Cosmos: SF

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2009년 5월 20일 수요일

SF 칼럼 [6]：가능성의 세계(6)-반물질(反物質)

반물질(反物質)^주⑴이란 무엇인가?
반입자들로 구성된 물질. 반양성자, 반중성자, 양전자가 모이면 반원자를 만들 수 있다. 이론적으로는 반항성이나 반행성, 반생물이 존재하지 말라는 법도 없다. 물리학에서 가장 큰 수수께끼 중 하나는 물리학 법칙에 의하면 물질과 반물질이 섞여있어야 함에도 불구하고 왜 우리는 오직 물질로만 이루어진 우주에 사는 것처럼 보이느냐는 점이다.

우주가 형성되었을 때 반물질도 물질과 함께 만들어졌을 것이다. 통상적으로 물질에서는 플라스 전하(電荷)를 가진 핵 주위를 마이너스 전하를 가진 전자가 돌고 있다. 그러나 반물질에서는 플러스 전하를 가진 반전자(양전자)가 마이너스의 전하를 가진 핵 주위를 돌고 있다.

핵은 모두가 양자(플러스의 전하를 가진)와 중성자(전하를 갖지 않은)로 만들어지고 있다. 따라서 반핵자는 반양자(마이너스의 전하를 가진)와 반중성자를 지니고 있는 것이 된다. 반중성자는 전하를 갖고 있지 않지만, 중성자란 ＜스핀 spin＞과 ＜바리온수(數)주1)＞라는 입자물리학을 기술함에 있어 중요한 두가지 특성이 반대로 되어 있다. 블랙홀 안에서는 성립되지 않는 것 같지만 반응하기 전후의 이 계통의 바리온수의 합계가 바뀌지 않는다는 엄밀한 법칙이 있는 것이다.

중성자(바리온수는 +1)는 양자(바리온수 +1)와 전자(이는 바리온수이 아니라 경립자(經粒子), 즉 레프튼이므로 바리온수는 0)가 될수 있다. 전하의 합계는 제로, 바리온수는 +1로 유지되는 것이다. 이것이 양자를 소멸시킨다고 할 때 그렇듯 쉬운 일은 아니다.

양자나 반양자(바리온수는 -1)는 함께 결합할 수가 있다. 이 두 개의 중립자가 만나면 번쩍하는 불길을 발하여 결합되다가 소멸되며 질량은 고에너지 방사로 바뀌면서 전하와 바리온수는 서로 상쇄된다. 이 과정을 입자 가속기를 사용하여 각 양자를 양자 2개분의 질량분보다 더 큰 에너지로 충돌시킴으로써 실험실 규모에서 역행시킬 수 있다. 여기서 일어나는 반응을 식으로 쓴다면 P+P 반응전 → P+P+P+P 반응후 가 된다.
즉 2개의 양자(P)가 3개의 양자와 1개의 반양자(P)로 되는 셈이다. 여기서 바리온 수의 합계는 실험전에는 1+1=2였던 것이 충돌 후에는 1+1+1-1=2 … 역시 2개 그대로이다.

CERN(스위스 제네바에 있는 유럽핵연구기구)과 같은 공동 연구소에서는 더 진전된 실험에 사용하기 위한 반양자가 이 같은 방법으로 흔히 만들어지고 있다(세계에서 가장 최초로 양자와 반양자의 고에너지빔 사이에 충돌이 있었던 것을 1981년초에 CERN에서 관측했다).

사진 1)1981년 CERN에 찍힌 반양자 빔과 양자 빔 사이의 최초의 충돌 입체사진.

반양자와 양전자가 결합되면 그 결과 중성반수소(中性反水素)인 원자가 만들어진다. 이론적으로는 반양자와 반중성자에서 보다 큰 핵을 만들고 그 양쪽에 궤도 양자를 붙임으로써 통상적인 원소와 똑같은 반응을 보여주는 반물질원소의 완전한 방식을 만들 수 있다. 반수소(反水素)인 원자 2개와, 반산소(反酸素) 1개로부터 반수분자(反水分子)가 만들어진다는 식이다. 그러나 만일 우리가 반수(反水) 1리터를 만들어낼 수 있다고 하더라도 도대체 그것을 어떤 용기에 넣어둬야 된다는 것인가?

(하지만 이런 걱정은 기우에 불과하다. 현실은 이러하기 때문이다. 아직까지 과학기술적으로 반물질을 대량으로 만들어 내는 것은 불가능하기 때문이다. CERN에서 지난 2002년 국제 실험팀인 아테나(ATHENA)팀이 유럽핵물리연구소(CERN) 입자가속기를 이용해 반수소(反水素) 5만개를 만드는데 성공했다. 5만개라는 숫자가 커보여도 질량으로 따지면 극히 미미하다는 것을 알수 있다. 가까운 미래에 좀더 효율적인 반물질 생성장치가 등장해 하루에 100만개의 반수소 원자를 만들어 낸다고 가정하더라도, 1g의 반수소를 만들어 내는데는 약 1천6백 조(10¹²)년이 필요합니다. 이런 엄청나게 느린 속도로는 가까운 미래에 SF에 등장하는 반물질을 이용한 우주선이나 댄 브라운 Dan Brown의 소설 ≪천사와 악마 Angels and Demons (2000)≫에서 등장하는 것과 같은 위력적인 반물질폭탄 등을 실용화시킨다는 것은 힘들 것이다. 현실적으로는 말 그대로 공상 속의 이야기라는 것이다.^{보충 1})

보충1우주가 한 번 생겨나서 소멸되기까지의 1우주 주기(宇宙週期, 1 cosmos circle [1CC])라고 상정(想定)해 보자. 생명은 우주의 역사(=시간의 역사)적 틀이라는 닫힌계 속에서 생성, 성장, 소멸의 순환 사이클을 반복할 뿐, 그 닫힌계를 벗어날 수는 없다. 그래서 우리는 1CC가 얼마나 될지는 아무도 모른다. 하지만 제 아무리 우주의 지속력이 길다고 하더라도 1천6백 조(10¹²)년 이라는 건 상상이 잘 안 되는 숫자이다. 천에 하나 만에 하나라도 인류가 우주 종말의 순간까지 살아남는다면 인류의 마지막 인간들이 보게 되는 것은 과연 무엇일까? 밤하늘에 빛나는 마지막 별빛의 모습일까? SF소설에서도 세상의 종말을 그린 작품은 많았다. 아서 C. 클라크 Arthur C. Clarke는 단편 ≪90억 가지 신의 이름 The Nine Billion Names of God (1953)≫에서 「…… 모든 것에는 항상 마지막 때가 있는 법이다. 머리 위 하늘에서 하나 둘씩 별들이 사라져가고 있었다.」라는 종결로 우주 종말의 순간을 섬뜩하게 묘사하고 있다. 또 아이작 아시모프 Issac Asimov는 단편 ≪최후의 질문 Nightfall (1941)≫에서 「…… ＜빛이 있으라!＞ 그러자 빛이 있었다.」라고 종결하며 새로운 창조를 예시하기도 했다. 그 외에도 SF에서 그리는 종말의 날은 많다. 어쩌면 세상의 종말의 모습은 우리가 상상할 수 없는 또다른 모습일지도 모른다. 하지만 이런 모든 상상 또한 조우에 불과하리라. 인류의 생명력이 제 아무리 길고 질기다 해도 SF에서 그리는 우주항해는 요원한 아주 아주 멀고도 먼 미래의 일이기 때문이다.

반물질이 물질에 닿으면 서로가 소멸된다. 이 양자를 합친 질량은 에너지의 눈부신 폭발로서 해방된다. 핵분열 폭탄의 에너지가 되는 것은 플루토늄(우라늄과 비슷한 방사성 원소) 질량의 최고 0.1%이다. 핵융합 폭탄에서는 이 숫자가 0.5%가 된다. 반물질에서는 이것이 100% 가까이까지 되는 것이다. 하긴 반물질인 경우에는 그 같은 폭발로서 반물질 1킬로그램의 에너지와 그에 상응하는 물질 1킬로그램을 보탠 에너지가 해방되는 것이 되므로 오히려 200%라고 해야 옳을 것이다.

전자와 양전자, 바리온과 반(反)바리온은 함께 고에너지인 감마선(및 얼마간의 무해한 뉴트리노^주))으로 되어 소멸한다. 일반적인 물질에 이 같은 반물질 1킬로그램을 던지면 TNT 4,300만톤에 필적하는 힘으로 폭발한다. 이것은 마치 일본 히로시마에 투하된 폭탄 수천개가 한꺼번에 폭발하는 것과 같은 것이다. 반물질 단 1킬로그램의 폭발력이 이토록 엄청나다보니 ≪스타 트랙 Star Trek≫에서 우주선 엔터프라이즈호는 그 같은 폭발을 제어한 힘으로 추진할 수 있는 것이다. 그러나 TV시리즈에서는 어떤 식으로 반물질을 만들며 저장하는지에 대해서는 단 한번도 설명한 바가 없다.

그림 2) 물질과 반물질이 접촉하면 서로 완전히 소멸한다. 물질 1킬로그램이 반물질 1킬로그램과 결합되면 1메가톤 짜리 TNT 폭탄 43개가 폭발한 것에 해당되는 에너지를 방출하는 것이 된다. 이 과정이 TV 시리즈인 「스타 트랙 Star Trek」에서는 우주선 엔터프라이즈호를 추진시키는 것이라 한다. 엔진실의 엔지니어인 스코티가 언제나 걱정스러워하는 것도 무리는 아니다.

스타 트렉의 오리지널 시리즈인 OST(1966)의 전함인 엔터프라이즈 호에서 광자어뢰를 발사하고 있는 장면. 광자어뢰는 원래 반양자 탄두이다. Image from Trek5.com

초기의 SF작가들은 반물질에 대해 종종 두 가지 과오를 범했었다.
첫번째는 반물질을 마이너스의 질량으로 여겼기 때문에 중력에 의해 끌리거나 밀리는 것으로 알았던 것이다. 그 중 한 가지 예가 E.E.스미스의 ≪그레이 렌즈맨 Gray Lensman≫의 마이너스 구체이다. 만일 이것이 그런 것이라면 반양자의 마이너스 질량/(및 마이너스 에너지)는 만나는 양자의 그것을 상쇄함으로써 나중에는 아무것도 남지 않게 된다. 그런데 실제로는 2개의 초고에너지와 감마선 입자가 발생하는 것이다(왜 2개냐 하면, 한쪽 방향으로만 폭발할 수 없으므로 운동량의 균형을 유지하기 위해서이다). 오늘날의 우주론에 따르면, 마이너스 질량과 같은 것은 존재하지 않는다.

두번째는 약간 까다로운 것인데, 예를들면 반수(反水)는 보통 물과 서로 소멸하는 것이므로 철로 만든 용기 속에 넣어 풀 수 있다는 의견이다. 그러나 그렇지는 않다. 파괴적인 반응을 보이는 것은 소립자와 소립자 사이에서 일어나는 일이지, 그것이 어떻게 늘어서 있는가와는 관계가 없기 때문이다.

그러면 어떤 식으로 반물질을 저장하면 되는 것일까? 저장하거나 대규모로 생산하기 위해서는 우주 공간이 가장 좋은 장소로 생각된다. 지상에서는 중력 때문에 조만간에 물질과의 파괴적인 접촉을 빚게될 것이다. 유일한 예외는 CERN인데, 이곳에서는 높은 온도로 운동하는 반양자가 ＜저장고리＞속에서 진공 채임버 벽에 닿지 않도록 차단된 상태에서 자장에 의해 가속되어 계속 회전하고 있다. 그러나 이는 전하를 가진 입자에만 효과가 있다. 예컨데 반중성자 등에 이런 방법은 사용될 수 없다.

반물질 우주선 Seetee Ship(1950)

잭 윌리엄슨 Jack Williamson은 ≪반물질 우주선 Seetee Ship(1950)≫과, ≪반물질 쇼크 Seetee Shock(1949)≫에서 반물질을 다루었는데, 이 ＜시티＞, 즉 ＜CT＞는 반물질이라는 의미로 사용된 지난날의 SF용어인＜반지구＞를 뜻하는 것이다. 그곳에 등장하는 병기 가운데 하나로, 중공의 자석 내부에 반물질의 자석이 진공상태에서 약한 자기적 반발력으로 떠 있는 폭탄이라는 것이 있다. 이 폭탄을 떨어뜨리면 충격으로 내부의 자석이 바깥쪽 자석에 충돌한다는 것이다. 일반적인 물질의 도구를 사용할 경우 도대체 어떻게 하면 그런 장치를 만들 수 있다는 것인가? 윌리엄슨의 소설에서는 인공적인 중력 조작에 의지하고 있다. 이것도 있을 수 없는 것으로 생각된다.

반물질 우주선 Seetee Shock(1490)

반물질의 제조도 손쉬운 일은 아니지만, 한편 자연의 반물질은 지금까지 발견된 적이 없다. 이론상으로 우주가 막 태어났을 때 물질과 똑같은 양의 반물질이 만들어졌을 것이다. 어쩌면 먼 거리에 있는 은하 속에는 오래 전에 어떤 이유로 말미암아 물질로부터 떨어져 있던 반물질이 만들어진 것이 있을지도 모른다. 만일 그렇다면 래리 니븐 Larry Niven의 소설 ≪플랫랜더 Flatlander(1967)≫에서 처럼 언젠가는 다른 은하로부터 떨어져 나온 반물질의 행성을 발견하게 될는지도 모른다. 그러나 아득히 먼 저편에서 지구에 닿는 우주선(宇宙線) 속에는 때때로 양자와 원자핵까지가 함유되어 있는데 반양자와 반핵자는 지금까지 발견되지 않고 있다. 그렇다면 자연의 반물질은 어느 곳에도 있는 것이 아닌지도 모른다.

플랫랜더 Flatlander(1967)

만일 그렇다면 반물질은 도대체 어떻게 된 것일까? 가장 명백한 해답으로는, 이론으로 예측되는 바와 같이 모든 물질과 반물질은 우주 창조가 이루어진 최초의 수초 사이에 함께 소멸해 버린 것이라고 할 수 있다. 그러나 만약 그런 것이라면 어째서 물질은 여전히 존재하고 있는 것일까? 반물질보다도 물질이 더 많이 만들어진 것이라고 생각되지 않으나, 우리의 우주가 물질이라든가, 별 또는 지적 생명을 지니고 있는 이유는 그런 식이 아니고는 달리 설명할 수가 없다. ≪최초의 3분간≫의 저자인 물리학자 스티븐 와인버그가 계산한 결과로 보건대, 물질이 반물질보다도 많았던 경우를 생각할 때는 우주 창조 직후인 인플레이션(inflation, 팽창) 개시부터 0.001초 부터이고 그 찰나의 순간에 입자쪽이 반입자보다도 10억개당 불과 1개의 비율로 많았던 것이 된다. 입자와 반입자가 처음에는 똑같은 비율로 만들어지고 소멸한 후 10억분의 1의 잔유물로 만들어진 것이 현재의 우주라는 셈이다. 다시 말하면 물질과 반물질의 대칭성이 어느 순간 깨어지지 않았다면 현재의 우주는 탄생하지 않았다는 것이다.

우주 창생에 대한 또다른 주장은 물리학자 M. 골드허버가 1956년에 발표한 이론에 따르면, 우주는 창조된 직후에 둘로 나누어졌다고 한다. 다시 말해서 우리가 살고 있는 물질 우주와 우리가 관측할 수 없는 반물질로 이루어진 또 하나의 우주가 있다는 것이다.

천체 물리학의 ＜반물질은 어디로 간 것인가?＞라는 의문에 대해서 놀랍게도 SF에서는 전혀 얘기되지 않고 있다. 그러나 영국 작가 이안 와트슨은, ≪요나 키트 The Jonah Kit(1975)≫라는 작품에서 반물질은 물질과 반물질이라는 구별의 의미를 가질 수 없는 미니 블랙 홀 속으로 사라져 갔다는 독창적인 의견을 제시하고 있다.

최근에 개봉한 일본 영화 ≪신의 퍼즐 Gods Puzzle(2008)≫을 보면 우주 창생에 대한 이론물리학적 담화가 아주 재밌게 펼쳐진다. 기회가 되시는 분들은 영화나 동명의 소설을 구해서 보시길 권유하며, 어렵고 머리 아팠던 반물질에 대한 칼럼을 마친다.

사진 3) CERN에 만들어진 거대한 반양자 개장장치. 이곳에서 반양자라는 형태의 반물질이 농축되어 운동량의 산포로 균형이 잡히고, 반물질은 진공관으로 축적된다. 다음 단계에서는 싱크로트론 속에서 양자 빔과 반양자 빔을 정면으로 충돌시켜 2000배의 증감현상이라는 기술을 구사하여 충돌한 입자의 흔적을 사진에 담는다. 이런 원리로 찍은 역사적인 최초의 충돌 사진이 상단의 사진 1)이다.

주석 註釋

^주⑴
주석 제목
註)

1. 반물질[反物質, antimatter]
반물질이란 보통의 물질을 구성하는 소립자의 반입자로 구성되는 물질로 정의됩니다. 반입자는 1932년 켈리포니아 공대의 P.M.앤더슨이 윌슨의 안개상자 속에 납의 박판을 넣고 우주선의 비적(飛跡)을 촬영하던 중 양전자(陽電子)를 발견하면서 그 존재가 처음 밝혀졌습니다.

그러나 앤더슨의 발견이 있기 전에 이미 반입자의 존재는 이론적으로 예측되어 왔습니다. 입자의 존재가 처음 예견된 것은 영국의 이론물리학자인 P. A. M. 디랙이 1927년에 발표한 방정식에서 입니다. 아래의 디랙방정식에서 입자가 가질 수 있는 에너지가 음의 값이 될 수 있음을 알 수 있습니다.

*디랙방정식
^E ⁼

E : 입자가 갖는 에너지
m₀ : 입자의 정지질량
c : 광속
p : 입자의 운동량(mv, 여기에서의 m은 정지질량이 아닌 특수상대성이론의 효과에 의해서 증가된 질량. v는 입자의 운동속도)

* 방정식의 우변이 모두 루트안에 있으므로 양과 음의 해가 모두 가능합니다. 그렇다면 왜 현실세계에 존재하는 입자들은 음의 에너지로 떨어지지 않고 있는지에 대한 설명이 필요할 것입니다.

예를 들어 원자핵 주위를 도는 전자는 여기상태에서 광자를 방출하면서 에너지가 줄어들고 바닥상태로 떨어집니다. 이 상태가 가장 안정되어 있으므로 원자는 더 이상의 에너지를 방출하지 않게 됩니다. 그러나 전자가 음의 에너지를 가질 수 있다면 전자는 외부로 광자를 계속 방출하면서 -∞의 에너지를 향해서 계속 떨어져 갈 것이며, 원자는 붕괴될 것입니다.

그러나 현실세계에선 이러한 현상이 전혀 일어나고 있지 않습니다. 디랙은 이것에 대한 해결책으로 파울리의 배타의 원리를 이용했습니다. 모든 입자들이 가질 수 있는 음의 에너지 준위는 모두 채워져 있고, 따라서 현실세계에 존재하고 있는 입자들은 음의 에너지 준위로 들어갈 자리가 없기 때문에 항상 양의 에너지만을 갖게 된다는 것입니다. 이 음의 에너지 준위를 채우고 있는 입자들 중 하나가 외부로부터 에너지를 얻어 양의 에너지로 올라오게 되면 그 입자가 존재하던 자리는 빈 공간으로 남게 됩니다. 그런데 여기서 주목할 점은 이 빈 공간이 마치 하나의 입자처럼 행동한다는 것입니다. 빈 공간의 질량은 그곳을 채우고 있던 입자가 양의에너지를 가진 상태와 동일하며, 전하와 스핀방향은 반대가 됩니다. 이것이 바로 반입자입니다.
출처 : 네이버 오픈백과

2. 바리온：바리온이란, 양자나 중성자와 같은 중입자(重粒子)의 총칭이다.

3. 양자, 양성자(陽性子)：중성자와 함께 원자핵의 구성 요소가 되는 소립자의 하나. 질량은 전자의 약 1,800배이고 양전하를 가지며 전기량은 전자와 같다. 원자핵 내의 양성자의 수는 그 원자의 원자 번호를 나타낸다. 기호는 P. ≒ 프로톤(proton).

4. 반양자, 반양성자(反陽性子)：소립자의 하나로 양성자의 반대 입자. 스핀과 질량은 양성자와 같지만 음의 전기 소량을 가지며 자기 모멘트의 부호가 반대라는 점에서 양성자와 다르다. 기호는 P(p-bar라고 읽는다). ≒ 반양자, 앤티프로톤(antiproton).

【참고어】

ㆍ제목 ㆍ
차후 보강.

작가 소개 (가나다)순

+ 한글 이름 | 영문 이름 ( ~ ) [상세 정보]
차후 보강.

참고 - 서적, 웹사이트

- 세계 백과 대도전
- 인터넷 이곳저곳
+ Anti-Matter
1. http://www.studyworld.com/newsite/ReportEssay/Science/Physical%5CAnti-Matter-383068.htm
2. http://www.newuniverse.co.uk/Antimatter.html
3. http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Antimatter

+ 더 읽어야 할 책

- <지은이>의 『제목』
차후 보강.

다음 SF 칼럼 [7] 가능성의 세계(7)：중력과 반중력 ▷

+ 본 SF 칼럼은 56회 분량으로 실을 예정입니다.
+ 짜투리 시간 쪼개서 작성하는 것이라서 주기적으로 올리지는 못할 겁니다. 되는 대로 쓰고 되는 대로 올리겠습니다. ^^
+ 전문적인 SF 칼럼니스트 만큼의 깊이는 없겠지만, 나름대로 기획해서 성심성의껏 올려보겠습니다. 많은 격려바랍니다. ^^
※ 이 칼럼은 저의 블로그에 올리고 있는 칼럼입니다. 퍼다 나르지 않으셨으면 합니다. ^^

2009년 4월 8일 수요일

영겁의 꿈

지금으로부터 20여년 전인 1986년 영국의 뉴사이언스 과학잡지는 우주의 모든 별자리를 컴퓨터에 입력시키면 사람 모양을 하고 있다고 발표하였습니다.

(컴퓨터 그래픽으로 처리한 화면)

즉, 사람 모습을 그대로 확대하면 우주의 모습이 되는 것이지요. 정말 신기한 일이죠? 물론 그냥 우연으로 치부해버릴 수도 있는 일이지만, 과연 우연으로 생각해버리고 말 일일까요? 예로부터 동양에서는 인간을 소우주라고 불러왔습니다. 인간은 대우주를 가장 많이 닮고 있는 존재입니다. 그리고 우주에 존재하는 모든 것은 인간의 몸 속에 존재합니다.

인간을 이루는 물질은 그 기원을 따라 올라가면 우주 창생시의 기억부터 시작해서 현재 '나'라고 이름 짓는 현재까지의 기억까지 전부 누적되어 있다는 말이 있습니다 (누가 그런 말을 했냐고요? 지금 제가 이렇게 새기고 있네요. ^^ㅋ).
물질이 그러하건데, 정신의 세계는 어떨까요? 정신은 과연 진짜로 우리가 죽으면 죽는 당사자와 함께 영원히 소멸되어 버리는 것일까요?
생각이란 무엇일까요? 뇌과학에서 얘기하듯이 과연 생각이란 것이 뇌 속에서 일어나는 전기화학적 신호에 불과한 것일까요?

현재 천문학계에서 알아낸 바로는 우주엔 우리 은하와 같은 은하가 1천억여개 정도 있다고 합니다. 관측 데이타를 기준으로 한 계산이니 아마 앞으로 더 늘어났으면 늘어났지 줄어들지는 않을 것입니다.
그 1천억개의 은하 안에는 우리 태양과 같은 항성(계)가 또 1천억개쯤 있다고 합니다. 대부분의 항성계는 그 자식격인 행성을 함께 거느리고 있으며, 각 행성은 또 위성을 거느리고 있습니다.

이런 단순 계산을 하다가 보면 우주엔 물질로 넘쳐나는 것 같은 생각이 들기도 하지만, 실상 우주의 거의 대부분의 공간은 텅비어 있습니다. 밝혀낸 보통 물질의 총질량은 우주의 총 에너지에 대비하여 계산하면 약 4%(4%의 대부분은 수소와 헬륨이며, 나머지 원소들은 미미하다.) 정도 밖엔 안 되며, 나머지 96%는 22%의 암흑물질(dark matter)과 74%의 암흑에너지(dark energy)라고 부르는 관측되지 않은 것들로 이루어져 있다고 합니다.
1천억의 은하와 각각의 은하 속에 있는 1천억의 항성(계) 그리고 항성계 속에 있는 행성과 위성, 혜성과 우주 먼지들... 이렇게 터무니 없이 어마어마한 숫자임에도 불구하고 우주 내의 보통 물질의 총질량은 고작 4%랍니다.

그 중의 한 행성인 지구 속에서 당신과 나라고 구분짓는 우리가 오늘을 살아가고 있습니다. 거시세계에서 바라본 인간군상들은 너무나 미미하고 보잘 것 없어서 공중에 떠도는 먼지 하나 만도 못하게 느껴지기도 합니다.

하지만 실제 우리가 보고 느끼고 숨쉬며 살아가는 현상 세계는 그렇게 보잘 것 없고, 미미한 세계가 아닙니다.
오늘도 지구 안에서는 어느 곳에서는 전쟁을 하고 있고, 아마존 밀림의 수 많은 나무들은 반대편에서 전쟁으로 인해 숲이 파괴되고 사람과 생물이 죽어가고 있는 것과는 아무 관계없이 산소를 방출하고 있습니다.
바다 속, 강물 속, 숲 속의 생태계는 인간이 어디에서 무슨 일을 하고 무슨 짓을 하건 아무 관계없이 먹고 싸우며 생태계의 그 거대한 흐름을 유지해나가고 있습니다.
오래전 그 생태계의 바깥쪽으로 벗어난 인류는 생태계를 마음대로 주무르고 있다고 착각하며 환경을 파괴, 개조하고 있습니다.
인류는 대체 어디서부터 잘못된 길을 걷기 시작한 걸까요?
대체 무엇이 인류를 생태계 밖으로 쫓아낸 것일까요?

다시 거시계로 생각을 되돌려봅니다.
우주의 모습이 인간 형상을 한 것이 우연이 아니라면 어떨까요?
정말 신이라는 절대자가 있어서 그분이 인류를 너무도 사랑한 나머지 우주 전체의 조감도를 인간형상으로 꾸며 놓은 것이라면 어떨까요?
그렇게 사랑하는 인류가 지금 자행하고 있는 생태계 파괴를 절대자는 어떤 마음으로 바라보고 있을까요?
사랑하는 것과는 무관하게 어쩌면 절대자의 눈으로 바라본 인류의 존재감은 먼지와도 같이 부질 없는 것일지도 모릅니다.
바람 앞의 등불처럼 언제든 꺼뜨릴 수 있는 존재이기에 그냥 가만히 바라보고만 있는 것일지도 모릅니다.
진정 우리 머리 속에서 느껴지는 전지전능한 존재인 神이 계시다면 우리는 정말 조심조심 살아가야 합니다.
한순간 그 신이 입김 한 번 내뿜으면 우리는 일순간에 없었던 존재가 되어 버릴 수도 있습니다.

바람 앞의 등불이 그러하듯이 한 순간 언제 피어올랐는지도 모르게 꺼져버릴 수도 있는 생명이라면, 방종은 그만두고 신이 만들어 둔 '생태계'라는 거대 순환 시스템 속으로 다시 돌아가야 하지 않을까 싶습니다. 신을 믿으며 살라는 것도 아니고, 신이라는 무시무시한 존재가 우리를 주시하고 있으니 알아서 기어라는 말도 아닙니다.

어쩌면 신이 자신의 존재성을 유지하기 위해서 인간에게 사고시스템을 주입시켜둔 것일지도 모릅니다. 그리고 자신의 존재성을 머리 속 저 깊은 곳에 심어두셨는지도 모릅니다. 만일 제 생각이 틀리지 않는다면 인간은 어쩌면 멸종은 피할 수 있을지도 모릅니다. 하지만 그렇다고 하여 방종스럽게 생활하며 신을 거역하고 신을 부정하는 짓은 그만둬야하지 않을까 싶습니다.

세상에 그냥 저절로 존재하게 된 것은 아무것도 없습니다.
자신은 하늘에서 어느날 갑자기 뚝 떨어진 존재인 듯 안하무인격으로 살아가고 있는 대부분의 사람들.
그대들은 그대들의 부모님이 안 계셨다면 이 세상에 없는 존재입니다.
부모님도 부모님의 부모님이 안 계셨다면 역시 이 세상에 없는 존재입니다.
시간을 거슬러 올라가면 시초엔 인류의 부모는 남자와 여자 딱 두 사람만이 남습니다.
그 남자와 그 여자를 기독교에선 '아담과 이브'라고 호명하며,
진화론에선 '암수 원숭이^{* 주1)} 한쌍'이랍니다.
(창조, 진화 중 어느 쪽을 믿건 당신 마음입니다. 지금은 창조, 진화 얘기를 하자는 게 아닙니다.)

또다시 시간의 강물을 거슬러 올라갑니다.
아! 여기에 단세포 생물 하나가 갑자기 나타납니다.

다시 시침을 반시계 방향으로 한참을 돌립니다.
저 멀리 눈에 보일 듯 말듯한 한 점 빛이 보입니다.

다시 시침을 반시계 방향으로 조금 더 돌립니다.
아무것도 보이지도, 아무것도 느껴지지도 않습니다. 아무 생각도 없습니다.
물질이 사라지고 세상이 사라지고, 이 우주 자체가 사라진 곳. 시간이 정지된 곳.
그 때 신은 깊디 깊은 영겁의 시간을 잠 속에 빠져들어 있었습니다.

갑자기 신의 눈동자가 빠르게 움직이기 시작합니다. 램수면 상태인가 봅니다.
아하! 신이 영겁의 시간 속에서 이제 막 꿈을 꾸기 시작했나 봅니다.
그 순간
저 멀리 눈에 보일 듯 말듯 한 한 점 빛이 보입니다.
.
.
.
신의 꿈 속에서 어떤 한 사내가 컴퓨터 모니터를 뚫어지게 바라보며
타이핑을 하려는지 키보드에 손을 올려놓은 모습입니다.
영겁의 잠 속에 빠진 신은 마치 자신이 모니터를 바라보고 있다는 느낌이 일순간 듭니다.
신이 꾸는 꿈 속의 그 사내는 신이 자신에게 이렇게 타이핑하게 하고 있다는 느낌을 받으며 키보드를 두드리기 시작합니다.

지금으로부터 20여년 전인 1986년 영국의 뉴사이언스 과학잡지는 우주의 모든 별자리를 컴퓨터에 입력시키면……

엽편 SF를 꾸며보며…….
신이 영겁의 꿈을 깨면 세상은 어떻게 될까요?
신이 꿈에서 깬 그 세상에선 어떤 일이 벌어질까요?
신이 꿈에서 깨어나면 어떤 일부터 먼저 시작할까요?

| 너스레 |
기사에서 시작해서 에세이로 그리고 소설적 플롯으로 끝을 맺습니다.
이런 식의 소설 형식도 있기는 했었죠.
별스럽게 새로울 것도 없는 것이지만, 글을 타이핑하다보니 저도 모르게 여기까지 쓰게 되네요.
좀 이상스럽기는 하지만 한 편의 짧은 엽편 SF라고 우기기로 합니다. ^^
계속 이어질지 아이디어로 남겨둘지는 아직은 모르겠네요. 작정하고 쓴 게 아니라, 끄적대다보니 플롯이 떠올라서....

| 주석 | (보충 : 오후 2:23 2009-04-21)
* 주1) 원숭이 : 통상 유인원류(Apes) 중 하나라고 두리뭉실하게 표현하지만, 표현만 다를 뿐 원숭이죠.

아래의 삽화는 분자진화적 방법으로 작성한 꼬리없는 원숭이들(Apes 혹은 유인원)의 진화분지도(evolution tree) 입니다. 영장류 연구자들과 인류의 기원을 연구하는 사람들에게는 상식이라네요.

왼쪽부터 오랑우탄, 고릴라, 사람, 보노보, 침팬지 입니다.
+ 위쪽 삽화와 삽화에 관한 설명글 출처 : http://hosunson.egloos.com/2270714
원 출처: http://www.nature.com/nature/journal/v421/n6921/full/nature01400.html

[영상 추가] (오후 5:11 2009-04-19)
'우주는 사람의 모습이다' 동영상으로 보기 [새창]

2008년 10월 2일 목요일

SF 칼럼 [5]：가능성의 세계(5)-우주의 시초

칼럼 [5]：가능성의 세계(5)-우주의 시초

들어가기 전에
+ 우주의 시초 즉, “태초란 무엇인가?”를 알기 위해선 먼저 ‘우주’가 무엇인가부터 먼저 알아보는 것이 순서일 것이다.
과학에서 얘기하는 ‘우주’의 사전적인 의미는 “존재하는 모든 것(Universe)”이라고 정의 내릴 수 있다.

영어 단어에는 ‘우주’를 지칭하는 세 가지 단어가 있는데, 마커스 초운 Marcus Chown^{Wiki(English)}이 정리한 바에 따르면 아래와 같다.

Space：Time and '스페이스'의 바로 그 스페이스. '우주'이며, '공간'이고, 또한 '우주 공간'이다. 물질이 존재하고, 사건과 현상이 일어나는 무대로서의 space.

Universe：존재하는 모든 것이다. 오늘날 우리가 태양계라고 부르는 실체를 지칭하기 위해 과거에 사용했던 탄력적인 용어라고 한다. (근대 과학의 초창기까지 서양 사람들이 활용했던 용어법. 수금지화목토성까지만.) 보다 최근에는 우리가 오늘날 은하수(Milky Way)라고 부르는 것을 지칭하는 데 사용되었다. 현재는 모든 은하의 총합을 가리키는 데 사용된다. 관측 가능한 우주에는 약 1,000억 개의 은하가 존재하는 것으로 추정된다. ('유니버스'는 우주학과 관련해서 시대마다 상당히 구체적인 실체를 가리키는 용어였던 듯하다.)

Cosmos：(능히 짐작할 수 있듯이) 혼돈(chaos)과의 대비 속에서 사용되며, universe의 대체어. 남미 원산의 아름답고 소박한 꽃 '코스모스'도 같은 철자를 사용한다. '조화'와 '균형', '질서 정연한 체계'라는 대체로 '긍정적'이랄 수 있는 가치 판단이 개입된 용어.

[참조] cosmology: 한영 사전에는 '우주론'이라고 나오지만 '우주-학(ology)'으로 바꿔써 주는 게, 미래를 생각한다면, 더 바람직하다. 실제로 ≪오리진 Origin 지호 출판사≫의 용어 해설에서도 '우주학'(cosmology)이라는 새김말을 올려놓고 있다.
[박스글 출처] http://sumbolon.egloos.com/3880474

동양에서는 우주를 한자어로 집 우(宇)자와 집 주(宙)자를 써서 우주(宇宙)라고 번역했는데, 우(宇)는 공간적인 의미를 나타내며, 주(宙)는 시간적인 의미를 나타낸다고 한다. 한자어인 우주(宇宙)는 상대성이론에서부터 시작된 “시공(時空)”의 의미를 내포하고 있는 아주 훌륭한 번역이 아닐 수 없다.

마커스 초운의 견해를 따르자면 우주론을 얘기하는 과학적인 글에서는 우주=Universe라는 등식을 적용해도 일반적으로 크게 무리는 없으리라 여겨 진다.

우주의 시초는 아득히 먼 수 백억년이라는 시간의 규모로 측정되는, 과학의 가장 매혹적인 문제 가운데 하나이다.

이렇듯 터무니없이 엄청난 문제가 지금까지 SF에서 등한시되어 왔다는 것은 이상한 일로 생각된다. 그러나 현대의 이론에 따르면, 우주가 원자마저도 살아남을 수 없을 만큼의 대단한 에너지로 넘쳐 있었던 그 당시의 일을 도대체 어떻게 얘기하면 되는 것일까?

폴 앤더슨의 장편, ≪타우 제로 Tau Zero≫에는 우주의 창조를 눈 앞에 볼 수 있는 얘기가 나오는데, 그는 이 작품을 성립시키기 위해 사실을 약간 어거지로 만들어 버렸다. 그는 이 작품에 멀지 않아 우주가 되는 모든 질량과 에너지를 포함한, 이 덩어리의 ＜바깥＞의 궤도를 도는 우주선을 등장시키고 있는 것이지만, 그러나 현대 물리학에 의하면 우주의 ＜바깥＞같은 것은 존재하지 않는다.^{주⑴：아인슈타인의 상대성이론}

우주론자가 현재 지지하고 있는 빅뱅이론에 따르면, 우주는 태초에 있었던 폭발 이래 급격히 팽창하고 있다는 것이다. 먼 곳에 있는 은하에 대한 관측은 그 은하 모두가 우리들로부터 멀어져 가고 있음을 말해 준다(이는 기차가 멀어져 갈 때 기적 소리가 낮게 들리는 것과 마찬가지로, 은하가 방출하는 빛이 스펙트럼의 빨간 쪽으로 이동하고 있는 것으로 알 수 있다.[도플러 효과^주⑵의 적방편이]). 그렇다고는 하나 우리가 살고 있는 이 우주의 평균적 부분이 다른 모든 것이 도망쳐가는 도심의 빈민촌 거리와 같은 것이라고 생각할 근거는 없다. 그와는 반대로 그 같이 먼 곳의 은하도 우리들과 마찬가지로 자신을 중심으로 다른 은하가 멀어져 가고 있는 것을 보고 있다고 생각해도 무방한 이유가 있는 것이다. 우주가 계속 팽창하는 동시에 ＜공간＞ 그 자체가 커가기 때문에 모든 것이 다른 것으로부터 멀어져가고 있는 것이다.

이를 이해하기 위해서는 모든 은하가 그려진 풍선의 표면과는 같은 것이 우주라고 생각하면 된다. 풍선이 약간 부풀면 그 표면의 면적은 커지고 모든 은하 사이의 거리는 증가한다. 물론 우주는 펌프로 무엇인가가 주입되어 팽창되고 있는 것은 아니다. 최초의 폭발에 의한 충격파 전선(前線)처럼 바깥측을 향한 운동량 때문에 표면이 무한대로 넓어지는 것이라고 생각해도 좋을 것이다. 여기서 만일 우주가 무한한 것이라 하더라도 은하가 서로 일정한 비율로 멀어져 가는 것이므로 표면이 팽창해간다는 표현은 충분한 의미를 가지고 있다.

우주가 팽창해 가는 비율과, 팽창해 가는 속도가 떨어지는 비율을(은하는 흩날려가면서도 중력으로 서로 끌어당기고 있기 때문이다) 알게 되면 우리는 우주의 기원으로까지 거슬러 올라갈 수 있다. 그것은 현재로서는 137억년 전에 일어났던 모양이다. 갓 형성된 우주는 앞서 설명한 바와 같이 공상의 ＜풍선＞ 표면을 (페인트)가 짙게 칠하면서 덮어 버린 것과 같은 상태였다. 그리하여 풍선이 팽창함에 따라 이 페인트는 얇은 조각으로 부셔진다. 흩어진 얇은 조각 하나하나가 은하라기보다는 원시은하(마침내 은하로 농축되는 뜨거운 가스구름)에 해당된다. 따라서 탄생 직후의 우주에는 페인트도 칠해지지 않은 곳은 없다. 우주 어느곳에도 자유로운 공간은 없었던 셈이다. 태초의 우주는 하나의 덩어리였던 것이다.

물리학자인 스티븐 와인버그는 ≪최초의 3분간 The First Three Minutes (1977)≫에서 과학에 의해 수학적으로 확인된 창조에 관한 최초의 순간을 명백히 하였다. 무엇보다도 태초에 우주의 온도는 무척 높았고, 또한 무한한 것이었을 것이다. 팽창하기 시작한 100분의 1초 사이에 고(高) 에너지의 중간자(中間子)와, 어쩌면 자유 쿼크(여러 이론에 따르면 양자와 중성자와 같은 기초적인 입자를 만들어내는 입자)마저도 출현, 우주의 모습은 터무니없이 복잡한 것이 된다. 100분의 1초 후에 온도는 섭씨 약 1000억도가 되며, 이미 안정된 상태의 양자와 중성자를 파괴할만한 정도의 것으로는 볼 수 없다. 그리고 더욱 가벼운 입자(전자, 양전자)라든가, 그 중에서도 특히 방사선으로 우주는 가득 채워지고 있다. 그 농도는 물의 수십억배가 된다. 즉, 이 우주를 채우는 플라즈마는 1㎤당 수천톤의 무게를 지니고 있었던 것이다. 현재의 우주는 무한한 것이며 생겨났을 때도 무한한 것이었다는 견해도 있으나, 일반적으로 현재의 우주는 유한한 것이며, 그 주위는 약 1250억 광년으로 예상하고 있는데, 이 경우 우주 탄생으로부터 100분의 1초 후에 주위는 약 4광년이 된 것이라는 계산이 나온다. 그러나 우주의 풍선위를 벌레가 기어간다고 생각할 때 제 아무리 기어간다 하더라도 끝까지는 당도할 수 없는 것이다. 다시 말하자면 여기서 주위라고 하는 것은 직선적으로 어디까지는 가되 실제로는 굽은 공간을 지나 같은 곳으로 되돌아 오기까지의 거리이다. 약 14초 후에 온도는 겨우 30억도 정도로까지 내려가 있지만, 이 정도의 온도라면 에너지로부터 그 이상의 전자와 양전자가 만들어지기에는 너무나도 낮으며, 전자와 양전자는 서로가 비비적거려 그 태반이 소실되어 있다. 3분이 약간 지나면 온도는 사뭇 낮아지며(10억도 이하), 100분의 1초로 만들어진 비교적 소수의 중성자와 양자는 높은 방사선에너지로 말미암아 뿔뿔이 흩어짐이 없이 서로 결합되어 원자핵이 된다. 그러나 원자가 형성되는 것은 다시 70만년 후, 즉 아직도 우주에 가득 차 있는 방사선이, 전자를 핵으로부터 떼어 놓을 수 없는 온도로 내려갔을 때의 일이다. 그 뒤 이렇게 해서 만들어진 원자를 중력이 원시 은하, 은하, 원시항성, 그리고 항성으로 계속 농축되어간 후 보다 무거운 원소가 항성 속에서 만들어졌다가 신성(新星)폭발로 흩뿌려지게 되는 것이다.

이같은 이론에 있어 유명한 한가지 증거는 태초부터 우주에 차 있는 방사선(우주배경복사 CMB: Cosmic Microwave Background ^주⑶)으로부터 얻게 되었다. 온도의 저하는 우주 팽창에 따라 짧은 고(高)에너지의 파장이 길고 낮은 에너지 파장으로 확대하는 데서 일어난다. 태초의 방사선은 아직도 우리들의 주위에 있으나, 실제로는 완전히 늘어나 있다. (절대 0도보다 3도가 놓은 곳까지 떨어진 이 ＜화석＞ 방사선이 1965년 물리학자 아르노 앨런 펜지어스와 로버트 우드로 윌슨에 의해 검출되었다. 이 두 사람은 1978년 '우주배경복사'의 발견으로 노벨 물리학상을 공동수상했다.)

그렇다면 우주는 영원히 계속 팽창해나갈 수 있는 것인가? 이 문제에 대해서는 [엔트로피와 우주의 종말]이라는 칼럼으로 따로 언급하기로 하겠다.

주석 註釋

^주⑴
아인슈타인의 상대성이론

우선 우주에는 끝이 없습니다. 많은 분들이 끝이 있다고 착각들을 하시는데, 절대로 끝은 없습니다.

우선 첫번째로, 우주가 끝이 있을 경우 우주 전체의 밀도가 일정치 않을수 있다는 문제가 있습니다. 우주는 팽창을 하고 있죠. 그리고, 우주의 여러 천체들은 질량에 의한 중력을 모두 가지고 있습니다. 각 천체들의 중력은 서로간에 같은 방향으로 잡아당겨 2배 힘으로 잡아당기기도 하고, 반대방향으로 잡아당김에 의해 중화되기도 하는데요, 만약 끝이 있다면, 우주끝의 방향은 반대쪽에서 잡아당기는 천체가 없음에 의해 우주 전체의 중심을 향한 합력이 더 커지는 방향으로 나타나게 됩니다. 즉 전 우주의 중력은 우주의 중심을 향하는 형태로 나타나게 되고, 이런 현상은 우주의 중심의 밀도를 높이는 현상을 가져올수 있습니다. 하지만 실제 관측에 의하면 이런 밀도 집중은 발견되지 않고 있답니다.

두번째로 우주탄생의 후예라고 불리우는 3K 복사체가 있습니다. 이 3K 복사체는 우주가 태어난 직후 무지 뜨거운 상태였는데 이때 탄생한 빛이 투명한 우주를 관통하고, 점점 팽창함에 따라 점점 적색편이 현상을 일으키게 되어, 현재는 3K 온도를 가진 물체가 내는 복사와 유사한 형태를 가지게 되는 현상입니다. 이 3K 복사체의 가장 중요한 특징중 하나는 어느방향에서 날라오는 전파를 잡는다고 해도, 항상 일정한 크기로 날아온다는 것인데요, 우주끝이 있을 경우 3K 복사체는 우리 지구가 전 우주의 정중앙에 있지 않는 이상은 똑같은 크기로 들어올수 없습니다. 앞에 첫번째에서도 말했다 싶이 우주의 끝이 있다면 우주의 밀도가 구역마다 틀리게 됩니다. 그 때문에 각 지역의 팽창속도가 틀릴수 있고, 또 각 지역에서 날아오는 전체 양에도 차이가 있을수 있습니다.(우주의 중심쪽은 많은 잔해가 있으므로, 더 많은 양의 복사체가 날라 오겠죠.) 하지만, 실제 관측에 의하면 3K 복사체는 어느 방향을 바라봐도 똑같은 양이 날라옵니다. 우주끝이 있다는 가정은 이런 상황을 설명할 방법이 없습니다.

세번째로, 우주끝의 팽창속도가 있습니다. 보통 우리가 과학시간에 배우는 우주의 팽창속도는 빛의 속도라고 합니다. 그럼 어느 방향이 빛의 속도인 것일가요? 위와 같은 가정하에서라면, 우리가 우주의 중심에 있지 않다면, 한쪽 끝의 팽창속도는 다른쪽 끝의 팽창속도보다 빠를수 있습니다. 이렇게 된다면 상대성이론에 의하면 빛의 속도보다 빠른 속도는 있을수 없으므로, 빠른쪽의 팽창속도가 빛의 속도라면 느린쪽의 팽창속도는 빛의 속도보다 느리게 될 것입니다. 아니 빠른쪽의 속도도 빛의 속도보다는 느려야만 합니다. 왜냐하면 우주 끝에 더 가까운 위치도 있을수 있으니 그 곳에서는 빠른쪽의 팽창속도는 우리가 있는곳의 팽창속도보다 더 빠르게 느껴져야 하기 때문입니다. 즉 우주끝의 팽창속도는 반드시 빛의 속도보다 느려야만 합니다. 우주끝이 있다고 주장하는 많은 사람들은 우주끝에 도달할수 없는 이유가 빛의 속도보다 빨라질수 없기 때문이라고 주장들을 하시는데, 위와같이 본다면 분명 우리는 우주끝에 도달할수 있을 것입니다. 그리고, 우주끝에서 반사된 빛도 존재할 것이고, 그 빛은 우리 지구에 도착해야만 합니다.(우주의 나이와 팽창속도의 비례관계를 수학적으로 생각해 보시면 분명히 우주끝에서 반사된 빛은 지구에 지금 도착해 있어야만 하다는 사실을 알수 있을 것입니다.) 하지만 우리는 아직 우주끝에서 온 빛을 한번도 본적이 없고, 관측된
경우도 없습니다.

그럼 우주끝이 없다면, 우주는 무한한 거리를 가질 것이고, 그럼 그 무한한 거리의 장소는 빛의 속도 이상으로 팽창할것 아니냐 라는 질문을 할수 있습니다. 이건 다음과 같이 설명 가능합니다. 우주의 가장 먼 장소는 빛의 속도로 팽창합니다. 하지만, 이 근처 장소는 워낙 속도가 빠르기 때문에 상대성이론의 거리축소 현상이 일어납니다. 즉 실제로 그 장소에서는 1억광년도 더 되는 거리가 있다고 할지라도 지구에서 보기에는 엄청 빠른 속도에 의한 거리축소로, 1m도 안되는 거리로 보일수도 있습니다. 이 축소현상은 멀리가면 갈수록 더더욱 심해지며, 가장 먼 장소의 경우에는 무한한 공간이 압축되어 있을수 있습니다. 즉 그곳에 가봤자 그곳에는 무한한 공간이 펼쳐질 뿐이라는 것이죠.

그 다음에, 시간지연 현상이 있습니다. 우주의 가장 먼 장소는 빛의 속도로 팽창하고 있죠. 이 현상은 시간을 정지시키는 현상을 보여주게 됩니다. 이 시간정지는 그곳의 현재 상태가 바로 우주탄생의 시기라는것을 보여주는 것입니다. 즉 우주의 끝은 있다고도 할수 있습니다. 단, 그 끝은 바로 우주의 탄생이지 무슨 벽같은 것은 아니랍니다. 즉 우리가 우주의 끝을 본다는 것은 어떤 벽을 보는게 아니라, 우주의 탄생을 보고 있는 것이랍니다. 그 대표적인 잔해가 바로 3K 복사체이죠.

[내가 만약 우주에 끝에 갔다면...?]

우주의 끝은 갈수 없습니다. 왜냐하면 우주는 끝이 없기 때문입니다.

우주의 팽창속도는 광속이라고 하는데 왜 끝이 없다는 것인가? 하는 의문이 생기죠.

그것을 쉽게 설명하는 설명은 다음과 같습니다. 우선 우주를 풍선이라고 생각해 봅시다. 단, 우주가 풍선의 내부가 아니라 풍선의 표면이라고 생각해 봅시다.
자 우주에 끝이 있나요? 풍선 표면을 따라 죽 간다면 그 끝이 끊어지는 경우는 없겠죠. 그러면서도 우주의 크기는 한정됩니다. 자. 이번에 풍선을 죽 불어봅시다. 점점 커지죠? 별과 별사이의 거리도 멀어집니다. 즉 우주의 크기는 점점 커지죠. 하지만 우주는 역시 끝이 없답니다. 이것은 쉬운 설명이고요...

좀더 정확한 설명으로 들어가면 이것보다 더 복잡합니다. 사실 위의 설명으로는 우주가 구형의 형태를 지니고 있을때에만 가능한 설명이기도 하죠. 하지만 현재로는 꼭 구형인것은 아닐거라는 설이 더 설득력을 얻고 있답니다. 좀더 자세히 설명하자면...

상대성이론에서는 속도가 빨라지면 시간이 느려집니다. 이것은 시간이 느려지는 것으로 보이는것이 아니라 실제로 느려지는 현상이랍니다. 그리고 그 식은,

t'=t√(1-(v/c)^2) 입니다.

우주의 끝은 빛의 속도로 팽창하고 있죠. 그럼 v에 v 대신 c를 넣어보면 t'=0 이 나옵니다. 즉 우주 끝의 시각은 멈추어 있죠. 다른 말로 하자면 우주 끝은 현재 우주 탄생의 시기때 시각을 그대로 가르키는 상태로 멈추어 있다는 말입니다. 즉 우리가 우주의 끝을 본다는 것은 우주 탄생의 시기를 보고 있다는 말과 연결된답니다.

그 다음으로, 우주끝의 넓이는 얼마나 될까요?

상대성이론에서는 속도가 빨라지면 공간이 축소되어 길이가 짧아지는 현상이 나타납니다. 그리고, 그 식은,

L'=L√(1-(v/c)^2) 이죠.

역시 위 식에 v 대신 c를 넣어보면 L'=0 이 됩니다. 즉 우주끝에 무한히 많은 공간이 있다고 해도, 우리가 있는 장소에서 보면, 0로 축소된 공간으로 나타날 뿐이란 겁니다. 이건 다른 각도에서 보자면, 내가 그 근처까지 날라갈 경우, 우주끝의 공간과의 속도차가 많이 줄어들게 될 거고, 그렇게해서 그 전에 수축된 공간이 다시 내 눈앞에 펼쳐지는 현상이 나타나게 됩니다. 즉 아무리 앞으로 가도 그 앞에는 무한히 넓은 수축된 공간이 펼쳐지게 되고, 결국 우주끝은 영원히 도달하지 못하게 됩니다. 즉 우주끝이란 지정된 장소는 존재하지 않는다는 말이랍니다. 아무리 가 봤자 그 앞에는 무한한 공간이 다시 펼쳐지게 마련이므로, 끝이란 말은 아무런 의미가 없답니다.

글쓴이 : 네이버 지식인 - sixlogic님 (sixlogic@naver.com)

^주⑵
도플러 효과

도플러 효과(Doppler effect)는 크리스티안 도플러가 발견한 것으로, 어떤 파동의 파동원과 관찰자의 상대적 위치가 변함에 따라 진동수와 파장이 바뀌는 현상을 가리킨다. 소리와 같이 매개체를 통해 움직이는 파동에서는 관찰자와 파동원의 매개체에 대한 상대속도에 따라 효과가 변한다. 그러나 빛이나 특수 상대성 이론에서의 중력과 같이 매개체가 필요 없는 파동의 경우 관찰자와 파동원의 상대속도만이 도플러 효과에 영향을 미친다.
[출처] 위키백과

^주⑶
우주배경복사 CMB: Cosmic Microwave Background
우주배경복사는 1965년 A. 펜지어스와 R. W. 윌슨이 우연히 안테나를 수리하다가 발견하게 된다. 우주배경복사는 초기에는 매우 뜨거웠다가 점차 식어가면서 옅어졌고, 현재는 약 3K의 온도에 해당하는 흑체복사 형태로 남아있다고 한다. 이 설명에서 많은 부분이 생략되어 있으므로 이해가 잘 안 될 것이라고 생각한다. 초기 우주배경 복사는 매우 높은 상태로 전 우주에 '거의' 균일하게 존재하고 있었다. 여기서 높은 상태라는 것은 매우 파장이 짧은 전자기파(즉 광자)가 서로 만나서 수없이 많은 입자-반입자 쌍들을 만들고, 이 입자들과 반입자들은 다시 합쳐 저 광자가 되는 과정을 수없이 반복하고 있었다. 하지만 우주가 팽창하면서 입자들과 광자들의 밀도가 점점 적어졌고, 광자가 입자를 만드는 일이 점점 안 일어나게 됐다. 어느 순간 물질과 입자들이 반응하지 않게 됐으며, 그 순간에 존재하던 전자기파가 현재의 우주배경복사에 보여 지는 광자들인 것이다. 시간이 지나면서 점차 광자들의 에너지가 줄어든 것은 허블의 법칙과 관련이 있다. 우주 초기에 거의 동일한 에너지를 갖고 있던 광자들은 점차 다른 광자들과 만나기 힘들어지면서 혼자 운동하게 됐는데, 광자가 직선으로 움직인 거리가 길수록 만나는 다른 광자들은 초기에 우주에서 더 멀리에 있던 광자들인 것이다. 우주는 초기에도 (인플레이션 이론의 영향을 무시한다면) 광속과 같이 팽창하고 있었으므로 멀리 존재하던 광자들은 만났을 때 현재의 도플러 효과에서와 같이 적색편이가 발생하고 있었다. 따라서 만나는 광자는 우주가 오래될수록 적색편이가 더 커져서 우주에서 오는 전자기파 - 우주배경 복사는 점차 온도가 낮은 흑체에서 나오는 빛과 비슷해지게 됐다. 그리고 현재의 우주배경 복사는 약 3K의 온도를 갖는 흑체에서 나오는 것과 이론상 일치한다.

【참고어】

ㆍ도플러 효과 ㆍ우주배경복사(Cosmic Microwave Background)

작가 소개 (가나다)순

+ 폴 앤더슨 | Paul Anderson (1926~2001) [상세 정보]
1926년 미국 펜실베이니아 주에서 스칸디나비아계 이민의 자손으로 태어나 미네소타 대학에서 물리학을 전공했다. 대학 시절에는SF와 판타지 팬들의 모임인 미네아폴리스 판타지 협회에 가입, 고든 R. 딕슨이나 클리포드 D. 시맥같은 작가 지망생들과 친교를맺었고, 졸업 1년 전인 1947년에 F. N. 월드롭과 함께 쓴 단편「내일의 아이들 Tomorrow’s Children」을『어스타운딩』 지에 발표하여 SF 작가로 데뷔했다.

원래는 과학자가 되는 것이 꿈이었지만 2차 대전 뒤의 취직난 탓에 전업 작가가 되는 길을 택했고, 1952년에 첫번째 장편인『시대의 하늘 Vault of the Ages』을 출간했다. 핵전쟁 후의 지구를 배경으로 한 이 청소년 SF는 그다지 SF계의주목을 끌지 못했지만, 다음 해에 잡지에 게재됐던 장편 『뇌파 Brain Wave』는 평단과 독자들의 격찬을 받았고, 앤더슨을비슷한 시기에 등단한 딕슨 및 시맥과 더불어 50년대의 가장 유망한 신인 SF작가의 반열에 올려놓았다.

그는 향후 40여 년 동안 무려 100편에 육박하는 장편과 2백 편이 넘는 중단편을 발표했으며, 7개의 휴고상과 3개의네뷸러상을 수상하면서 거장으로서 확고한 명성을 쌓았다. 대표작으로는 『타우 제로』(1970),『FireTime』(1974),『Dominic Flandry』시리즈(1951-1985), 『타임 패트롤』시리즈 등이 있다.

앤더슨은 하드 SF, 역사 SF, 스페이스 오페라, 판타지를 자유자재로 넘나드는 박학다식하고 폭넓은 작풍을 선보이며 ‘가장과학소설다운 과학소설을 쓰는 작가’로 평가받았다. 미국 SF작가협회(SFWA) 6대 회장을 역임하는 등 SF 팬덤에서도적극적으로 활동했고, 하드 SF작가로 유명한 그렉 베어를 사위로 맞기도 했다. 1997년에는 SFWA가 수여하는 제16대 그랜드마스터로 추대받았고, 21세기를 앞두고도 활발한 집필 활동을 벌이다가 2001년에 전 세계 SF팬들의 애도를 받으며 작고했다.

참고 - 서적, 웹사이트

- 세계 백과 대도전
- (그림으로 보는) 시간의 역사 - 스티븐 호킹
- 오리진 - 닐 디그래스 타이슨, 도널드 골드스미스
- 최초의 3분 - 스티븐 와인버그 著 (1977년 초판본)
- 태초 그 이전 - 마틴 리스 著(1997년 초판본)

+ 인터넷 이곳저곳
- http://may.minicactus.com/100145
- http://kin.naver.com

+ 더 읽어야 할 책과 영상


- <스티븐 호킹 著> 『(그림으로 보는) 시간의 역사』	- <스티븐 와인버그 著> 『최초의 3분』	- <마틴 리스 著> 『태초 그 이전』

칼럼 [6] 가능성의 세계(6)： ▷ 반중력

+ 본 SF 칼럼은 40여회 분량으로 실을 예정입니다.
+ 짜투리 시간 쪼개서 작성하는 것이라서 주기적으로 올리지는 못할 겁니다. 되는 대로 쓰고 되는 대로 올리겠습니다.
+ 전문적인 SF 칼럼니스트 만큼의 깊이는 없겠지만, 나름대로 기획해서 성심성의껏 올려보겠습니다. 많은 격려바랍니다. ^^
※ 이 칼럼은 퍼다 나르지 않으셨으면 합니다.

2008년 9월 11일 목요일

SF 칼럼 [4]：가능성의 한계(4)-순시전달(瞬時傳達)과 외계와의 소통

들어가기 전에
+ 칼럼의 제목인 순시전달(瞬時傳達：순간통신, 순간송수신, 순간전달 등은 같은 의미)은 풀어쓰면 ‘초광속 실시간 통신’
+ SF나 양자물리학에서의 “순간이동(瞬間移動=공간이동, Teleportation)”은 물질을 양자 암호화(quantum cryptography, 양자얽힘이 어쩌고 저쩌고…)해서 목적지로 복사(전송)하고 원본은 파괴되는 개념.

+ 순간이동(공간이동)에 대해서 쉽게 설명해 놓은 책으로는 ≪스타트렉의 물리학 (로렌스 M. 크라우스 著)≫이 있다. 스타트랙(SF)에서 제안하는 순간이동과 양자물리학에서의 순간이동의 차이점을 알고 싶은 분은 책의 “제5장 원자냐, 비트냐?(p93~p115-구판본, p113~p144-신판본)”와 아래의 페이지를 참조하면 될 것입니다.
다른 참조 페이지：p156, p174, p195 (구판본의 페이지임)

+ EBS의 기획 포럼 프로그램인 “미래포럼 2050”에서 2008년 4월 중순에 『순간이동 현실가능성은?(제8회, 2008년 4월 19일 방영)』이란 제목으로 다룬 적이 있다. 관심 있는 분은 <EBS 미래포럼 2050 (무료)> 홈페이지로 접속하셔서 감상하십시오.(※ EBS는 회원가입 후에 동영상 감상이 가능함.)

※ 도서 ≪스타트렉의 물리학 (로렌스 M. 크라우스 著)≫과 영상『순간이동 현실가능성은?(제8회, 2008년 4월 19일 방영)』 이 두 가지를 보고나면 스타트랙에 등장하는 순간이동장치의 맹점을 알게 될 것이고, 현실 과학과 SF적 아이디어의 차이점에 대해서 확실하게 알게 될 겁니다.

SF에서의 순시전달은 물질을 보내는 것이 아니라, 순수하게 정보만을 보내는 것이라는 의미에서 현실적인 규정을 피하려는 것이다.

이를테면 여기 한 가지 매우 간단한 FTL(Faster Than Light, 초광속) 통신기의 안(案)이 있다고 가정하자. 그것은 몇 광년이든 무방한 길이를 가진 강체(剛體)의 막대이다. 이 막대는 강체이여서 이쪽 끝 가까이를 밀면 그 막대 전체가 동시에 움직이는데 밀거나 끌어당기는 신호에 따라 순간적으로 별에 메시지를 보낼 수 있는 것이다. 그러나 이는 두말할 것도 없이 터무니없는 얘기다. 완전한 강체의 막대라는 것은 존재하지 않는다. 밀 때마다 그 에너지는 관(管) 속을 달리는 음파처럼 막대를 따라 광속보다도 훨씬 느리게 전진하는 것이다.

또다른 비슷한 안(案)도 있다. 몇 광년이나 되는 길이의 막대 두 개를 우주에 나란히 세워 사용하는 것이다. 먼저 지구쪽의 끝을 접촉시켜 두 개의 막대를 극히 작은 각도로 교차시킨 후 저쪽 막대앞이 몇 센티 떨어져 있도록 한다. 여기서 한쪽 막대를 옆으로 움직이면 그것은 다른 한쪽의 막대 위를 미끄러지면서 매우 단시간내에 건너편의 막대끝이 접촉하여 지구쪽 막대끝도 수센티미터 떨어지게 된다.(그림은 추후에 보강함.) 이렇게 하여 짧은 시간동안에 질량이나 에너지를 초광속으로 보내는 것이 아니라, ＜무엇인가＞가 막대를 따라 몇 광년을 여행한 것이 된다. 즉, 막대가 접촉되는 점이 지구에서 훨씬 떨어진 저편 끝까지 사뭇 이동해 가는 셈이다. 이는 정보전달에 이용할 수 있는 것일까? 실상 이에 대한 대답은 단적으로 ＜NO＞이다. 제임스 블리쉬 James Blish의 몇 가지 소설에 나오는 ＜울트라 웨이브 커뮤니케이션(초광파 통신기)＞와 같은 이런 종류의 장치인 전자기판(電磁氣版)이라고도 할 수 있는 보다 정교하고 기묘한 장치도 성공하지 못할 것이다. 여기서 간과되고 있는 것은 두 개의 막대가 접촉된 곳이 초광속으로 전진하기 전에 막대의 가로이동(橫移動)은 이미 시작돼 있지 않으면 안되는 점이다. 그러므로 저편 막대의 끝에서는 이미 ＜신호＞가 오는 것을 알고 있으며, 또한 그 신호외의 정보는 아무것도 없다는 것도 알고 있는 것이다. 물리학자들은 이에 관한 것을 ＜무의미한 초광속신호＞라 말하고 있다. 달을 향해 레이저를 휘두르면 빛나는 점은 달의 표면을 FTL 속도로 움직인다. 그러나 이 점은 월면의 한 점에서 다른 점으로 아무런 정보도 가져다 주지 않는 것이다.

초광속으로 정보만을 보내는 것으로써 상대론과 인과율을 또한 회피하려고 하더라도 그것은 불가능하다. 곤란한 것은 마찬가지인 것이다. 모든 FTL 메시지는 관측자의 입장에 따라서는 그것이 보내지기 전에 이미 도착한 것으로 보이는 결과를 가져온다. 우리의 우주관은 이를 받아들일 수가 없는 것이다.

SF에 나오는 순시전달기 가운데 매우 그럴 듯한 것이 두 가지 있다. 어슐러 K. 르 귄^{SF Readers Wiki}의 ＜앤시블(ansible, 초광속통신기[FTL communicator])＞^주⑴과 제임스 블리쉬의 ＜디랙 전송기(Dirac Transmitter)＞가 그것이다. 앤시블은 르 귄의 몇 가지 작품에 등장하는데, 이를 발명한 것은 ≪빼앗긴 자들 The Dispossessed (1974)≫의 주인공인 물리학자 쉐백이다. 이는 아인슈타인의 상대성 이론을 대체할 이론으로 제시된 것인데, 아인슈타인의 이론을 특수한 경우로서 내포하는 것으로 설정되어 있다(마치, 뉴턴의 운동법칙：아인슈타인 이론의 특수한 경우와 비견되는 것이다. 즉, 광속 혹은 광속에 근접한 속도에서는 뉴턴의 운동법칙은 쓸모없게 되어 버리지만, 광속보다도 훨씬 느린 경우에는 완전히 유효해지는 것과 같은 것이다.). 인과율의 문제는 ＜동시성＞(실제로는 메시지가 하나의 통신기에서 다른 곳으로 가는 것이 아니면서 그처럼 보일 뿐이다.)이라는 개념을 제기 함으로써 회피하고 있다.

제임스 블리쉬 James Blish는 ≪시간의 5점성 Quincunx of Time (1973)≫*에서 앤시블과는 다른 안(案)을 제시하고 있다. ＜디랙 전송기(Dirac Transmitter：실재 물리학자인 폴 디랙과 관련시켜 이름지어졌다.)＞에서 보내지는 메시지는 과거, 현재, 미래를 불문하고 모든 디랙 수용기로 포착할 수 있다. 이 블리쉬의 세계에서는 미래는 과거와 마찬가지로 불변인 것이므로 원인이 있기 전에 결과가 있다는 것(인과율 역전현상)과 같은 역설은 사라져 버리게 된다. 다시 말하면 결정론적 세계인 것이다(만약 탄환이 표적에 명중한다면 손가락은 방아쇠를 당기지 않으면 안되는 것으로 그곳에서는 이같은 하나의 사상(事象)이 또다른 원인이냐 아니냐의 여부에 대한 논의는 이미 아무런 의미도 없게 된다. 그 대신 결정론적인 우주에서는 모든 사상이 단단한 수정의 원자처럼 고정되어 있으며, 따라서 어떤 순서로도 보고 갈 수가 있는 것이다.).
* ≪시간의 5점성 Quincunx of Time (1973)≫은 장편(掌篇) ≪비프 Beep (1954)≫의 확장판이다.

고맙게도 현대의 양자물리학은 결정론에 대해 반대방향을 보여주고 있다. 결정론적 세계에서는 우리가 내리는 어떤 결단이든 무엇인가를 바꾸게 하는 힘은 없다. 즉, 우리가 아무리 발버둥 쳐도 결국은 정해진대로만 일어나게 되어 있는 것이다. 양자물리학에서는 모든 우주는 우리가 내릴 결단의 창조라고 말할 수 있다. 다시 말하자면 양자물리학에서는 우주 자체가 우리가 결단을 내림으로써 된 창조물이라고 말할 수 있다. 어떤 형태는 관측되기 전까지는 어떤 사상이나 ＜실재＞하지 않는다는 것이 기본적인 사고방식이다. 뿐만 아니라 우리는 관측함으로써 그 사상을 변화시킨다. 무엇인가를 관측하기 위해서는 바로 그 물체를 겨냥하여 광자(光子)^주⑵를 반사시키지 않으면 안된다. 그 광자의 충격이 물체의 운동을 변화시키는 것이다. 그 물체가 축구공처럼 클 때 변화는 눈에 띨 만한 것은 못된다. 그러나 물체가 전자처럼 작을 때는 한개의 광자가 충돌하는 것만으로도 물체의 진로는 크게 바뀌게 된다. 이같은 사고의 흐름에 기반하여 1927년 물리학자 하이젠베르크의 ＜불확정성원리(不確定性原理, Uncertainty principle)＞^주⑶가 탄생하게 됐다. 불확정성원리란 단적으로 얘기하자면, 양자역학의 (미시적인) 세계에서는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 알 수는 없다는 원리이다.

결국 입자의 위치와 속도는 어느 한쪽이 측정되지 않으면(동시에 양쪽을 측정할 수는 없는 것이므로) 어느 한쪽도 실재하지 않는 것이 된다. 입자는 아마도 그곳에 존재할 것으로 예측되는 희미한 ＜확률함수＞로서 공간에 퍼져 있다. 우리가 측정했을 때에 한해서만 그 확률파(確率波)는 붕괴되어 일순간만 고체입자로서 활동한다. 그러면 이것을 FTL전달자에 연결시키는 방법은 없는 것일까? 예컨대 동시에 발생하여 반대방향으로 가는 두 개의 입자에 관한 ＜확률함수＞를 다루는 실험을 생각하는 것은 가능할 것이다. 여기서는 한쪽 입자를 측정함에 따라 또다른 한쪽의 입자상태를 추정할 수 있다. 양자물리학의 작용으로 이렇듯 가까운 쪽 입자의 무엇을 측정할 것이냐에 대한 선택에 따라 일순간에 먼 곳의 입자에 영향을 미칠 수 있는 약간의 가능성이 생기게 된다.

이같은 실험은 1972년에 처음으로 이루어졌으며(아래 그림 참조: 이후에 추가 예정), 그리고 1981년 파리에서 그 결과가 추인되었다. 만약 이 결과가 받아들여지게 된다면 아마도 ＜벌레 구멍＞ 또는 무엇인가를 통해서겠지만, 한쌍으로된 입자 사이에 초광속전송이 있게 된다. 이 상대론은 물론 이같은 루트에 의해 효과적인 정보를 보내기란 불가능한 것으로 예측하고 있다. 그런데 양자물리학자는 원인과 결과문제에 대해 때때로 오만한 태도를 취한다. 미국의 물리학자 헨리 스타프 Henry P. Stapp는, ≪초광속 전달은 필연적인가? Are Superluminal Connections Necessary?(1977)≫라는 논문에서 아래와 같이 쓰고 있다.

양자현상은 정보가 반드시 고전적인 사고방식을 따르지 않는 작용을 하는데 대해서 일단은 증거를 갖추고 있다. 정보가 초광파적(빛보다 빨리)으로 운반된다는 생각은 선험적(先驗的)으로 불합리한 것이라고는 할 수 없다.

이같은 종류의 실험과 이론은 매혹적인 가능성을 지니고 있다. 그것은 다른 우주에 대한 가능성마저도 암시하고 있는 것이다.

끝으로, 시인의 심안(心眼)으로 바라본 세상이 양자물리의 세계와 어떻게 닿아 있는가를 여실히 보여주는 예라고 할 수 있는 작고하신 김춘수 시인의 ＜꽃＞을 읊조리며, 미시세계와 거시세계의 경계선상에서 불안해 하는 마음을 추수려봅니다. ^^

꽃 김춘수(金春洙, 1922~ 2004 작고)

내가 그의 이름을 불러 주기 전에는
그는 다만
하나의 몸짓에 지나지 않았다.

내가 그의 이름을 불러 주었을 때,
그는 나에게로 와서
꽃이 되었다.

내가 그의 이름을 불러준 것처럼
나의 이 빛깔과 향기(香氣)에 알맞은
누가 나의 이름을 불러다오.
그에게로 가서 나도
그의 꽃이 되고 싶다.

우리들은 모두
무엇이 되고 싶다.
너는 나에게 나는 너에게
잊혀지지 않는 하나의 눈짓이 되고 싶다.
(잊혀지지 않는 하나의 의미가 되고 싶다.)

1952년 作

주석 註釋

^주⑴
앤시블(ansible)
정식명칭：Ansible FTL Communicator(Faster Than Light Communication device: 초광속 통신기)

앤시블(ansible)의 어원
앤시블(ansible)은 answerable(답할 수 있는)에서 파생됐다고 어슐러 르 귄이 언명한 바 있다.

앤시블(ansible)은 어슐러 K. 르 귄의 '헤인 우주' 시리즈^*의 첫 작품인 ≪로캐넌의 세계 Rocannon's World (1966)≫에서 처음으로 사용됐고, ≪빼앗긴 자들 The Dispossessed (1974)≫에서 도입됐으며, ≪어둠의 왼손 The Left Hand of Darkness (1969)≫과 ≪세계는 숲이라는 단어 The Word for World is Forest (1976)≫ 등의 작품에서 등장한다.

앤시블(ansible)은 르 귄의 소설 ≪빼앗긴 자들≫의 주인공인 아나레스의 과학자 쉐벡에 의해 처음으로 발명되었다.

르 귄은 냉전시대를 토대로 한 SF ≪빼앗긴 자들≫에서 앤시블의 탄생을 다루었다. 앤시블은 공산 사회인 ‘아나레스’에서 자본주의 사회인 ‘우라스’로 망명한 수학자 쉐벡의 공식을 토대로 생겨난 기계다. 엄청난 이득을 챙길 수 있는 공식을 두고 암투가 벌어지는 가운데 쉐벡은 전파를 통해 모두에게 자신의 공식을 공개한다. E=mc² 공식이 원자탄으로 이어졌듯, 간단한 수식으로 이루어진 쉐벡의 공식은 르 귄이 그려낸 헤인(Hain) 우주 시리즈의 핵심인 앤시블의 토대가 된다. 앤시블은 현재 알려진 물리학으로는 말이 되지 않지만(어떤 정보도 광속보다 빠를 수 없다!) 소설적으로 매우 편리한 설정임에 틀림없다.
[박스글 출처] 월간 판타스틱 홈페이지

앤시블은 르 귄의 '헤인 시리즈'에 등장하는 통신장치(송신기)로써, 상대성 이론(빛보다 빠르게 움직이는 물체의 시간은 그렇게 움직이지 않는 물체의 시간보다 느리게 간다)을 극복하여 수십만 광년 떨어진 지점에서도 실시간 통신을 가능하게 해주는 장치이다. 간단히 말하자면 '초광속 통신기기'라고 보면 된다. 원리는 송신기 중 한쪽을 어느 정도의 질량을 가진 행성상에 고정시킨 후 나머지 한쪽을 자유로이 가지고 다님으로써, 어떠한 지점에서도 두 군데에서 동시에 메시지의 교환이 가능하도록 하는 것이다.

앤시블은 ≪빼앗긴 자들≫의 주인공인 과학자 쉐벡에 의해 처음으로 발명된 이후, 르 귄의 헤인시리즈에 등장하고, 미국 SF작가 OSC (Orson Scott Card, 오슨 스콧 카드)는 그의 엔더(Ender)시리즈에서 차용하기도 했다.
국내에서는 얼굴없는 작가 듀나의 ≪대리전≫*과 유명한 판타지 소설 '눈물을 마시는 새'의 작가인 이영도씨의 SF단편 ≪카이와판돔의 번역에 관하여≫"에서‘앤시블’의 개념을 차용하기도 했다.
* ≪대리전≫은 원작은 단편이었고, 2006년 중편으로 개작되어 작품집이 출판됨

* '헤인(Hain) 우주' 시리즈란?
헤인 시리즈란 전미 SF·판타지 작가 협회가 선정한 '그랜드 마스터'이자 전미 도서상, 휴고 상, 네뷸러 상 수상 작가인 르 귄의 대표적 연작 소설을 지칭한다. 서로 다른 문화를 지닌 수많은 세계들이 공존하는 가상의 '헤인 우주'를 배경으로 사십 년에 걸쳐 집필된 이 시리즈는 오늘 우리 세계를 비추는 문명 비판적 통찰을 담고 있다.

≪대리전≫에서의 앤시블의 응용
듀나는 ≪대리전≫에서 ‘앤시블’이라는 장치를 도입, 우주여행 문제를 깔끔하게 해결했다. 앤시블은 어슐러 르 귄의 소설에 등장하는 장치로, 아무리 먼 거리에 있어도 실시간으로 통신이 가능한 통신기다. 여행은 힘들지만 채팅과 접속은 가능하다는 것이다. 듀나의 ≪대리전≫은 이 앤시블을 이용하여 실제 여행은 하지 않고 정신만을 현지의 다른 육체에 다운로드하여 먼 행성의 관광을 즐긴다는 아이디어를 제공한다. [박스글 출처] 월간 판타스틱 홈페이지

^주⑵
광자(光子)
광자(Photon, 빛입자)：빛을 구성하는 입자

^주⑶
불확정성원리(不確定性原理, Uncertainty principle)
불확정성원리는 우리가 아원자(亞原子)^*의 세계를 깊이 파고 들면 들수록 자연상의 어느 한 부분 또는 다른 부분이 모호해지는 지경에 도달하며 그 부분을 다시 분명하게 하면 또 다른 부분이 모호해진다는 사실을 밝히고 있다. 이것은 우리가 마치 카메라로 움직이는 그림을 조정하려는 것과 같다. 마지막으로 촛점을 맞추고 나서 보면, 그 사진의 오른쪽이 선명해지고 왼쪽은 완전히 초점을 잃어버리게 된다. 사진 왼쪽에 초점을 맞추려고 애를 쓰면 오른쪽이 희뿌옇게 되기 시작하여 상황은 뒤바뀌어 버리게 된다.

이 두 극단 사이에서 균형을 유지하려고 하면 사진의 양쪽이 알아 볼 수 있는 상태로 돌아오기는 하지만 최초에 있던 그 흐림을 제거할 방법이 없게 된다. 불확정성원리의 원형에 따르면 사진의 오른쪽은 움직이는 입자의 공간적 위치와 상응한다. 그런데 사진의 왼쪽은 그 운동량과 상응하게 된다. 이처럼 움직이는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 것이 불확정성원리의 핵심이다.

이 성질의 어느 하나를 정확하게 결정하려고 하면 할수록 다른 것을 점차 알 수 없게 되어 버린다. 가령 입자의 위치를 정확하게 밝히게 되면 이상하게 들리겠지만 그 운동량에 대해서 전혀 알 수 없게 된다. 만일 입자의 운동량을 정확하게 결정하면 위치를 알아낼 방법이 없다.

* 아원자(亞原子)란? 원자보다 작은 구성요소들. 즉, 원자핵이나 전자등을 말한다. 원자 이하의 미시세계에서는 만유인력은 영향을 미치지 못하고 오히려 전자기력, 핵력들이 크게 영향을 미친다. 그렇게 되면 기존의 거시세계적인 상식으로는 설명이 불가능한 현상들이 벌어진다. 따라서 그러한 현상들을 설명하기 위해서 정립된 것이 양자역학이다.

【참고어】

ㆍ광자 ㆍ불확정성원리 ㆍ아원자

작가 소개 (가나다)순

+ 어슐러 K. 르귄 | Ursula K. Le Guin (1929 ~ ) [상세 정보] - ① ②
1929년 저명한 인류학자 알프레드 크로버와 동화작가 디어도어 크로버 사이에서 태어났다. 래드클리프 칼리지를 졸업하고, 콜롬비아대학에서 프랑스와 이탈리아 르네상스 문학을 전공했으며, 풀브라이트에서 프랑스 역사학자인 찰스 르귄을 만나 결혼했다.1962년 시간여행을 다룬 로맨틱한 단편소설「파리의 4월」을 발표하면서 작품 활동을 시작, 현재까지도 왕성한 작품 활동을 펼치고 있다. 저자의 저작은 물론 판타지와 SF가 중심이긴 하지만 그 외에도 에세이, 어린이책, 비평, 시에 이르는 폭넓은 세계를 아우르고 있으며, SF 문단만이 아니라 미국 문학계에서도 높은 평가를 받고 있다.

인류학과 심리학의 영향을 받아, 휴고 상과 네뷸러 상을 동시에 수상한 대표작「어둠의 왼손」이나「빼앗긴 자들」의 경우에서 보이듯 단순히 외계라는 이름의 세계를 그리는 것이 아니라, 다른 환경 속에 사는 사람들의 사고 방식과 문화를 깊이 있게 파고들어 일종의 사고 실험과 같은 느낌마저 준다. 저자는 많은 상을 탔는데, 십여 차례 휴고 상, 네뷸러 상을 수상했으며, 그 외에도 세계 환상문학상, 카프카 상, 필그림 상 등 다수의 수상 경력이 있다.

+ 폴 디랙 | Paul Adrian Maurice Dirac (1902 ~ 1984) [상세 정보]
폴 에이드리언 모리스 디랙(Paul Adrian Maurice Dirac, 1902년 8월 8일 - 1984년 10월 20일)은 영국의 이론 물리학자이다. 양자 역학을 탄생시킨 사람 중의 하나이다.

1933년 에어빈 슈뢰딩거와 함께 "원자 이론의 새로운 형식의 발견"으로 노벨상을 수상했다. 1932년부터 1936년까지 케임브리지 대학교에서 루카스 석좌 교수를 역임했다. 그의 이름을 따서 주는 상인 디랙 메달은 국제 이론 물리 센터(ICTP) 이론 물리학자들에게 주는 상이다.

그가 워낙 말수가 적었다는 것을 가리켜 디랙이란 단위를 정했는데, 1 디랙은 한 시간에 한 마디를 내뱉는다는 단위이다.(출처: 마틴 가드너, ≪양손잡이 자연세계 The New Ambidextrous Universe≫, 과학세대 옮김, 까치, 1993)
※ 말 수 적은 건 저도 디랙과 견줄만 하군요! 근데, 물리학은…… ^^ㆀ

+ 제임스 블리쉬 | James (Benjamin) Blish (1921 ~ 1975) [상세 정보]
제임스 블리쉬는 1942년 microbiology에서 학사를 받았다. 세계 2차 대전이 터지자 블리쉬는 졸업 후 참전하여 1944년까지 medical technician으로 종군하였다. 전쟁 후 콜롬비아 대학에서 2년 있었는데, 이 시기에 Futurians에 가입했다. 그의 아내이자 에이전트인 Virginia Kidd도 Futurians의 멤버였었다. 학업을 끝낸 뒤 블리쉬는 문학계에 뛰어들었으나 시간이 나면 언제든지 SF의 나래를 펼쳤다고 한다.

블리쉬는 1968년 영국으로 이주했으며, StarTrek 11 서문에 그의 주소를 영국으로 쓰기 시작했다. 말년에 그는 StarTrek 각본과 단편 모두에 있어서 중심 작가였었다. 그의 다른 취미는 고양이, 음악 콘서트, 아마추어 연극, 비행이었다.

- ≪양심의 문제 A Case of Conscience (1958)≫로 1959년 휴고상 장편부문 수상.
- 동명의 단편 소설은 뒤늦게 1953년 레트로휴고상 (2004년 시상)을 탔음.

SF에 있어서의 제임스 블리쉬(James Blish - William Athling, Jr.의 가명)의 업적은 많지만,

그의 저서 ≪양심의 문제 A Case of Conscience (1953년 초판, 1958년 개정확장판)≫를 통해서 원죄의 개념에 의해 초래된 딜레마에 기초를 둔 철학적, 신학적 주제를 흥미롭게 다루었다는 것이다. 이 소설의 구성은 대단히 지성적인 파충류가 살고 있는 행성을 탐구하기 위해 보내진 예수회 생물학자가 중심이 되어 있다. 그 생물학자는 파충류들의 매우 순수한 도덕적 천성 때문에 생긴 인간성에 대한 특이한 심리학적 위협이 행성의 파괴를 정당화할 수 있는지를 결정해야 하는 것이다. 언뜻 보기에 불가능해 보이는 이 역설 뒤에 있는 논리가 블리쉬가 조심스럽게 전개시킨 성격묘사의 문맥에서는 강렬하고 설득력이 있다.

블리쉬는 또 SF 4부작으로도 유명하다. 이 4부작은 통칭 ＜우주 도시(Cities in Flight:공중도시)＞라 불리는데, 여기에는≪지구인, 고향에 오다 Earthman, Come Home≫, ≪별을 가진 사람들 They Shall Have Stars≫, ≪시간의 승리 The Triumph of Time≫, ≪별을 위한 삶 A Life for the Stars≫이 포함되어 있다. 이 소설들에서 사건과 배경의 전개는 매우 광대하다. 이들을 하나로 묶는 개념은 모든 도시들-우주선뿐만이 아니라-이 "spindizzy field"로 알려진 반중력을 이용한 동력에 의해 은하 간의 여행을 할 수 있게 되었다는 것이다.

[참고] 멋진 신세계 회지(1호) 'SF의 역사(정직한 옮김)'

참고 - 서적, 웹사이트

- 세계 백과 대도전
+ 인터넷
- http://www.seoprise.com/
- http://sfcave.kr/
- 위키페디아 (국내)
- 월간 판타스틱
- 그외 이곳저곳

+ 더 읽어야 할 책과 영상


- <데이비드 달링 著> 『불가능한 도약, 공간이동 (Telportation : The Impossible Leap)』	- <로렌스 M. 크라우스> 『스타트렉의 물리학』	- <EBS 미래포럼 2050> 『제8회 순간이동 현실가능성은? (2008-04-16)』

다음 SF 칼럼 [5] 가능성의 한계(5)： ▷ 우주의 시초

2008년 8월 17일 일요일

SF 칼럼 [3]：가능성의 한계(3)-하이퍼스페이스(초공간)과 투명인간

이 우주를 초광속(FTL)으로 달리는 것이 무리라고는 하지만, 혹시 가까운 길을 통해 갈 수가 있을는지도 모른다. 일반적인 우주를 빠져나가 공간/시간의 비밀의 뒷길을 여행하고, 그리고 출발지점에서 굉장히 멀리 떨어진 우리들의 우주의 어딘가에 되돌아 올 수 있는 방법은 없는 것일까?

하이퍼스페이스^주⑴란 그러한 가까운 길이 사용되는 ＜또다른 공간＞을 말하는 SF 용어이다. 이 용어는 존 W. 캠벨의 단편인

≪최강의 기계 The Mightiest Machine(1934)≫에서 최초로 발명되어 사용되기 시작했는데, 그뒤 수백명의 작가들에 의해 도용되어 왔다. 오늘날에는 하이퍼스페이스는, SF의 표준장비 가운데 하나가 되었으며, 이에 따라 항성에 여행할 때 발생되는 까다로운 문제는 모두 해결되고 있다.

그러나 하이퍼스페이스를 지름길로 가는 것이 이 우주내를 초광속으로 여행하는 것과는 생각컨데 사정이 다르다라고는 하더라도 그것이 상대론과 인과율에 저촉되는 점에서는 다른 것이 없다. 광선이 A에서 B까지의 지점을 가기보다도 단시간에 두 지점 사이를 항행한다는 단순한 사건 자체가 인과율을 범하는 것이다. 그러나 그런 문제는 우선은 덮어 두기로 하고, 하이퍼스페이스란 실로 어떤 것인가를 생각해 보기로 하자.

어떻게 보면 하이퍼스페이스란, 우리의 3차원 공간이 어떤 수단으로 접혀지고, 채워 넣어진 (마치 2차원의 종이를 뭉쳐 3차원의 공 속에 넣은 것과 같은) 고차원 공간과 같은 것이다. 그 종이가 우주의 지도라고 한다면 그 종이를 접음으로써 지도의 다른 부분이 닿기 때문에 지도상으로 멀리 떨어진 두 개의 항성이 서로 가까와지게 된다. 이 지도 위에 벌레는 별에서 별까지 지도 위를 기어다닐 필요는 없다. 구김살이 잡혀짐으로써 항성이 3차원적으로(2차원이 아니라) 접근한 지점에서 뛰어 옮아갈 수 있는 셈이다. 로버트 하인라인의

≪스타맨 존스 Starman Jones(1953)≫에 나오는 우주선은 우주의 어느 지점에서 4차원의 하이퍼스페이스를 지나 3차원 공간의 주름살(눈에는 보이지 않는다)에 의해 가까와진 ＜머나먼＞ 다른 지점으로 뛰어 옮아간다. 그렇다면 그 지름길을 통과하기 위해서 어떻게 해서 이 우주를 탈출하면 좋은 것일까? 이를 위해서는 이 우주에서 가능한 모든 방향에 대해 직각방향으로 움직여야만 되는 모양이다. 즉, 그것은 영화 스크린의 2차원상(像)이 갑자기 방안에 나타나는 것과 같은 것이다.

이보다도 일반적인 하이퍼스페이스에 대한 견해는, 이 우주보다는 훨씬 작은, 어느 한 점을 보더라도 이 우주의 하나의 점과 대응하고 있는 것과 같은 ＜문 한장을 사이에 둔 우주＞와 같은 것이다. 수학자들은 이를 ＜1대1＞사상(射像)이라고 부르고 있다. 그러므로 하이퍼스페이스는 이 우주 속에 있으면서 우리가 방문할 수 있는 조그마한 지도와도 같은 역할을 담당한다. 즉, 우리는 부산에서 지도에 ＜부산＞이라고 표시되어 있는 지점으로 갔다가 그곳에서 ＜서울＞이라고 표시된 지점까지 걸어가 그곳에서 다시 진짜 서울로 나올 수 있다는 것이다. 그런데 여기서도 곤란한 문제는 도대체 어떻게 해서 그 지도속에 하이퍼스페이스가 들어가냐 하는 점이다.

이런 종류의 예는 프레데릭 폴 Frederick Pohl의 소설,

≪지도제작자들 The Mapmakers [Alternating Currents(1956)에 수록된 단편(Galaxy Science Fiction 잡지1955년 7월호에 최초 수록)]≫에 나오는데, 이 소설에는 매우 논리적 표현이기는 하지만 지도상에서 1cm 정도 위치가 틀렸기 때문에 우주선은 예정한 목적지보다도 수백만 광년이나 떨어진 정상적인 우주로 되돌아와 버린다. 하이퍼스페이스 여행이 그렇게 간단하다는 보증은 아무 곳에도 없다. 밥 쇼우 Bob Shaw의 소설

≪밤에 걷다 Night Walk(1967)≫에서는, 하이퍼스페이스의 우주가 수학자의 악몽이라고 할 수 있는 매우 복잡한 형태를 하고 있다. 그래서 경험이 없는 여행자는 결국 이 우주의 완전히 엉터리 지점에 닿게 되어 두 번 다시 집으로 돌아갈 수 없게 된다.

더욱 우울해지는 것은 조지 R.R. 마틴 George RR Martin의 짧은 단편, ≪초아속 (FTA, 1974)≫인데, 이 소설에서는 인간이 하이퍼스페이스에 들어가는데 성공하지만, 결국 그것이 지름길이 아님을 알게 된다. 실상 그곳이 지름길이라는 것은 단순한 희망적인 관측에 불과하다. 이 작품에서는 이런 것이 오히려 우회하는 것이 되고 만다.

이같은 아이디어는 모두가 허구이지만 사실은 이보다 더 앞선 과학적인 이론은 이미 있다. 현대 양자물리학에 의하면, 우주의 구성물질이란 장(場, field)의 양자(量子)로 불리는 보편적인 존재 속의 잔물결에 지나지 않는다. 양자(陽子), 중성자, 전자…… 모든 것은 ＜공허한 공간＞의 요동에 지나지 않으며, 우리가 ＜물질＞이라고 부르는 것은 그 같은 잔물결의 안정된 형태인 것이다. 만약 충분한 에너지가 있다면 ＜무(無)＞에서 물질을 만들 수도 있다. 이에 합당한 상황하에서는 높은 에너지의 감마선이 전자와 양전자(반전자)가 될 수 있는 것이다.

따라서 미시적인 규모로 보는 한 공허한 공간이란, 지금까지 과학이 생각해 온 것과 같은 조용한 것도, ＜허무한＞ 것도 아니다. 진공처럼 보이는 것도 ＜실제로는＞ 에너지의 요동으로 거품이 일면서 진동하고 있으며, 이 때문에 공허한 공간인 불과 1cm³에는 약 10⁹kg의 질량과 같은 양의 에너지가 채워진 것이 된다.(고작 1그램의 질량전환으로 20메가톤 이상의 에너지가 방출되는 것을 상기하길 바란다.)

이 거품과 같은 우주구조로부터 도출된 결과 가운데 하나는 우주 밖을 달려 우주의 다른 부분에 이어져 있는 길이 수 cm의 작은 관(管)과도 같은 ＜벌레 먹은 구멍＞이 수없이 많다는 점이다. 이같은 견해를 주도하는 과학자인 존 A. 호일러는 벌레 먹은 구멍은 초공간을 빠져나온 것이라고 말하고 있으나, 이는 SF에서 ＜하이퍼스페이스＞로 불리는 것과 매우 비슷한 것이다. 그러나 이같은 이론은 더욱더 앞서 가고 있다. 그같은 미소한 ＜양자＞인 벌레 먹은 구멍은 우주의 모든 부분이 다른 모든 부분과 연결되어 있지 않으면 안된다. (벌레 먹은 구멍이라는 말은 오히려 다른 뜻으로, 즉 회전하는 블랙 홀 Black Hole의 중심에 있는 통과가능한 지대라는 의미로 사용되는 경우가 많다.)

이상하게도 상대론과 인과율의 법칙은 이같은 벌레 먹은 구멍에 대해 이의를 제기할 수 없다. 지름길을 거치는 것이 인과율을 무시하는 것이 아닌 이상 그같은 지름길이 존재하는 것은 자유이다. 그러나 초공간의 벌레 먹은 구멍은 초미시적인 것이며, ≪스타트랙 Star Trek, Alan Dean Foster, 1980≫과 같은 거대한 우주선이 지나갈 수 있을 정도로 벌레 먹은 구멍을 확대시킨다는 것은 아마도 불가능할 것이다. 전자(電子)조차도 그 벌레 먹은 구멍을 헤치며 지나가기에는 100억의 제곱 정도로 너무나도 큰 것이다. 그러나 벌레 먹은 구멍을 통해 메시지를 보내거나 적어도 우주 어느 곳에든 순간적인 전화선을 끄는 것은 아마 가능할 것이다.

투명인간의 수수께끼
① 기술(공학)적인 면에서의 투명인간의 문제점

누구나 한번쯤은 투명인간이 되는 상상을 해본 적이 있을 것이다. 그러나 단순히 투명하다는 사실만으로는 진정한 의미에서 투명인간이 될 수는 없다. 그것은 투명한 것을 둘러싼 굴절률(屈折率)이 문제가 되기 때문이다.

흔히 말하는 투명인간이라는 것은 약간 과학적인 엄밀성이 결여되어 있다. 예를 들어, 투명한 유리컵이라 할지라도 충분히 눈에 보인다는 점에서 보아도 알 수 있다. 투명하다는 것이 보이지 않는다는 것으로 이해되기에는 불충분한 점이 있다. 이런 점에서 허버트 조지 웰즈 H. G. WELLS의 ≪The Invisible Man 보이지 않는 인간：A Grotesque Romance (1897) - (국내엔 '투명 인간'이라는 제목으로 번역되고 있다)≫은 문자 그대로 보이지 않는 인간인 것이다.

유리컵을 보면 알 수 있듯이 세공물(細工物)을 완전히 투명하게 하기란 어려운 일이다. 컵의 유리속에 남아 있는 기포(氣泡)도 문제가 되고 세공상의 열처리 과정에서 오는 불균형으로 인한 비뚤어짐 또한 문제가 된다. 이렇듯이 현대의 공학 및 기술적인 면에서는 아직도 투명인간은 요원한 일인 것 같다. 개인적인 판단으론 투명인간은 인간의식 차원에서나 가능한 일인 듯하다.

하이퍼스페이스를 SF에서는 흔히 4차원 세계의 일부분으로 보고 있다. 영화 ≪4차원 사나이 4D Man (1959)≫에서 만일 과학자인 로버트 런싱이 벽을 지나갈 때는 항상 4차원으로 들어가야만 되는 것이라면 어째서 그의 모습이 우리에게 보이는 것인가? 더욱 기이한 것은 영화에서 인파들을 헤쳐 걸을 때마다 사람들은 나이들어 죽는 한편 그는 젊어지는 점이다. 이는 과학적으로는 전혀 미지의 효과이다.

② 물리학과 투명인간

아래는 K. C. 콜의「우주의 구멍」에 한 파트인 "행동하는 무"의 전문(全文)이다. 더 이상의 부수적인 설명을 달 필요가 없으리만치 이번 칼럼의 주제와 안성맞춤으로 부합되는 글이라 여기에 책 소개도 할 겸 올려봅니다.(나중에 PDF문서로 묶어서 배포할 때는 빼거나 혹은 요약정리만 해서 첨부할 예정입니다.)

행동하는 무
원자는 99.99퍼센트 이상이 빈 공간이지만, 나는 벽을 뚫고 지나가지 못한다.
- 레더먼 「신의 입자(The God Particle)」중에서

벽을 생각해 보자. 아무 벽이나 좋다. 벽은 무엇으로 이루어져 있는가? 벽은 거의 대부분이 빈 공간이다. 모든 원자는 가운데에 작은 핵이 있고, 광대한 공간이 그 주위를 둘러싸고 있으며, 가장자리에 덧없는 전자들이 있다. 자신이 들어가본 가장 큰 실내공간을 생각해 보자. 체육관이어도 좋고 대성당이어도 좋다. 한가운데에 콩이 하나 있다고 상상하자. 이것이 핵이다. 전자들은 바깥쪽 벽 주위를 돌아다닌다. 실제로 벽은 거의 텅 비어 있다.

당신의 몸도 마찬가지다. 작은 핵들이 있고, 전자들이 돌아다니고, 대부분이 빈 공간이다. 대부분이 비어 있는 두 물체가 부딪치면, 그것들이 음파나 은하처럼 서로 통과할 수 있다고 생각할 것이다. 그러나 벽과 사람은 차갑게 서로를 멈춰 세운다. 벽 속의 빈 공간에 있는 그 무엇이 사람 몸의 빈 공간과 섞이기를 거부하는 것이다.

그것이 무엇일까? 짧게 대답하면 다음과 같다. 공간은 비어 있지 않다. 우리가 빈 공간이라고 생각한 곳에는 강력한 영향력이 충만해 있다. 사실, 빈 공간을 채우는 힘의 기하학적 구조를 우리는 물질이라고 말한다. 이 대답은 비록 짧지만 그 안에는 길고 흥미로운 역사가 있다.

공간의 기하학적 구조가 바로 물질이라는 생각은 최소한 플라톤까지 거슬러 올라간다. 플라톤은 원소들이 본질적으로 기하학적인 모양을 가진다고 생각했다. 물은 십이면체, 공기는 정팔면체, 불은 피라미드(정사면체), 땅은 정육면체다. 땅은 정육면체이기 때문에 단단하고 움직이지 않는다. 지구가 우주의 중심에 있는 것은 바로 이 때문이다. 불이 다른 것을 상하게 하는 이유는 피라미드처럼 뾰족하기 때문이다.

데카르트와 몇몇 사람들도 이 생각을 조금 바꾸어 사용했다. 빈 공간을 믿지 않았던 데카르트는 모든 공간이 일종의 희박한 물질로 채워져 있으며, 이것은 보통의 물질과 같은 재료로 만들어지지만 극도로 희박하다고 생각했다. 이 희박한 물질이 때때로 웅덩이에 고여서 만들어진 것이 '물질'이다. 물질의 형태는 그 모양에 달려 있다. 달리 말하면 데카르트에게는 물질과 빈 공간의 구분이 없다. 실체는 한 가지이며, 이것이 여러 가지 형태로 주조된다. 무는 순전히 압축의 힘에 의해 유가 된다.

이런 생각이 바로 물리학이 되지는 않았지만, 19세기의 위대한 실험가 패러데이는 이것을 과학사상 가장 근본적인 생각으로 발전시켰다. 물질에서 중요한 것은 입자가 아니다. 입자는 단지 여러 가지 힘들이 흘러나오는 수도꼭지에 불과하다. 물질의 덩어리는 점처럼 작은 구멍에서 분출하는 물줄기들의 집합이라고 할 수 있다. 여기에서 입자는 물줄기를 뿜는 수도꼭지일 뿐이다. 패러데이는 "무엇이 가장 궁극적인 실체인가"라는 질문에 대해, 입자보다 입자에서 흘러나오는 것이 더 궁극적인 실체라고 대답했다.

이렇게 해서 입자들 사이의 공간이 중요해졌다. 앰허스트 대학의 물리학자 자종(A. Zajonc)이 말했듯이, "물질이 아니라 힘이 세계의 진정한 존재이다. 우주의 모든 곳에 충만해 있는 것은 에테르가 아니라 힘이다. 물질의 점(원자)들은 그 중심에서 퍼져나와 우주 전체를 엮어짜는 수많은 역선(力線)들의 교차점일 뿐이다."
[출처] K. C. 콜「우주의 구멍(The Hole in the Universe, 해냄 출판사)」(p97~p98)

주석 註釋

^주⑴
하이퍼스페이스
hyperspace, 초공간.

인류는 온갖 환상과 자유로운 상상의 응집물인 하이퍼스페이스를 통해 답답하고 밋밋한 현실의 한계를 뛰어넘으려고 많은 노력을 해왔다. 지난 100년간 3차원 공간을 뛰어넘으려고 시도되었던 수많은 소설과 영화, 미술작품들이 이런 사실을 입증한다. ‘하이퍼스페이스’란 용어도 존 캠벨이 1934년에 쓴 단편소설 [가장 강한 기계(The Mightiest Machine)]에서 처음 사용한 것이기도 하다. 그러나 하이퍼스페이스 개념이 한낱 공상이나 자유분방한 사고에 머물지 않는다. 수많은 수학자, 철학자, 과학자, 신학자들이 하이퍼스페이스를 자신들의 진지한 연구나 신앙을 뒷받침하는 도구로 사용해왔다.

위대한 과학자들의 하이퍼스페이스 서핑
칸트는 만약 신이 ‘중력이 거리의 세제곱에 반비례하여 퍼지는 세계를 만들었다면 공간은 4차원이 되었을 것’이라고 언급하며 4차원에 대한 관심을 표명했고, 19세기 독일의 물리학자 헬름홀츠는 정확한 입력 데이터만 있다면 인간의 뇌로 4차원을 시각화할 수 있다고 믿었다. 독일의 기하학자 리만은 전기와 자기, 중력은 모두 우리의 3차원 우주가 보이지 않는 네 번째 차원에서 굽어 있기 때문에 일어난다고 믿었다. 굽은 공간에 대한 이 시나리오는 훗날 아인슈타인의 상대성 이론을 구축하는 기초가 되었다. 물론 아인슈타인 자신도 일반상대성 이론에서 시간과 공간을 서로 결합되어 있는 ‘시공간’ 4차원 연속체로 묘사한다.

일부 신학자들은 우주에는 이 세상과 천국과 지옥의 세 가지 평행 공간이 있다고 설명했다. 신학자 아서 윌링크(Arthur Willink)는 하느님은 이 세 공간 바깥에 존재하며 무한 차원의 공간에 살고 있다고 믿었다. 신학자이자 철학자인 카를 하임(Karl Heim)은 [기독교 신앙과 자연과학(Christian Faith and Natural Science)]이라는 책에서 더 높은 차원이 지닌 의미에 대해 강조했다. 우리 몸이 더 높은 4차원 존재의 3차원 단면에 불과하다는 주장을 펼친 철학자도 다수 있다.

4차원에 대한 부정과 두려움들 - 키메라보다 존재가능성이 희박한 자연 속의 괴물
유클리드는 어떤 물체도 선, 평면, 입체를 뛰어넘어 네 개의 차원을 가질 수 없다고 믿었다. 아리스토텔레스도 수직선의 논증을 통해 4차원은 불가능하다고 결론지었다. 더 나아가 영국의 유명 수학자 존 월리스(John Wallis)는 4차원을 ‘키메라나 켄타우로스보다 존재가능성이 희박한 자연 속의 괴물’이라 불렀다. 많은 수학자들이 이 새로운 기하학적 개념을 ‘병리학적’이라거나 ‘괴물’이라고 본 것이다. 물리학자 프리먼 다이슨은 오늘날 수학과 물리학 분야에 혁명을 일으켰던 프랙탈 구조 역시 과거에는 전율의 대상으로 간주되었다고 지적한 바 있다.

현대과학 속의 하이퍼스페이스
원자와 전자에서 블랙홀에 이르기까지 과학의 역사는 우리의 상상력을 넘어서는 개념들을 받아들여온 역사이다. 에드워드 캐스너와 제임스 뉴먼이 ≪수학과 상상력≫이라는 책에서 언급했듯이 “원시인이 바퀴나 창유리를 상상하려면 우리가 4차원을 생각하는 것보다 훨씬 더 큰 능력이 필요했을 것”이다. 우리의 한계가 어떤 것이건 간에 4차원 기하학은 지금도 이미 수학과 물리학에서 필수적인 부분으로 사용되고 있다.

하이퍼스페이스에 관한 현대의 다양한 이론은 일반적으로 인정되고 있는 시공간 외에 다른 차원들의 존재를 시사한다. 전체 우주는 실제로 더 높은 차원의 공간에 존재할지도 모른다. 가장 최근의 이론 중에는 우주가 10차원으로 이루어져 있다는 ‘초끈이론’과 초대칭 개념에 의존하는 ‘M 이론’ 같은 것들이 있다. 중요한 것은 현대 물리학자들이 물질과 우주모형을 만드는 데 여분의 공간차원을 이용하고 있다는 사실이다.
[출처]「하이퍼스페이스」- 클리퍼드 피코버(저)

【참고어】

ㆍ하이퍼스페이스(초공간) ㆍ

작가 소개 (가나다)순

+ 존 W. 캠벨 | John Wood Jr. Campbell (1910 ~ 1971) [상세 정보]
필명: Don A. Stuart, Karl Van Campen, Arthur McCann

캠벨은 MIT와 Duke대에서 물리학으로 학위를 받았다. 그의 첫 소설은 그가 MIT에서 학생이었을 때 출판되었으며 첫 등단은 Amazing Stories였었다. 그는 Arcot, Morey와 Wade 시리즈로 인하여 galatic epics(은하영웅물?)에 있어서 Edward E.Smith의 주된 라이벌이 되었다. 그는 후에 Don A.Stuart라는 필명으로 스페이스 오페라에서 벗어나 문체를 좀 더 문학에 가깝게 바꾸었다.

1927년에 캠벨은 Astounding Stories의 편집장로 지명되었으며, 이름이 Analog로 바뀌고 캠벨 자신이 죽을 때까지 계속 편집장으로 남아있었다. 편집장으로서 그는 아이작 아시모프, 로버트 하인라인, 레스터 델 레이, 시어도어 스터전, A.E.반 보그트등과 같은 작가들을 발굴해냈다. 그는 또한 많은 고전 SF 아이디어의 근원이기도 했다. 아시모트는 캠벨과 함께 로봇의 삼대 원칙을 만들었다.

캠벨은 Astounding의 자매지인 팬터지 잡지 Unknown의 편집도 하였다. Unknown을 통해 팬터지는 이상한 이야기들에서 현재의 모습으로 장르를 구성하였다. Unknown은 전시 종이 부족으로 인하여 미처 팬터지가 자라기도 전에 발간을 중단하게 되었다.

+ 앨런 딘 포스터 | Alan Dean Foster (1946 ~ ) [상세 정보]
앨런 D. 포스터는 스스로 변신하는 기계 생명체를 다룬 영화 트랜스포머 Transformers의 저자이기도 하다. 포스터는 진 로덴베리(Gene Roddenberry)가 주축이 되어 1975년에 영화판 스타트렉의 기본 줄거리를 공개모집한 공모에 당선되어 스타트랙과 인연을 맺게 되었다. 우여곡절 끝에 포스터의 원안(줄거리)이 드디어 스타트렉 영화판 1편으로 탄생하게 된다. 잘 아시다시피 TOS 시리즈의 첫 영화판이기도 한 ≪스타트랙 1: 모션 픽처 (Star Trek 1: The Motion Picture, 1976)≫였다. 또한 포스터는 TAS(Star Trek: The Animated Series) 각 에피소드의 각색자이기도 하다. 포스터는 영화 ＜블랙 홀 The Black Hole＞과 ＜에일리언 Alien＞을 소설로 만드는 일을 했던 신진 SF 작가였다.

참고 - 서적, 웹사이트

- 세계 백과 대도전
- K. C. 콜「우주의 구멍(The Hole in the Universe, 해냄 출판사)」
- 인터넷 이곳저곳

+ 더 읽어야 할 책

본 칼럼에서는 글이 중구난방이 될 것을 우려하여 참고하지 않았지만, 아래의 서적은 'SF에서의 공상(상상력)' 및 '현대물리학의 흐름' 두마리 토끼를 모두 얻을 수 있는 양서들입니다. 굳이 SF팬이 아니거나, 물리학에 그다지 큰 관심이 없더라도 교양을 쌓는 차원에서라도 읽어두면 좋을 것 같아서 추천드립니다. 현대물리학에 대한 교양서적을 좀 더 추천드리고는 싶지만, 일단 이번 칼럼과 어느 정도 관련성이 있는 서적만 소개하기로 합니다.

- <미치오 가쿠>의 『초공간(절판)』,『평행우주』
- <샤이먼 싱>의『빅뱅』
- <브라이언 그린>의『엘러건트 유니버스』, 『우주의 구조』

다음 SF 칼럼 [4] 가능성의 한계(4)：순시 전달(瞬時傳達)과 외계와의 소통 ▷

+ 본 SF 칼럼은 40여회 분량으로 실을 예정입니다.
+ 짜투리 시간 쪼개서 작성하는 것이라서 주기적으로 올리지는 못할 겁니다. 되는 대로 쓰고 되는 대로 올리겠습니다.
+ 전문적인 SF 칼럼니스트 만큼의 깊이는 없겠지만, 나름대로 기획해서 성심성의껏 올려보겠습니다. 많은 격려바랍니다. ^^
※ 이 칼럼은 퍼다 나르지 않으셨으면 합니다.

| 엮인 글 |
2008/07/22 - [SF 칼럼] - SF 칼럼 [2]：가능성의 한계(2)-초광속(超光速)과 상대성이론의 상관 관계에 대한 소고
2007/10/15 - [SF 칼럼] - SF 칼럼 [1]：가능성의 한계(1)-SF(에스에프)에서의 공상과학

2008년 7월 22일 화요일

SF 칼럼 [2]：가능성의 한계(2)-초광속(超光速)과 상대성이론의 상관 관계에 대한 소고

우주 공간용 교통규칙은 아직 없지만, 우주에는 이미 제한속도가 존재하고 있는 모양이다. SF의 우주여행에서 가장 크게 문제가 되는 것은 우리가 알고 있는 한, 빛보다 빠른 것은 없다는 것이다.^주⑴

빛의 속도는 매우 빠르기 때문에(초속 ≒ 30만㎞) 일상 생활에서 빛의 속도로 인해 어려운 상황에 처하거나 하는 경우는 없다.

그러나 물리학자인 조지 가모프의 과학적 우화 ≪신비한 나라의 톰킨스* Mr. Tompkins in Wonderland(1940)≫에서는 빛이 시속 15㎞ 정도로 조용히 나아가기 때문에 여행이 현실보다도 까다로운 것으로 되어 있다. 이 책 속에서의 자전거 타기는 제 아무리 필사적으로 페달을 밟더라도 이 같은 자연의 제한속도를 따를 수가 없다. (* '조지 가모브 물리열차를 타다'라는 제목으로 2001년 출판.)

현실세계에서도 우주선이 절대 제한속도 c(진공 속을 통하는 빛의 속도)에 가까와지면 필연적으로 똑같은 문제가 생긴다. 그러나 아인슈타인의 특수상대성 이론은 불편한 것만이 아니라, 편리한 점도 있다. 왜냐하면 속도 c에 접근하면 접근할수록 원하는대로 단시간에 여행할 수 있기 때문이다. 단 여행하고 있는 본인에게 국한된 일이지만.

특수상대성 이론(아인슈타인이 1905년에 처음 공식으로 발표한 것)은 가령 어떤 운동계로 측정하더라도 속도 c는 절대 불변이라는 놀랄만한 실험사실로부터 시작되고 있다. 한 대의 자동차가 시속 100㎞로 달리고 있다고 가정하자. 시속 60㎞로 그 뒤를 이어 달리고 있는 다른 한 대의 자동차에게 있어서는 최초의 자동차의 외관으로 볼 때의(상대성적인) 속도는 시속 40㎞로 밖에는 보이지 않는다. 그러나 광선은 예컨대 어느쪽의 자동차로부터 측정한다 하더라도, 또 길가에 서 있는 어느 누가 측정했을 경우에도 똑같은 속도 c를 유지하고 있다. 이에 관한 계산은 여러 페이지가 소요될 것이므로 생략하지만, c의 불변성으로부터의 최종 결과로서 종래의 불변한 물체로 여겨왔던 다른 특성이 바로 그 물체가 광속에 가까와짐에 따라 변화한다는 것이 밝혀지는 것이다. 이는 얼핏 보아 '상식'이 명하는 것과는 어긋나는 것으로 여겨지지만, 상황을 계산한 결과에 따르면, 항성선(恒星船)의 질량과 길이, 게다가 내장된 시계의 진로까지가 우주선의 속도(지구에 있는 관측자와 상대적인) 변화에 따라 달라지는 것이다.

그러나 속도 c가 불변일 것이라 하더라도 왜 그 c가 자연의 제한속도가 되는 것인가? 이는 질량과 길이와 시간의 변화 관계를 나타내는 인자 타우(√1-v²/c² 로 불린다)^주⑵로부터 유도된다. 항성선의 속도를 나타내는 v가 c보다 약간 작은 때는 타우가 1보다 약간 작기 때문에 '상식'의 물리학이 그대로 통용된다. 매시 100㎞의 속도에서도 타우는 고작 0.9999996정도만 감소된다.)

정지하고 있는 사람에게 있어 배(spaceship)의 길이는 그만큼 줄어든 것으로 보이므로 배안의 시계는 이같은 비율에서 늦어지는 것으로 보이는 셈이다. 배의 질량은 타우로 나누게 되며, 즉, 질량은 '정지한' 수치에 비해 1.0000004배 정도로 늘어나게 된다. 허나 이런 정도로는 상대성 이론의 영향은 눈에 띄지 않는다.

그러나 배가 초속 15만㎞(광속의 절반 속도)까지 가속되면 타우는 0.866으로 감속된다. 그러면 배의 시간은 표준보다 8분의 7 이하의 속도로 흐르게 되며, 배의 질량은 15% 이상 늘어나게 된다. 질량이 증대하면 증대할수록 앞서의 것보다도 큰 일을 수행하지 않으면 안된다. 배가 더욱 가속되면 질량은 질량은 더욱 늘어난다. 배를 추진하는 대부분의 에너지 부분이 실제로는 질량으로 변환되어 가는 셈이다. 아인슈타인의 유명한 방정식인, E=mc²(에너지는 질량과 c의 제곱을 곱한 것과 같다. 즉 질량 1㎏은 9억의 1억배 주울과 같은 거대한 에너지에 해당됨)에 따라이다. 속도 v가 c에 더욱 접근하면 타우는 제로에 접근하고 또한 배의 질량은 무한대를 향해 증가한다.

광속으로까지 배를 가속시키기 위해서는 무한한 에너지량(연료)이 필요해진다. 다시 말해서 사실상 불가능하다는 얘기다. 에드워드 E. 스미스 (소개：한글)의 ≪우주의 스카이라크 The Skylark of Space(1928)：파일링크 PDF, HWP≫ 처럼 237광년을 48시간 내에 항행한다든가, A. E. 반 보그트(소개：한글)의 단편 ≪폭풍 The Storm(1943)≫에서 처럼 매분마다 반광년(半光年)을 항해하는 우주선은 있을 수 없을 것이다. 빛은 1광년을 가는 데 꼭 1년이 소요되지만, 무한한 에너지를 갖지 못하는 우리들은 그만한 속도에도 이를 수가 없는 것이다.

그러나 여기서 배 안의 시계의 전도가 그만큼 늦어진다는 것을 생각해 보기로 하자. 지금 우리가 1광년을 c의 99.99％로 나갔다고 하자. 지구상의 관측자가 볼때 그 여행에는 1년하고도 53분이 소요된 것이 된다. 그런데 이 속도로는 타우의 값은 약 0.01414로 줄어들어 배 안의 시간은 지구의 시간에 대해 0.01414배의 속도로 밖에 나가지 않는 것이 되며, 배 안에서는 이 여행에 불과 5일과 몇 시간만이 소요된 것으로 느끼게 될 것이다. (배 안에 있는 사람은 그 시점에서 길이의 상대론적 축소를 보게 된다. 그들에게 있어서 비행 진로, 즉 우주 전체가 진행방향에 따라 0.01414의 비율로 줄어든 것으로 보이는 셈이다. 즉 그들에게 있어서 가속은 배의 속도를 증대하기 보다도 항행거리를 줄이는 방향으로 작용하는 것이다.) 여기서 배가 방향을 바꾸어 앞으로 항행할 때와 똑같은 속도로 곧장 지구로 되돌아오는 것이라면 출발한 후 꼭 2년 후에 되돌아온 것이 된다……. 그러나 배 안의 시계와 승무원한테는 고작 10일 정도가 경과한 것 뿐이다. 그러나 앞에서도 지목한 바와 같이 이에는 엄청난 양의 에너지가 필요해지는 것이다. 배의 질량은 파괴적인 변환률로써 에너지를 흡수하면서 대략 71배로 증대한다. 이때 일본의 히로시마에 투하된 원폭에 해당하는 에너지가 1그램이 미치지 않는 질량으로 변환되는 것이다. 그러고 보면 항성선 70여척에 필적하는 질량의 변환에 필요한 에너지는 감히 상상할 수 없는 양이 될 것이다.

좀더 속도 c에 가까운 빠른 속도는 더욱더 장거리 여행을 하게 되면 (여행자의 입장에서는 짧은 기간 동안의 항성여행을 하는 정도이지만) 지구에서는 몇 십년, 또는 몇 세기가 지나가버리는 것인지도 모를 일이다. 어슐러 K. 르귄의 ≪로캐넌의 세계 Rocannon's World(1966)≫에서는 이같은 현상을 난장이들과 함께 하룻밤을 지내는 사이에 외부 세계에서는 그 사이 몇년이 지났다는 마술 언덕의 전설에 비유하고 있다. 르귄의 이 소설에 나오는 ＜작은 도깨비＞는 아무 것도 모르는 히로인을 상대론적 항성선에 태움으로써 이와 거의 똑같은 효과를 올리고 있다. 이처럼 기묘하게도 항상 어린 채로 있는 항성간 여행자가 완전히 모습이 달라진 미래 세계로 되돌아온다는 이야기는 많지만, 그같은 작품의 좋은 예로는 조지 터너의 ≪사랑하는 아들 Beloved Son(1978)≫이라든가, 또는 주인공이 자기 질녀의 손자와 결혼하여 행복해진다는 로버트 하인라인의 ≪시간의 블랙홀* Time for the stars (1956)≫을 들 수 있다.
(* 시간의 블랙홀은 '우주 형제의 비밀'이라는 제목으로 교학사에서 아동용 도서로 발간하기도 했다.)

도저히 믿기지 않는 얘기 같지만, 사실은 이같은 효과는 실험으로 확인되고 있다. 뮤온(중전자)은 통상적으로 즉시 다른 입자로 분해된다. - 그러나 상대론적 속도는 그 ＜시계＞의 진도가 늦어지며, 그만큼 입자의 분해에도 시간이 소요되는 것이다(만일 분해가 지연되지 않는다면 뮤온 입자는 검출테인버에도 도달하지 못할 것이다).

전자 빔은 속도 c 부근까지 가속된다. - 그러나 두말할 나위없이 그만큼 질량이 무거워지는 것이므로 실제로 속도 c에 도달한다는 것은 있을 수 없는 일이다.

이처럼 증대하는 질량문제를 우회하여 가는 이론적 방법(이라고 말할 수 있는지는 모르겠지만)의 하나인 우주선의 질량을 제거해 버리는 것이다. 이는 에드워드 E. 스미스가 ≪렌즈맨 Lensman 시리즈 (1950-1954)≫에서 채용한 방법인데, 이 시리즈에는 질량이 없는 배가 c보다도 훨씬 빠른 속도로 항행하는 것이 일상적인 일로 되어 있다. 불행하게도 질량은 그렇게 간단하게 버릴 수는 없는 것이다. 그것은 실체를 가지고 있는 입자의 기본적인 특성이기 때문이다. 질량이 없는 곳에 틀림없이 물질은 없으며, 따라서 배는 존재하지 않는다. 다른 입자, 예컨데 ＜광자(光子)＞등은 ＜정지질량(靜止質量)＞이 제로라고 일컬어지고 있는데, 이는 오해를 가져오기 쉽다. 왜냐하면 광자를 파괴하지 않고 정지시킨다는 것은 현실적으로 불가능한 일이기 때문이다. 질량이 있는 입자는 모두가 광속과 같은 빠른 속도로 나갈 때만 존재하는 것이다. 아이작 아시모프는 그의 작품 ≪반중력 당구공 The Billard Ball 1966≫에서 만약 보통 물체의 질량을 제로까지 줄일 수 있다면, 그 물체는 속도 c로(도중에 맞닥뜨릴 어떤 물체라고 깨끗이 구멍을 뚫고) 날아가게 될 것이라고 말하였다.

만약 우리가 초광속(Faster Than Light, FTL)으로 여행한다면 타우는 어떻게 되는 것일까? 우선 속도계가 금단(禁斷)의 값 c를 나타내는 것은 피하면서 어떻게 초광속으로 도달할 수 있을 것인가라는 실제적인 문제는 별도로 하고 어쨌든 수학 쪽으로 눈을 돌려보기로 하자. 타우 방정식으로 속도 v에 c보다 큰 값을 갖게 한다는 것이 가능하다. 이를테면 v²가 c²의 2배가 되며, 따라서 타우는 -1의 평방근(√-1)과 같게 된다. c를 초과하는 어떤 속도일지라도 타우는 이 허수(虛數, 제곱하면 -1이 되는 것은 실수로서는 존재하지 않기 때문에 이렇게 부른다.)를 곱한 값이 된다. 즉, FTL 우주선에 의해 변화된 질량과 길이 그리고 시간의 흐름은 허수가 되어 버리는 것이다.

이같은 놀라운 결과에 대해서는 두 가지의 판단을 내릴 수 있다.
첫째는, 이런 일을 터무니없는(FTL 여행은 수학적으로 보건데 얘기 거리가 안된다는 것이다.) 증거라고 풀이하는 점이다. 수학에서는 바른 해답을 끌어내는 지름길로서 때때로 허수가 사용되고 있다. 그러므로 이에 대해 가능성이 있는 해답은 허수가 또 다른 우주, 즉 광속의 벽 저편에서 실재하고 있다는 점이다. 그 우주에서는 모든 것이 초광속으로 움직이고 있다. 그곳에서는 우주선의 속도가 c로 떨어져 감에 따라 그 속도로 떨어뜨리는데 필요한 에너지를 무한대로 증대시키기 위해 속도를 c로까지 떨어뜨리는 것은 불가능해 진다.

그러나 이는 모두가 단순히 수식적으로 가능하다는 얘기이며, 이같은 FTL 입자에는 ＜타키온*＞이라는 이름이 붙어져 있다. 이는 우리들이 속한 우주의, 광속보다는 느린 ＜타디온*(이를테면 양자, 전자)＞과, 속도 c로만 가는 무질량인 ＜룩손*(예를들면 광자, 중력자, 중성미자?)＞과는 명확히 구분되어 있다. 작가들 중에는 예사로 타키온의 명칭을 차용하는 사람도 있다.
이를테면 밥 쇼 Bob Shaw의 ≪영원한 궁전 The Palace of Eternity (1969) - 영문 위키피디아≫에는, 광속보다 3만배나 빠른 속도로 항행하는 100만톤에 이르는 타키온 우주선이라는 재미있는 물건이 등장한다.

타디온 tardyon : 빛의 속도 이하
룩손 luxon : 빛의 속도
타키온 tachyon : 빛의 속도 이상
그렇다고는 하나 몇 가지 반대 의견도 있다.
첫째로, 타키온의 존재에 대해서는 실험에 따른 증거가 없다(한마디로 가상의 입자라는 말).
둘째로 타키온이 우주에서 여행을 희망함에 있어서는 무한한 높이를 가진 등반불능의 ＜광속의 벽＞이 여전히 앞을 가로막고 있다.
셋째로는 생각하기에 따라서는 수학적으로 대칭이기 때문에 타키온 우주측에서 보면 FTL 여행이 가능한 것은 우리의 우주쪽인 것이다. 즉, 어느 쪽에 대해서든 형편에 알맞은 여행은 없다는 것이다. 그리고 마지막으로 타키온은 시간과 역행하여(인과율의 법칙을 깨고) 나아가는 것으로 생각되고 있는 것이다.

인과율(因果律)이란, 실험에 따른 법칙이며, 아직 증명된 것은 아니지만 과학의 밑바닥을 이루는 기초와 같은 것이다. 인과율의 사전적 의미는 '어느 시점에서 계(系)의 상태가 주어지면, 그 이전 또는 그 이후의 계의 상태가 결정된다는 법칙(물리학적 설명)'이지만 간단히 말하면 결과는 원인 뒤에 빚어진다는 것이다(철학적 설명).

굳이 인과율의 실례를 몇 가지 들자면
- 탄환은 방아쇠를 당김으로써 비로소 표적에 명중한다.
- 돌을 던진 후에 수면 위에 잔물결이 퍼져 나간다.
- 불을 붙인 후에 횃불의 불꽃이 타오른다.
- 인간은 태어나지 않으면 죽을 수 없다.

당연한 것으로 생각되겠지만 이를 아인슈타인의 이론과 결부시키면 타키온 여행은 고사하고 FTL 여행까지도 금지당하는 셈이 된다.

그러나 아인슈타인의 발견이 위대한 것은 모든 관점이 다른 어떤 관점과도 똑같이 유효하다는 점이다. 우리의 눈이 공간과 시간에 대해 말해 주는 것을 신뢰하지 않으면 안된다. 우주에는 절대적인 마스터 클락 Master Clock 같은 것은 없는 것이다. 즉, 우리가 시간과 상대적으로 얼마나 빨리 전진하느냐에 따라 어떤 시계일지라도 서로 다른 비율로 전진하는 것으로 보이는 것이다. 지구에서 측정하면 고속 우주선이 1광년을 꼭 1년이 걸려 여행하는 것인데, 배 안에 있는 사람이 측정할 경우 여행은 5일간 소요된 것이 된다. 양자(兩者)의 측정은 모두가 옳은 것이며, 양쪽 모두 인과율의 법칙에 따르고 있는 것이다. 그 배가 지구로부터 1광년의 장소에 당도하기 전에 지구를 출발하는 것이 관측되는 점에는 아무런 변함도 없다. 배를 타고 있는 자와 타고 있지 않은 자, 사이에 사상(事象)의 시간관계에 대해 서로 의견이 다를 수는 있으나, 그것이 발생된 순서는 다를 수가 없다.

그러나 초광속으로 가는 배를 생각해보자. 빛은 속도 c로만 가는 것이므로 1광년 앞에서 배를 기다리고 있는 사람은 우선 눈앞에 도착하는 배를 보고, 그런 다음에 배가 출항해 오는 모습을 보게 된다. 이 사람의 관점도 또한 다른 사람들의 그것과 마찬가지로 가치가 있는 셈이지만, 그곳에서 배는 출발하기 전에 도착하고 있다. 즉, 여기서 인과율은 무너져 버리고 만다.

피어스 안소니 Piers Anthony의 ≪매크로스코프 Macroscope (1969)≫에 등장하는 FTL선은, 빛을 앞질러 공간을 비행하는데, 이 때문에 우선 어떤 사람의 죽음을 목격한 후에 바로 그 사람의 노년기를 보며 이윽고 그가 태어난 때로 시간을 역행해 간다.

이 또한 인과율을 무시한 얘기이다. 그렇다면 틀린 것은 아인슈타인의 이론(철저하게 검증된)이란 말인가? 아니면 인과율(증명된 것은 아니지만, 물리학의 기초이다)이란 말인가? 또 아니면 어떤 종류의 FTL 여행도 불가능하다는 이야기인가?

혹시 인과율의 규칙에 예외가 있다는 것인가? 도대체 우주와 시간 그 자체의 기원을 야기시킨 것은 무엇인가? 혹시나 물리학이 미치지 못하는 소립자내의 양자론이라든가, 블랙홀 내부의 미지의 공간속에 인과율이 만능적인 규칙이 아닌지도 모른다는 힌트가 숨어 있는 것은 아닐까?

주석 註釋

주⑴
빛보다 빠른 것

ⓐ 타키온 Tachyon

타키온 Tachyon은 빛의 속도(광속, 진공에서 빛의 속도는 정확히 초속 299,792,458 미터이다.)보다 빠른 입자가 존재한다고 가정할 때, 그 입자에 대해 정해 놓은 이름이다. 빛보다 빠른 물질에 대한 생각은 독일의 물리학자 아르놀트 좀머펠트가 처음으로 고안하였고, 그 뒤 제럴드 파인버그가 ‘빠르다’는 의미를 가진 그리스어 ταχύς(‘타쿠스’)로부터 ‘타키온’이라는 이름을 지었다.

상대성 이론에 따르면 빛보다 빠른 입자는 존재하지 않으나, 상대성이론의 중요 방정식을 보는 관점에 따라서는 어떤 특수한 조건이 충족 된다면 광속을 뛰어 넘을 수 있다고 알려져 있다.

이론적으로 만약 타키온이 존재한다면 질량은 허수(虛數)가 될 것으로 추정하고 있다. 또한 에너지를 얻을 수록 속도가 느려진다. 그러므로 에너지가 가장 클 때는 빛의 속도가 되며, 에너지를 모두 잃어 허수(虛數)가 된다면 그 속도는 이론상, 무한대가 된다.

실수(實數)의 질량을 가진 입자(양성자, 중성자, 전자, 쿼크) 등은 에너지를 얻으면 얻을수록 속도는 커지지만, 타키온은 거꾸로 에너지를 잃으면 잃을 수록 속도는 무한대가 되는 것이다. 그래서 만일 타키온이 존재한다면 시간여행도 가능하며 블랙홀에서도 빠져나올 수 있다.
[출처] 위키 백과(한국)

ⓑ 빛보다 빠른 음파 확인
고등학교 교사들과 대학 교수, 학생 등으로 구성된 연구팀이 빛보다 빠른 속도로 진행하는 음파를 전달하는 데 성공했다고 라이브사이언스 닷컴이 2007년 1월 12일 보도했다.
이 실험 결과는 장차 전기 신호 등 다른 신호의 속도를 높일 수 있는 단서를 제공하고 있다.
'광속'에 관한 표준 정의는 빛이 진공상태에서 진행하는 속도를 가리키는데 'c'로 알려진 이 상수는 초속 30만㎞로 대기중 음속에 비해 100만배 가량 빠른 것으로 알려져 있다.

아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 어떤 물질이나 신호도 c보다 빠르게 이동할 수는 없지만 미들 테네시주립대의 윌리엄 로버트슨 박사 등 연구진은 플라스틱 파이프와 컴퓨터 사운드 카드를 이용해 `c'보다 빠른 속도로 소리의 파동이 이동하는 현상을 확인했다고 응용물리학 학회지 최신호에 발표했다.

이 실험은 소리나 빛의 파동 하나하나를 여러 개의 평면파가 합쳐진 합성파로 보는 데서 착안한 것으로 소리의 파동은 공간에 존재하는 에너지에 따라 오르내리며 가운데가 정점을 이룬다.

연구진은 시중 철물점에서 파는 PVC 파이프와 커넥터를 사용해 고리를 만들고 사운드카드로부터 음파를 내보내 고리를 통과시키는 실험으로 고리가 소리 파동 하나하나를 구성하는 작은 파장들을 쪼개고 재조합하도록 했다.

그리고 나서 파이프에 들어갔다 나오는 소리의 파동을 관찰한 결과 들어가는 음파의 정점이 파이프에 들어가기도 전에 나오는 음파의 정점이 이미 파이프를 떠난 것으로 밝혀졌다.

이는 하나의 소리 파동을 구성하는 작은 평면파 하나하나의 속도를 모두 합할 경우 그 `군(群)속도'가 c를 능가한다는 것을 의미한다.

로버트슨 박사는 이는 "소리가 빛보다 빨리 가는 것을 입증한 최초의 실험일 것"이라면서 "파이프는 길이가 다른 두 개의 길을 따라 음파를 쪼개고 재조합한다. 이런 `길 쪼개기' 간섭현상은 일상생활에서 자주 일어나지만 시차가 워낙 미미하기 때문에 느끼지 못하는 것"이라고 말했다.

예를 들어 음원(音源)이 단단한 벽 가까이 있을 때 어떤 소리는 듣는 이의 귀에 직접 도착하지만 다른 소리는 벽에 반사돼서 먼 길로 돌아오게 된다. 우리가 듣는 것은 이런 소리들을 합친 것"이라고 설명했다.

연구진은 또 음파를 구성하는 하나하나의 파동은 결코 c를 능가하지 못해 상대성 이론과 일치하는 것으로 밝혀졌다면서 사람이 빛보다 빠른 속도로 정보를 전달하는 것은 불가능하지만 전기회로의 광신호 속도를 높이는데 응용될 수 있을 것이라고 말했다.

군속도가 c를 능가하는 전기파, 심지어 빛의 파동까지 전달이 가능하다는 사실은 이미 다른 연구에서 밝혀진 바 있다.
[출처] 네이버 뉴스

ⓒ 모차르트 40번 교향곡(K. 550)의 비밀
1995년 3월 미국 유타주 스노우버드에는 초광속 양자현상을 연구하는 학자들이 모였다. 이 자리에서 권터 님츠는 빛의 속도보다 4.7배나 빠른 신호를 보냈다고 발표했다. 님츠 연구결과는 극초단파의 초광속현상을 발견했을 뿐 아니라 실제로 빛보다 빠른 신호를 보냈다는 점에서 주목받았다. 그 신호는 모차르트 40번 교향곡으로, 12cm 장벽을 빛보다 4.7배나 빠른 속도로 통과했다. 님츠는 학자들이 자신의 연구결과를 의심할지 모른다고 생각하고 터널링한 교향곡을 다시 녹음해 이날 청중들에게 들려줬다.

빛보다 빨리 전달된 것이 과연 정보를 담고 있는 '신호'인가? 많은 학자들은 모차르트 40번 교향곡은 신호가 될 수 없다고 생각했다. 인과율의 신성함과 아인슈타인의 특수상대성이론을 믿기 때문이다. 초광속 현상을 발견했다고 발표했던 치아오도 여기에 앞장섰다. "음악은 신호가 아니다. 짧은 시간 동안 장벽을 통과한 양은 매우 적다. 따라서 장벽을 통과한 음악이 원래의 음악과 같은 것인지는 확인하기 어렵다. 아인슈타인의 인과율은 빛보다 빠르게 신호를 보내는 것을 허용하지 않지만, 전자기파의 파속의 속도가 빛보다 빠른 것을 제한하지는 않는다." 치아오와 마찬가지로 스타인버그도 "모차르트 40번 교향곡은 점차 변하는 파동이기 때문에 신호로 볼 수 없다"고 님츠를 반박했다. 그러나 님츠는 그 말에 승복하려고 들지 않았다. 모차르트 40번 교향곡이 말해주지 않느냐는 식이었다. 하지만 많은 학자들은 치아오와 비슷한 생각을 하고 있다. 지금까지의 실험결과로 보면 음악이나 광자(빛)를 빛의 속도보다 빨리 보낼 수 있다. 하지만 그것이 정보를 전달하는 신호를 의미하지는 않는다는 것이다. 따라서 과거로 정보를 보내는 시간여행이나 인과율은 깨지지 않는다고 그들은 믿고 있다.
[출처] 위키 백과(한국)

타키온 - 주변 이야기
아인슈타인의 상대성 이론이 발표된 1905년 이후 어떤 물질도, 어떤 정보를 전달할 수 있는 신호도 빛의 속도를 넘을 수 없으며, 가질 수 있는 운동량 p 는 반드시 timelike 하다는 것이 알려졌다. 만약 빛의 속도보다 더 빨리 움직일 수 있는 물체 혹은 정보가 있다면 로렌츠 변환을 통해 실은 시간을 거슬러 움직일 수 있게되며 따라서 부모가 서로 만나기 이전에 살해할 수 있게되어 인과율이 깨지게 된다.

그런데 양자장 이론에서는 초광속 물질 혹은 타키온이 여전히 유용하게 쓰일 수 있다. 예를 들어 표준입자물리이론의 "힉스 Higgs 입자"의 포텐셜 potential을 보면 질량 제곱항이 음수로 나타나서 전기약력의 대칭성이 깨지지 않았을 경우 타키온 처럼 보일 수 있다. 물론 이것은 포텐셜이 안정하지 않다는 의미이며 결국 더 낮은 포텐셜로 옮겨감에 따라 전기약력의 대칭성이 깨지는 효과를 낳게 된다. 그리고 대칭성이 깨어진 이후의 힉스입자의 질량은 일반적인 양의 질량을 가지게 된다.

1960년대-1970년대 처음 보즈 통계를 따르는 끈이론(bosonic string theory)이 연구되었을 때 닫힌 끈의 스펙트럼에서 중력 뿐만 아니라 타키온 상태가 있음이 알려졌다. 하지만 1970년대 중반 초끈이론 (초대칭성이 있는 끈이론)에서는 타키온 상태가 없어짐이 밝혀지게되며 그 이후 1998년에 이르기 까지 타키온은 이론의 헛점으로써 없애야할 대상으로 이해되어왔다.

하지만 1998년 Ashoke Sen 이라는 끈이론 연구가에 의해 처음으로 끈이론에서의 타키온의 중요성이 인식되기 시작했다. 그에 따르면 불안정한 Dp-brane (p-차원 D-형태의 막)들의 시스템을 기술 하는데 타키온이 매우 중요한 역할을 한다는 것입니다. 그리고 이는 곧 빅뱅 우주론에서 인플레이션 현상을 이해하는데 쓰일 수 있다는 사실이 알려지면서 더 큰 관심을 모았다. (현재는 "구르는 타키온=rolling tychion"의 우주론이 관측과 합치하기 매우 힘들다는 것이 밝혀졌다.)

우여곡절을 겪고 있는 타키온의 대략적인 역사다. 현재도 타키온은 끈이론의 맥락에서 여전히 인기있는 연구 주제중 하나인데, 타키온이 존재하기 때문이 아니라 타키온이 기술해 줄 수 있는 현상의 흥미로움 때문이라고 본다.
[출처] 餘分D: physics and fun

| 정 리 |
- 빛보다 빠른 입자를 과학자들은 타키온이라고 부름.
- 빛보다 빨리 달린다면 시간이 거꾸로 갈 수도 있다.
- 타키온은 발견이 되지 않았고, 말 그대로 가상의 입자일 수도 있다.

주⑵
타우(√1-v²/c²)

폴 앤더슨 Paul Anderson의 ≪타우 제로 Tau Zero (영문 위키피디아)≫ 소설에 쓰인 공상과학적 개념이다. 타우의 수학적 공식은 √1-v²/c²(어디선가 봤던 것 같은 느낌이 드시는 분은 물리학에 관심이 많이 있다는 증거)이며, 말로 풀어보면 v(속도)의 제곱을 c(광속)의 제곱으로 나눈 값을 1로 뺀다음, 그것을 제곱근 한 값이다. 설명하자면 타우의 값이 100분의 1이라면, 우주선이 100광년의 거리를 이동하는 동안 내부 탑승자는 1년이 지난 것으로 느끼게 된다. 우주선의 속도가 광속에 무한히 접근할수록 타우는 무한히 0에 접근한다. 즉, 소설의 제목인 타우 제로란 광속, 즉 극한을 뜻한다. 소설 타우 제로에는 수소입자 흡입기를 장착한 핵융합 방식 우주선인 '버사드 램제트 엔진'이 나오는데, 버사드 램제트 항성선*, 데달루스 항성선*을 비롯한 몇몇의 거대 항성선에 대한 얘기는 다음에 3~4개의 칼럼을 할애하여 심도 있게 다룰 예정입니다.

참고어

ㆍ빛의 속도 ㆍ상대성 이론 ㆍ허수 虛數 ㆍ입자 ㆍ양성자 ㆍ중성자 ㆍ전자 ㆍ쿼크 ㆍ블랙홀 ㆍ타우 제로

작가 소개 (가나다)순

+ 로버트 하인라인 | Robert A. Heinlein (1907 ~ 1988) [상세 정보]
로버트 A. 하인라인은 1907년 미국 몬태나에서 태어나 1988년에 사망했다. 가장 문학적이고 세련된 과학소설가로 알려져 있다. 그는 캘리포니아 대학에서 수학과 물리학 과정을 수료하고 1934년 해군을 전역한 이후 전업작가로 활동하였다. 1939년[어스타운딩]지에 [생명선]을 발표, SF 작가의 길로 들어서면서 미국 SF의 폭발적인 발전에 중추적인 역할을 담당하였다. 특히, 그는 아서C.클라크, 아이작 아시모프와 함께 SF문단의 '빅3'로 불리고 있는데 클라크나 아이작 아시모프보다 문학성에 있어서 뛰어난 감각을 보여줌으로써 과학소설도 분명 문학의 테두리에 존재한다는 것을 증명해 주고 있다. 하인라인의 인기 비결은 풍부한 지식을 작품 안에 용해시키는 재주, 하인라인 나름대로 구상한 '미래역사'에 의거하여 자신의 작품을 일관되게 구성하는 능력에 있다. 뛰어난 SF를 통해 청소년들에게 독특한 통과의례를 차려주는 하인라인의 대표작으로는[시간의 블랙홀] [우주인 존스] [우주의 전사] [하늘의 터널] 등이 있다.

샌프란시스코 남쪽 산타 크루즈에 있는 그의 저택은 정원이 엄청나게 넓어 산책하는데만 한 시간이 걸린다고 한다. 그리고 그 저택의 내부에는 우주선의 사진들이 잔뜩 걸려 있다고 하며, 그 중에는 <우주 대전쟁>시리즈의 작가인 울러의 초상화도 있다고 한다. 그는 고양이를 무척 좋아하여 언제나 가까이 두고 있으며 집필 중에는 커피를 곁에 두고 작업에 임한다고 한다. 그는 SF작가들중에 이혼하지 않은 사람은 자신을 포함하여 2,3명밖에 없다고 말한다. 거의 대부분의 작가들이 몇 차례 이혼하고, 그결과 부인에게 위자료를 지불하기 위해 미친듯이 작업을 하는 다작의 작가가 많다는 등 재미있는 얘기를 곧잘 하기도 한다.
홈페이지: http://www.nitrosyncretic.com/rah/index.htm

+ 반 보그트 | A. E. Van Vogt (1912 ~ 2000) [상세 정보]
수상경력 : Canada's 1980 Auror(nee Casper) for Lifetime Achievement Grand Master Nebula(1996); Science Fiction & Fantasy Hall of Fame에 처음 들어선 작가가 됨. 결혼 두번

혹자들은 A.E.van Vogt가 죽음으로써 과학 소설의 황금시대는 이제 완전히 막을 내렸다고 말한다. A.E.van Vogt는 캐나다의 위니펙남부 농장의 네덜란드계 부모님에게서 태어났다. 독서를 아주 많이했고, 과학소설은 펄프 잡지 "Amazing Stories" 를 통해서 접했다. 이후 sf에 대한 관심을 잃었다. 1938년 A.E.van Vogt는 Astounding지에 실린 "Who Goes There"를 보고 sf 에 대한 초기의 열정을 되새겼다. 그의 첫 sf 소설은 "Vault of the Beast" 로 Campbell에게 퇴짜맞았고, 1939년 "Black Destoryer"가 채택되었다. 국방부에 일하면서 밤에는 Slan을 썼고 1940년말 Astounding에 발표했다. 말년에 그는 알츠하이머 병에 걸려서 고통받다 사망했다.

1980 Aurora award의 Lifetime Contributions를 수상하였고, 1995 Nebula Award의 Grand Master 부문에서 수상한 Van Vogt는 그야말로 원로작가이다.

+ 아이작 아시모프 | Issac Asimov (1920 ~ 1992) [상세 정보]
미국 공상과학소설가·생화학자 러시아 스몰렌스크 부근 출생 3세 때 가족과 함께 미국으로 이주하여 귀화하였다.
컬럼비아대학에서 화학을 전공한 뒤 보스턴대학에서 생화학자로서 핵산연구에 전념했다. 공상과학소설가로서의 활동도 활발했는데, 공상과학소설에 대한 그의 공헌은 크게 3가지로 나눌 수 있다. 첫째는 로봇을 주제로 한 단편집 《나는 로봇(1950)》으로 대표되며, 로봇을 주제로 한 유명한 <로봇공학의 3원칙>은 그가 제창한 것이다. 둘째는 3부작 《은하제국의 흥망(1951∼53)》을 중심으로 한 인류의 미래사를 그린 연대기식 공상과학소설이다. 셋째는 공상과학소설과 미스터리를 결합시켜 새로운 분야를 연 작품으로, 로봇형사가 활약하는 《강철도시(1953)》《벌거벗은 태양(1957)》이다. 이 밖에 평행우주와 외계인을 테마로 한 《신들 자신(1972)》으로 《은하제국》에 이어 위고상을 받았다. 공상과학소설 이외에도 본격 미스터리 등을 썼고 다수의 계몽적인 과학해설서도 저술했다. 1977년 봄 《아이작 아시모프 SF매거진》을 창간하는 등 출판인으로도 활동하였다. 1992년 타계하기 직전까지 작가이자 정신병학자인 아내 쟈넷과 뉴욕에서 살았다.

홈페이지: http://www.clark.net/pub/edseiler/WWW/asimov_home_page.html
작품목록: http://www.clark.net/pub/edseiler/WWW/asimov_catalogue.html

+ 어슐러 K. 르귄 | Ursula Kroeber Le Guin (1929 ~ ) [상세 정보]
1929년 미국 캘리포니아 주 버클리에서 인류학자인 아버지와 작가인 어머니 사이에서 태어났다. 컬럼비아 대학원에서 중세불문학을 전공해 석사 학위를 받았으며, 역사학 교수인 찰스 르 귄과 결혼했다.

1962년 <파리의 4월>로 데뷔한 뒤, '헤인' 시리즈로 유명해졌다. 르 귄은 헤인 시리즈 가운데 하나인 <어둠의 왼손>으로 휴고 상과 네뷸러 상을 동시 수상해 작가로서의 위치를 굳건히 했으며, 1974년에 발표한 <빼앗긴 자들>로 또 한 차례 휴고 상과 네뷸러 상을 휩쓸었다. <어스시의 마법사> 등의 작품으로 판타지 장르에도 강한 면모를 보인다. SF 작가이면서도 노벨문학상 후보자로 거론될 만큼 문학성이 뛰어난 작품을 발표해 왔다.

+ 에드워드 E. 스미스 | Edward Elmer Smith (1890 ~ 1965) [상세 정보]
이 사람이 그 전설적인 설탕옷을 입힌 도넛을 만든 사람이다. Doc Smith는 George Washington 대학에서 Ph D를 받았고, 도넛 회사에서 화학기술자로 일했었고 이후 정말 다양한 직업을 가졌었다. 그의 책의 절반 'E.E.Smith, Ph D', 나머지 절반은 'E.E."Doc"Smith'를 필명으로 썼다. Doc은 1919년 Skylark of Space을 완성했고 수년뒤에 그 소설은 "Amazing Stories"에 연재되었다. 스페이스 오페라의 시대가 시작된 것이다. 그는 죽을때까지 Gray Lensman을 썼고, 그가 그 작품을 끝내면 자신이 죽을 것이라고 생각했기 때문에 결코 그 작품을 끝내지 않을 생각이였다. 그가 죽은 뒤에 남겨진 미완성 원고는 다른 만화가들이 완성했다.

에드워드 엘머 스미스는 1890년 5월 2일, 미국의 위스콘신 주에서 태어났다. 자라난 가정은 그다지 잘 살지는 못했지만, 형님과 누님의 원조로 아이다호 대학에 진학하여 여기서 공업 화학을 전공하였다. 졸업 후에는 워싱턴에서 공무원 생활을 하였다. SF를 쓰기 시작한 것은 1915년부터이다. 원래 SF잡지의 애독자여서 웰즈나 베르느나 버로우즈의 팬이었다고 하는 그는, 1915년에 어떤 아이디어를 소설로 쓰기로 작정하였다. 그것을 5년 만에 완성하여 출판사에 들고 갔으나, 가는 곳마다 거절당하여 결국 이 작품은 7년 동안 햇빛을 보지 못하게 되고 말았다. 8년 후에 어메이징 스토리즈의 편집장이 겨우 이것을 채용해 주었다. 이것이 명작으로 찬양 받는 <우주의 스카이라크>이다. 스페이스 오페라가 처음으로 우리들의 은하계를 넘어 다른 섬우주에까지 무대를 펼쳤다는 의미에서도 기념할 만한 작품이라고 일컬어진다. 당시의 SF 팬은 열광적으로 이것을 환영하였다. 그 후 <스카이라크 3>, <발로레인의 스카이라크>가 발표되어 스카이라크 시리즈로써 지금에 이르기까지 열렬한 팬을 가지고 있다. 제 1차 세계 대전 후에는 공무원 생활을 그만두고 도넛 회사에 취직하는 한편 창작 활동을 계속했다. 스미스는 1965년, <스카이라크 대 듀켄>을 완성한 뒤 이 세상을 떠났다.

+ 조지 터너 | George Reginald Turner (1916 ~ 1997) [상세 정보](영문 위키피디아)
조지 터너는 1996에 사망한 1970년대 SF로 전향하기 전까지 공신력 있는 상을 수상한 호주의 소설가였으며, 20세기가 저물어갈 무렵에는 위대한 SF작가 중 한명이 되었다.
그의 대표작들을 열거하자면, Beloved Son(1978), Drowning Towers(1987), Brain Child(1991), Genetic Soldier(1994) 등을 들수 있다. 그는 널리 읽혀졌고, 최고의 소설에게 수여되는 Arthur C. Clarke상을 수상하기도 했다.

+ 피어스 앤터니 | Piers Anthony Dillingham Jacob(1934-) [상세 정보](영문 위키피디아)
피어스 앤터니는 대중적인 작가이며, 세계에서 가장 다작을 한 작가 중의 한명이다. 그의 판타지 소설인 잔스 Xanth 시리즈는 뉴욕 타임즈의 베스트셀러 목록에 장기간에 걸쳐 올라가 있으며, 전세계에 수백만명의 애독자들에게 사랑받으며 읽혀지고 있다. 비록 피어스가 SF와 판타지에 의해 많이 알려지기는 했지만, 그는 게다가 역사소설, 호러 등의 다른 장르에서도 몇몇의 작품을 쓰기도 했다. 피어스는 중부 플로리다의 외딴 숲속 깊은 곳에서 그의 사랑하는 아내와 함께 은둔하며 살고 있다.

SF계의 각종 상(狀)에 대한 간략한 소개 [상세 정보]

휴고(Hugo) 상은 팬들의 매년 모임인 Worldcon에서 주는 상이며, 여기에 대한 비용은 Worldcon 회원비로부터 충당합니다. 이 상은 WorldCon 참가회원으로 등록하고 회비를 낸 팬들이 투표하여 수요하는 상이며, 비용은 WorldCon 회비/회의 준비비로 충당합니다 (모임에는 참석하지 못하지만 투표를 하고 싶은 팬들을 위해서 다소 저렴한 회원제도도 있습니다). 참고로 회의는 매년 다른 장소에서 개최하며, 일본 유럽 등에서도 개최합니다. Hugo 상의 이름은 미국의 첫 SF 전문 잡지를 창간한 Hugo Gernsbeck의 이름을 땄습니다.

네뷸러 상은 미국 SF 및 팬터지 작가 협회인 SFWA에서 매년 주는 상이며, 협회회원비로 충당합니다. 이 협회는 잡지에 단편을 출판하였거나, 출판사를 통해 장편소설을 출판한 프로 소설가들만이 가입할 수 있습니다.

이외에도 미국에서는 Paperback 형태로 출판된 장편소설에 주는 Philip K Dick Award(필라델피아 SF 협회가 부여)

단편소설에 부여하는 Theodore Sturgeon Award (Kansas University가 부여)

젠더(gender, 性) 문제를 가장 잘 다룬 SF 단편/장편 소설에 부여되는 James Tiptree Award (자선활동/기부금으로 상금/비용 충당)

SF분야 뉴스 전문지인 Locus지가 부여하는 Locus Awards가 있습니다.

영국에는 Arthur C. Clarke Award가 있는데, 상금은 Arthur C. Clarke가 기부한 기금의 수익으로부터 충당되며,

캐나다에는 Aurora Award, 호주에는 Ditmar Award, 일본에는 Seiun Award 등이 있는 것으로 알고 있습니다. 확실히는 모르겠지만, 이 경우 모두 SF 팬 모임을 위한 준비금에서 비용을 충당하는 것으로 알고 있습니다.

출처：SF 동호회 멋진 신세계 (질답게시판의 양준석님의 덧글)

참고 - 서적, 웹사이트

- 세계 백과 대도전
- 네이버 사전
- 멋진 신세계(SF 동호회)
- 알라딘 인터넷 서점
- 위키피디아 백과 사전(영문)
- 위키피디아 백과 사전(한국)
- 직지 프로젝트
- 코스모스(칼 세이건 著)
- SF 개인 위키(한국)
- GodSpeed (http://www.pyroshot.pe.kr/)
- Fantastic Fiction (http://www.fantasticfiction.co.uk)
- http://user.chollian.net/~kst1234/substance/tachion.htm

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+ 본 SF 칼럼은 40여회 분량으로 실을 예정입니다.
+ 짜투리 시간 쪼개서 작성하는 것이라서 주기적으로 올리지는 못할 겁니다. 되는 대로 쓰고 되는 대로 올리겠습니다.
+ 전문적인 SF 칼럼니스트 만큼의 깊이는 없겠지만, 나름대로 기획해서 성심성의껏 올려보겠습니다. 많은 격려바랍니다. ^^
※ 이 칼럼은 퍼다 나르지 않으셨으면 합니다.

| 엮인 글 |
2008/08/17 - [SF 칼럼] - SF 칼럼 [3]：가능성의 한계(3)-하이퍼스페이스(초공간)과 투명인간
2007/10/15 - [SF 칼럼] - SF 칼럼 [1]：가능성의 한계(1)-SF(에스에프)에서의 공상과학