간과 공간

ㆍ뉴턴의 프린키피아

제1법칙: 외부에서 힘이 작용하지 않는 물체는 운동 상태를 바꾸지 않는다. 

제2법칙: 외부에서 물체에 힘이 작용하면 힘의 크기에 비례하고, 물체의 질량에 반비례하는 가속도 운동을 한다.

 

ㆍ아인슈타인의 특수상대성이론은 절대시간이라는 개념을 폐기하고 상대 시간이라는 개념을 도입한 것이다. 

 

ㆍ시간과 공간은 이제 더 이상 분리되어 있거나 독립적이지 않고, 서로 밀접하게 결합되어 있는 시공간을 이루게 되었다. 

 

 

3. 팽창하는 우주

 

4. 불확정성원리

ㆍ19세기 초 프랑스의 과학자 라플라스는 우리가 특정 순간에 우주의 상태를 알기만 하면 그 후 우주에서 일어날 모든 일을 예측할 수 있게 해 주는 과학법칙들이 존재할 것이라고 주장했다. (과학적 결정론)

 

ㆍ불확정성원리는 우주의 근본적이며 피할 수 없는 특성이다. 

 

ㆍ양자역학은 과학에 예측 불가능성 또는 임의성이라는 요소를 도입했다.

 

 

5. 소립자와 자연의 힘들

ㆍ모든 입자들은 스핀이라고 하는 물리량을 가지고 있다. 스핀은 입자들이 자신의 축을 중심으로 도는 자전이라고 생각할 수 있다. 

 

 

6. 블랙홀

ㆍ블랙홀의 경계를 사건의 지평선이라고 부른다. 

 

7. 블랙홀은 그다지 검지 않다

ㆍ사건의 지평선 표면의 넓이는 시간의 흐름에 따라서 동일하거나 늘어나지만 결코 줄어들 수는 없다. 사건의 지평선을 통해서 안으로 들어갈 수는 있지만 아무것도 밖으로 나올 수는 없기 때문이다. 

 

ㆍ블랙홀의 넓이가 줄어들지 않는다는 특성은 엔트로피라는 물리량을 상기시킨다. 엔트로피는 어떤 체계의 무질서도를 측정하는 양이다. 

 

8. 우주의 기원과 운명

ㆍ우주에 존재하는 입자들의 종류는 온도에 따라 달라진다. 

 

ㆍ우리가 경험하는 실시간 속에서 일어나는 사건이 아니라 복소수를 이용해 나타낸 허시간 속에서 일어나는 입자 역사의 파동들을 합산해야 한다. 

 

9. 시간의 화살

ㆍ메모리 소자에 정보를 저장하기 위해서는 에너지를 사용해야 한다. 이 에너지는 열의 형태로 발산되어서 우주 무질서의 총량을 증가시킨다. 우주의 무질서도 증가는 메모리 소자의 질서도 증가보다 크다. 따라서 컴퓨터가 메모리에 정보를 기록할 때마다 우주 전체의 무질서도는 증가한다. 모든 정보는 과거에 대한 기억이므로 컴퓨터가 기억하는 시간의 방향은 우주의 무질서가 증가하는 방향과 동일하다. 

 

ㆍ시간의 흐름에 따라서 무질서도가 증가하는 까닭은 우리가 무질서도가 증가하는 방향으로 시간을 측정하기 때문이다. 

 

ㆍ열역학적 시간의 화살과 우주론적 시간의 화살이 같은 방향을 가리키고 있다. 

 

ㆍ과거와 미래를 구별하는 시간의 방향

1. 무질서가 증가하는 방향을 가리키는 열역학적 시간의 화살

2. 과거와 미래를 구별하는 심리적 시간의 화살

3. 우주가 수축이 아니라 팽창하는 방향으로 흘러가는 우주론적 시간의 화살

 

 

 

10. 웜홀과 시간 여행

ㆍ과거로 간다고 해도 기록된 역사를 바꿀 수 없다는 것은, 우리가 원하는 것을 모두 할 수 있는 자유의지를 가질 수 없다는 뜻이다. 자유의지를 가지고 있다는 것은 사람들이 무슨 일을 할지 예측할 수 없다는 뜻이다. 그러나 모든 것을 지배하는 완전한 물리법칙이 있다면 그 이론은 우리의 행동까지도 결정할 것이다. 따라서 우리가 무슨 일을 할지 예측할 수 있을 것이다. 시간 여행자는 원하는 일을 마음대로 할 수 있는 자유의지를 가질 수 없을 것이다. 

 

11. 물리학의 통일

ㆍ우리는 4차원을 알아차릴 수 없다. 우리는 단지 시간의 1차원과 공간의 3차원밖에 인식할 수밖에 없다. 

 

 

 

12. 결론