블랙홀은 누가, 언제, 어떻게 발견했는가? 별은 어떻게 태어나서 살고 죽는가? 별에 관한 지식은 세계에 대한 우리의 과학적, 문학적 시각을 어떻게 바꾸었는가? 과학자들은 새로운 이론을 인정받기 위해 과학계의 권력과 어떻게 맞서 싸우는가? 우리가 궁금한 블랙홀의 모든 것에 대하여 이야기하고 있는 책.
블랙홀, 그 경이로운 ‘아이디어’의 전기
블랙홀 이론을 놓고 정면으로 충돌한 천재 과학자들의 경쟁과 우정

1935년 1월 11일, 천체물리학계의 핵심 인물들이 모두 모인 영국천문학회 회의장에서 스물네 살의 인도인 천체물리학자 수브라마니안 찬드라세카르(이하 찬드라)가 획기적인 이론을 발표했다. 찬드라는 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 별의 내부에 적용해, 별이 안으로 붕괴하다가 사라져버릴 수도 있음을 수학적으로 계산해냈다. 훗날 ‘블랙홀’이라 불리게 될 현상의 실체가 존재한다는 것을 최초로 증명한 것이다.
이 극단적인 주장은 당시 영국 과학계를 지배하고 있던 케임브리지의 대표적 천체물리학자 아서 스탠리 에딩턴을 화나게 했다. 식민지에서 온 애송이 과학자가 자신의 ‘위대한 이론’을 위협했기 때문이다. 에딩턴은 찬드라의 생각을 ‘별 장난’이라고 폄하하며 그를 웃음거리로 만들었다. 후대 과학자들이 그 이론의 가치를 인정하고 찬드라는 1983년에 노벨상을 받지만, 이때의 치욕은 죽는 날까지 그를 괴롭혔다. 그리고 1970년대 초 블랙홀의 존재가 입증될 때까지 천체물리학의 발전은 더디기만 했다.
블랙홀을 둘러싸고 정면으로 충돌하는 두 이론, 즉 상대성 이론과 양자역학이 등장하는 과정을 추적하고 있는 이 책은 찬드라와 에딩턴의 지적인 불화와 그것이 20세기 과학에서 갖는 의미를 다루고 있다. 찬드라의 이론은 2차 대전과 냉전 시기 핵무기가 개발되는 과정에서 다시 빛을 보게 된다. 과학자들이 폭발하는 별에서 폭탄의 원리를 착안했기 때문이다. 이 책은 이처럼 별의 죽음에 관한 논쟁에서 시작해 블랙홀의 존재가 증명되고 관측되기까지의 전 과정에 참여한 20세기의 대표적인 과학자들과 그들의 운명을 좌우한 세계사적인 사건들을 균형감 있게 서술하고 있다.

블랙홀의 발견이라는 거대한 이야기를 새로 들려주는 이 책은 별들이 어떻게 태어나서 살고 죽는지, 그리고 이런 지식이 세계에 대한 우리의 과학적 관점과 문화적 관점을 어떻게 근본적으로 바꾸는지 등을 이해하고자 하는, 인류의 놀라운 질문을 바라볼 수 있는 하나의 창문이다. 한 남자가 자신의 견해를 인정받기 위해 과학계와 싸우는 이야기이고, 또한 과학이란 무엇이며 어떻게 이루어지고 어디서 잘못될 수 있는지를 보여주는 에피소드이기도 하다. _ 아서 I. 밀러


블랙홀, 새로운 물리학이 열릴 가능성

세계 최고의 과학 저널 〈사이언스〉에서는 2008년 주목할 만한 과학 이슈의 하나로, 올 여름 완공될 유럽 입자물리연구소(CERN)의 거대강입자가속기를 꼽았다. 이 가속기의 주요한 목적은 초대칭 입자와 힉스 입자의 실존 여부를 확인하는 것이지만, 다른 한편으로 실험 과정에서 강한 에너지들이 부딪칠 때 순간적으로 만들어지는 ‘미니 블랙홀’을 관찰할 수 있을지에도 관심이 모아지고 있다.

오늘날 많은 과학자들은 우리 우주가 어떻게 발전했으며, 자연이 그 가장 극단적인 차원에서는 어떻게 움직일까를 이해하는 열쇠를 블랙홀이 쥐고 있다고 믿는다. (중략) 블랙홀은 궁극적으로 물질의 미세 구조와 우주의 운명을 밝혀줄 것이다. 이 중력 구멍 속에서는 원자가 깨져서 본래의 구성 성분으로 돌아가거나, 또는 존재 밖으로 밀려날 수도 있고, 우리가 아는 물리학 법칙이 완전히 깨질지도 모르기 때문이다. - 26쪽

우주 과학 분야에서 대중적으로 가장 많이 알려진 개념인 블랙홀은 우주 생성의 비밀을 푸는 열쇠로서 과학자들에게 매력적인 연구 대상이다. 뿐만 아니라, 여러 선진국들은 블랙홀을 찾기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 미국은 1999년 우주 왕복선 컬럼비아 호를 통해 15억 달러짜리 최첨단 우주 망원경 ‘찬드라 엑스선 망원경’을 우주 공간에 설치했다. 이 망원경의 주요 임무는 블랙홀에서 나오는 엑스선을 탐지하여 블랙홀의 존재를 입증하는 것이다. 실제로 지난 2000년 초대형 블랙홀을 발견한 이래로 우주에 관한 새로운 사실을 잇달아 밝혀내고 있다.
전 세계 과학자들이 블랙홀에 관심을 갖는 이유는 그것이 관여하는 에너지의 크기가 인간은 감히 흉내조차 낼 수 없는 엄청난 값을 갖기 때문이다. 그 엄청난 에너지는 우리가 알고 있는 물리학의 여러 개념을 완전히 뒤집어 새로운 물리학을 열 가능성과 블랙홀이 거대한 에너지원으로 쓰일 수도 있음을 시사하고 있다.


블랙홀 이론을 중심으로 살펴보는 20세기 과학의 역사

- 블랙홀은 누가, 언제, 어떻게 발견했는가
《블랙홀 이야기》는 찬드라와 에딩턴의 대립으로 첨예화된 별의 죽음에 관한 논쟁에서 시작해, 과학계에서 철저하게 무시되었던 찬드라의 이론이 2차 대전과 냉전 시기 수소폭탄과 원자폭탄이 개발되는 과정에서 다시 빛을 보기까지, 그리고 핵무기 개발에 적용된 초신성 폭발 연구의 연장선상에서 중성자별이 발견되고 마침내 블랙홀의 존재가 입증 및 관측되기에 이르는 전 과정을 이야기와 이론, 두 측면 모두에서 충실히 전달하고 있다.

- 20세기 과학의 주요 성과와 그 핵심 인물들
이 책의 1차적인 저술 동기는 블랙홀이 발견되는 과정에서 찬드라가 초석의 역할을 했음을 분명히 밝혀주는 것이지만, 그것을 상세히 서술하는 과정에서 20세기의 주요한 과학적 발견과 사건들이 포괄적으로 다루어지고 있다. 상대성 원리와 양자역학이 여러 과학 분야에 적용되면서 새롭게 발견된 사실들, 20세기 전반기 에딩턴이 주도하고 있던 영국 천체물리학계와 케임브리지의 분위기, 라마누잔이나 찬드라와 같은 천재적인 젊은이들을 영국으로 보내 자국의 미래를 책임질 인재로 키우려던 식민지 인도의 의지, 코펜하겐이나 괴팅겐 등 유럽 과학 중심지들의 자유로운 연구 분위기, 공산주의와 파시즘의 격랑 속에서 희생당하거나 급부상한 과학자들의 운명, 핵무기 개발 경쟁 등 이 책 한 권만으로도 20세기 과학의 주요 성과와 그 핵심 인물들의 활약상을 한눈에 파악할 수 있다.

- 과학의 사회적 성격
저자는 철저하게 무시당했던 찬드라의 이론이 약 40년 후 인정받기까지의 과정을 제국주의 시대 영국과 인도의 관계, 세계 대전과 냉전 시기의 정세와 같은 역사적 사실을 배경으로 입체적으로 서술하고 있다. 다른 한편으로는 과학의 발전을 촉진하기도 하고, 방해하기도 하는 과학자 개인의 전기(傳記)적 사실과 성격까지도 꼼꼼하게 밝혀냈다. 이를 통해 독자는 과학이 그것에 참여하는 개개인의 특성과 그 배경이 되는 사회 전반의 흐름에 영향을 받으며 때로는 빠르게, 때로는 더디게 발전해가는 것임을 확인해볼 수 있다.


과학자가 ‘과학자로서의 윤리’를 저버렸을 때 어떤 결과가 초래되는가

- ‘서구 과학계의 권위자’ 에딩턴은 끝까지 ‘과학자’였어야 했다
과학자들은 명백한 오류 앞에서는 뒤로 물러나는 법을 익힌 사람들이다. 그런데 어째서 에딩턴은 과학자의 존재 증명이라고도 할 수 있는, 사실에 입각한 객관적인 판단을 하지 않았던가. 저자는 그에 대해 몇 가지 추측을 내놓았다. 하나는 에딩턴이라는 인물이 체화하고 있던 제국주의 시대 영국인의 전형적인 생각과 태도이다. 에딩턴이 찬드라에게 직접적으로 인종 차별적인 언행을 보인 적은 없지만, 그는 무의식중에 인도에서 건너온 새파란 젊은이의 의견을 무시하고 싶었는지도 모른다. 찬드라에게 최신 계산기까지 사 주며 연구를 격려하던 에딩턴이 공개 석상에서 그의 견해를 헛소리로 치부하며 무시했으니, 그 공격은 거의 계획적이었던 것이나 다름없다.

거기에는 상당한 정도의 식민주의 정서도 포함되어 있었다. 그 정서는 허세와 예민함으로 표현되었다. 하지만 언제나 결과는 똑같다. 인도인을 대하는 영국인의 태도에 나타나는 기본적인 요소였다. 제국주의 시인 러드야드 키플링(Rudyard Kipling)은 “동쪽은 동쪽, 서쪽은 서쪽, 그 둘은 영원히 만나지 못하리.”라고 썼다. - 253쪽

또 다른 추측 한 가지는 모든 것을 설명하는 이론인 ‘기반 이론’을 수립하려는 에딩턴의 야심이다. 퀘이커 교도였던 에딩턴은 ‘보이는’ 세계와 ‘보이지 않는’ 세계 사이의 연결에 열광했다. 그는 수학을 통해 이 두 세계를 하나로 통합하려 했다. 그런 목적에서 나온 것이 바로 원자부터 별에 이르기까지 모든 것을 하나의 아름답고 조화로운 덩어리로 묶는 기반 이론이었다.

별들에 대한 생각은 에딩턴이 하는 작업의 일부일 뿐이었다. 그는 점점 더 모든 것을 감싸는 하나의 원대한 이론을 탐색하는 일에 빠져들었다. 그것은 원자부터 별들에 이르기까지 모든 것을 설명하는 이론을 말한다. (중략) 이는 과학이 시작된 이래 과학자들의 마음을 붙잡았던 질문이기도 했다. 이른바 ‘모든 것의 이론’을 찾아내려는 것이다. 그는 이것을 ‘기반 이론(fundamental theory)’이라고 불렀다. 이것이 그의 마음을 단단히 사로잡아 수많은 일에 대한 판단을 흐리게 했다. 하얀난쟁이별의 운명도 그중 하나였다. - 134쪽

찬드라의 견해를 수용할 경우, 에딩턴의 기반 이론은 성립할 수 없었다. 자신의 연구 인생 전부를 건 기반 이론을 지키기 위해 에딩턴은 상대성 이론을 약간 손질해 자기만의 버전을 만들었고, 찬드라의 견해를 무참히 짓밟았다. 이러한 집착은 결국 에딩턴 자신이 기초를 놓고 일으켜 세운 현대 천체물리학을 다시 자신의 손으로 주저앉히는 결과를 초래하고 말았다.

- 과학자가 ‘개인’을 뛰어넘어 ‘과학자로서’ 갖춰야 할 윤리
에딩턴은 과학자가 과학자이기 때문에 지녀야 할 윤리를 지키지 못하고 ‘약한 개인’으로서의 판단과 행동에 머물 때, 그 개인은 물론 과학의 발전을 얼마나 훼손할 수 있는가를 상징적으로 보여주는 인물이다. 또한 한 시대의 인식적 한계나 편견이 과학의 행보를 어떻게 가로막는지를 분명하게 드러내는 예이기도 하다. 여기서 우리는 데이터를 조작해 거짓 성과를 낸 한 과학자와 그것을 맹목적으로 지지했던 사회 전체가 과학의 발전과 사회 전반에 끼친 악영향을 떠올리게 된다. 20세기 전반기를 지배했던 팽팽한 긴장감과 모순이 에딩턴이라는 개인을 통해 터져 나왔듯, 21세기 초입에 일어난 황우석 사건은 눈에 보이는 성과만을 요구하는 사회와 그 앞에서 판단이 흐려진 한 과학자의 모습을 적나라하게 드러내는 계기가 되었다. 이러한 비교를 더해 읽는다면, 《블랙홀 이야기》는 블랙홀 이론의 발전사뿐만 아니라 과학의 발전에 미치는 개인과 사회의 영향이라는 문제까지 고민해볼 수 있는 한층 깊이 있는 독서의 기회를 제공할 것이다.
과학은 추상적인 개념과, 우리 인간의 생활을 난쟁이로 만드는 거대한 우주의 문제를 다루기는 하지만, 과학적 연구를 수행하고 생애의 대부분을 계산과 이론에 빠져 지내는 존재는 바로 인간들이다. 그들은 비합리적인 충동에 이끌릴 수도 있다. 에딩턴이 자신의 우주관과 일치하지 않는 결론을 믿으려 하지 않았을 때처럼 말이다. 그리고 긴밀한 공동 연구를 하려 할 때면 정열과 질투와 두려움과 야망과 실망에 사로잡힐 수도 있다. 찬드라는 개인적인 평화를 영원히 탐색했지만 그것은 실현될 수 없었다. - 418쪽

거기에는 상당한 정도의 식민주의 정서도 포함되어 있었다. 그 정서는 허세와 예민함으로 표현되었다. 하지만 언제나 결과는 똑같다. 인도인을 대하는 영국인의 태도에 나타나는 기본적인 요소였다. 제국주의 시인 러드야드 키플링(Rudyard Kipling)은 "동쪽은 동쪽, 서쪽은 서쪽, 그 둘은 영원히 만나지 못하리."라고 썼다. -253쪽

과학은 추상적인 개념과, 우리 인간의 생활을 난쟁이로 만드는 거대한 우주의 문제를 다루기는 하지만, 과학적 연구를 수행하고 생애의 대부분을 계산과 이론에 빠져 지내는 존재는 바로 인간들이다. 그들은 비합리적인 충동에 이끌릴 수도 있다. 에딩턴이 자신의 우주관과 일치하지 않는 결론을 믿으려 하지 않았을 때처럼 말이다. 그리고 긴밀한 공동 연구를 하려 할 때면 정열과 질투와 두려움과 야망과 실망에 사로잡힐 수도 있다. 찬드라는 개인적인 평화를 영원히 탐색했지만 그것은 실현될 수 없었다. -418쪽

옮긴이의 말

감사의 말

들어가는 말

제1부 별의 죽음에 관한 논쟁

1.스물네 살 인도 과학자의 위험한 아이디어
2.인도와 영국,두 세계 사이의 여행
3.천체물리학계에서 경쟁하는 거인들
4.에딩턴의 야심
5.링 위의 과학자들
6.에딩턴의 불만,찬드라의 의지
7.미국이라는 모험
8.한 시대가 끝나다

제2부 핵무기 개발과 별의 물리학

9.별들은 어떻게 빛을 내다 죽는가
10.하늘의 초신성과 지상의 핵폭탄
11.생각할 수 없는 것이 생각할 수 있는 것으로

제3부 블랙홀,끝나지 않은 수수께끼

12.찬드라가 옳았다
13.모네오 일반 상대성의 풍경
14.찬드라 망원경이 보여준 블랙홀의 신비

부록A|시리우스 A 이야기(속편)

부록B|현재의 초신성 연구

간단한 전기(傳記)

용어 정리

주

참고문헌

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