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스티븐 호킹을 추모하며, 그의 주요 업적을 되짚어보자

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BBC사이언스 작성일자2018.03.14. | 26,443 읽음
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유명한 이론물리학자인 스티븐 호킹이 76세로 사망하였다. 그의 주요 업적을 되짚어보자.

‘The Hawking Excitation’ 에피소드를 시작으로 미국의 유명한 시트콤인 <빅뱅이론>에 몇 차례 출연하다. (C)cbs via GettyImages

출처 : BBC사이언스

1. 대학원생이었던 호킹은 우주의 특이점에 대해 연구하기 시작했다. 특이점이란 부피가 0이고 중력이 무한대인 시공간의 한 부분을 말하며, 아인슈타인이 일반상대성이론을 통해 존재를 예측했다. 호킹은 특이점이 블랙홀 중앙에 자리한다는 로저 펜로즈의 이론에 영감을 받아 동일한 이론을 우주에 접목시켰다. 그 결과, 우주도 하나의 특이점, 즉 블랙홀에서 탄생했을 것이라는 결론을 내렸다.

2. 1974년, 호킹은 블랙홀 주변의 양자 효과가 블랙홀에 영향을 미쳐서 복사(이후에 ‘호킹 복사’라고 명명된)가 방출되며, 블랙홀이 쪼그라들거나 폭발하기도 한다고 주장하는 논문을 발표했다. 그런 복사나 폭발은 아직까지 관찰된 적이 없다. 하지만 호킹이 논문에서 제시한 열역학과 양자론, 중력의 이론적 연결고리는 아직도 많은 학자들이 탐구하고 있으며, 궁극적인 만물의 이론을 정립하는 데 중요한 역할을 할지도 모른다

3. 2015년에 호킹은 블랙홀에 떨어진 물건이 탈출할 수 있다고 주장했다. 블랙홀로 떨어진 물체의 고유한 특성에 관한 정보는 어떻게 되는가를 놓고 40년간 논쟁이 끊이질 않고 있는데, 호킹이 내놓은 답은 이렇다. 호킹은 블랙홀을 통과하는 물체에 대한 정보가 사상수평선에 2차원적인 형태로 저장된다고 주장했다. 이 정보는 이후 호킹 복사와 함께 방출된다. 이미 쓸모없어진 후이긴 하지만 말이다.

4. 대중에겐 잘 알려지지 않은 사실이지만 호킹은 양자 중력도 연구했다. 아주 작은 세상(양자물리학)과 아주 큰 세상(일반상대성이론)을 하나로 통합한 소위 ‘만물의 이론’을 정립하기 위해서다. 1980년에 발표된 첫 번째 관련 논문에서는 지금은 잊혀진 ‘N=8 초중력’ 이론을 지지하는 주장을 폈다. 기본입자에 ‘초대칭’ 짝이 있다고 주장하는 여타 이론과 달리 N=8 초중력 이론은 4차원의 시공간만 있으면 된다는 장점이 있었다. 호킹은 최근에는 끈이론을 중심으로 ‘만물의 이론’을 정립하려고 노력 중이다.


5. 호킹은 현대 물리학자들에게 다양한 도전 과제를 제시했다. 호킹이 열린 마음으로 색다른 주장을 펼친 덕분에 다른 물리학자들은 연구에 더 정진할 수 있었다. 예를 들어 보자. 호킹은 힉스 보손이 발견되지 않을 것이라고 확신했다. 또한 우주가 수축할 때는 시간이 거꾸로 간다고 생각했으며, 시간 여행은 불가능하다고 주장했다. 미래의 손님이 우리를 찾아온 적이 없기 때문이다. 게다가 블랙홀로 떨어진 정보는 영원히 사라진다고 주장하기도 했다. 호킹은 이 모든 주장을 나중에 바꿨다. 하지만 다른 학자들은 호킹의 주장이 틀렸음을 입증하는 과정에서 우주에 대해 더 많은 것을 알게 됐다.

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