- 뉴턴, 아인슈타인의 계보를 잇는 천재물리학자
- 최대 업적 ‘호킹복사’, ‘블랙홀은 모든 걸 빨아들이지만 내보내기도 한다’
- ‘양자역학’으로 우주를 설명하려 노력해, 베스트셀러 ‘시간의 역사’ 남겨
- 지구온난화 우려, 지구 밖 인류생존 방안 모색해
CBS 라디오 '시사자키 정관용입니다'
■ 방 송 : FM 98.1 (18:30~19:55)
■ 방송일 : 2018년 3월 15일 (목)
■ 진 행 : 정관용 (한림국제대학원대학교 교수)
■ 출 연 : 이태형 (한국 우주환경과학연구소 소장)
◇ 정관용> 세계적인 물리학자 스티븐 호킹 박사. 하늘의 별이 되어 돌아가셨죠. 전 세계적으로 추모 열기가 뜨겁습니다. 그런데 막상 호킹 박사가 어떤 연구 업적을 남긴 건지 이걸 좀 정확히 잘 모르는 분들 많으셔서 오늘 한국 우주환경과학연구소 이태형 소장 모시고요. 궁금증 풀어보겠습니다. 이태형 소장, 어서 오십시오.
◆ 이태형> 안녕하십니까?
◇ 정관용> 사실 루게릭병, 또 휠체어에서 이렇게 눈동자로 소통하던 그 모습으로 우리는 많이 기억하지 어떤 업적이 있는 분인지 잘 몰라요. 과학계에서 어느 위치에 계셨던 분이라고 말하면 됩니까?
◆ 이태형> 기본적으로 뉴턴, 아인슈타인의 계보를 잇는.
◇ 정관용> 뉴턴은 만류인력의 법칙.
◆ 이태형> 아이슈타인의 상대성 이론을 만들었던 20세기 최고의 과학자, 21세기를 대표하는 최고의 물리학자가 누구냐하고 한다면 일반인들은 거의 스티븐 호킹 박사를 꼽는 경우가 많거든요. 그런데 물리학에도 여러 가지 분야가 있기 때문에 호킹 박사가 연구했던 분야에 대해서 또 그렇게 좋아하지 않는 분들도 계시고 질투하는 분들도 계시겠지만 그래도 아마 현존했던 가장 위대한 천재였다. 여기에 대해서는 대부분 동의하는 것 같습니다.
◇ 정관용> 그러니까 아인슈타인 물적에 필적할 만한 업적이 있으니까 그렇게 평가받잖아요. 최고의 업적을 뭐라고 꼽아요?
◆ 이태형> 일단은 블랙홀에 대해서 호킹 복사라고 많이 알려졌는데. 블랙홀은 모든 걸 빨아들인다고 말하는데 블랙홀도 결국은 모든 것을 빨아들이는 게 아니라 내보내기도 한다. 즉 뭐냐 하면 우주가 빅뱅이라고 들어보셨죠?
◇ 정관용> 지금 우주의 생성의.
◆ 이태형> 그렇죠. 하나의 점에서 우주가 대폭발을 일으켜서 만들어진 것이다. 그런데 왜 그렇고 어떻게 이렇게 일어날 수 있는 것인가. 사실 그렇게 듣기는 했지만 이해하는 분들이 없어요. 아인슈타인이 처음에 연구했던 부분이 바로 뭐냐. 아니, 스티븐 호킹 박사가 블랙홀 자체가 빨아들여서 한 점으로 다 모으는 거예요. 그걸 특이점이라고 하는데 모든 물질이 블랙홀의 한 점으로 모인다. 반대로 시간을 거꾸로 돌리면 한 점에서도 다 나올 수 있지 않겠는가. 그래서.
◇ 정관용> 빅뱅의.
◆ 이태형> 그렇죠. 빅뱅이론 자체가 일어났던 게.
◇ 정관용> 시작이.
◆ 이태형> 시작이 블랙홀과 같은 원리가 아니겠느냐 그래서 블랙홀은 모든 물질을 빨아들여서 한 점, 특이점이라고 하는 한 점으로 모으게 하는 건데 그 반대 과정을 갖다가 되돌리면 그것이 바로 우주의 기원인 빅뱅이 아니겠느냐 그것도 증명을 해내기도 했고 그래서 사실은.
◇ 정관용> 그런 걸 증명한다는 건 어떻게.
◆ 이태형> 수학이죠. 수학.
◇ 정관용> 수학으로.
◆ 이태형> 수학은 공식이기 때문에 보통 그분들이 쓰는 수학을 이해할 수 있는 사람들이 정말 전 세계적으로 0. 1%도 안 되는 그런 분들이기는 하겠지만 아무튼 간에 수학이라는 것은 거의 예술적인 부분인데 수학의 수식으로서 이런 것들을 증명해내는 부분이니까. 그러면서 블랙홀 자체가 모든 것을 빨아들이는 것만이 아니라 내보내기도 한다. 그래서 그걸 호킹 복사인데.
스티븐 호킹 박사 (사진=자료사진
◇ 정관용> 호킹 복사.
◆ 이태형> 복사라는 것은 내보낸다는 거죠. 모든 물질은 빛을 냅니다. 선생님도 빛을 내보내고 있거든요. 우주에서 온도가 절대 온도로 0도가 아닌 것들은 다 뭔가 복사한다고 해서 빛을 내보내거든요.
◇ 정관용> 에너지를 내보낸다 그게 곧 빛이다.
◆ 이태형> 그렇죠. 그래서 이제 별만 빛나는 것이 아니라 우리가 그래서 사람 어디 가면 적외선 카메라로 온도 감지하고 그러잖아요. 그래서 우주의 온도가 영하 270도 정도되는데 절대온도가 영하 273도예요. 그래서 더 이상 내려갈 수 없는. 영하 273도가 아닌 다음에는 조금 다 빛을 다 내는 거거든요. 그래서 블랙홀도 온도가 0이 아니다. 그래서 블랙홀 당연히 0이 아니니까 뭔가 나올 수 있지 않겠는가. 그래서 그걸 수학적으로 증명을 했던 부분이고. 좀 어려운 얘기지만 그래서 기본적으로 모든 건 다 빛을 낼 수 있다 그런 부분들.
◇ 정관용> 그러니까 블랙홀이 빨아들이는 것만이 아니라 내보낸다. 그런데 그거 연구가 중요한 이유는 그게 빅뱅이론의 기초가 되기 때문에 이렇게 되는군요.
◆ 이태형> 그렇죠. 사실 우리가 블랙홀, 블랙홀 많이 들었지만 그리고 초등학생들 정도면 가장 관심 있는 것 중의 하나가 블랙홀이잖아요. 블랙홀이 뭔가.
◇ 정관용> 저는 솔직히 그거 잘 모르겠어요.
◆ 이태형> 간단하게 설명드리면 별이 영어로 스타잖아요. 스타라고 하는 것은 스스로 타는 건데. 스스로 타는 거예요. 타다 보면 점점 무거운 물질로 바뀝니다. 그리고 마지막에 철이 되거든요. 별 속에 무거운 철이 마지막에 남아요. 그래서 별이 점점 진화하다 보면 나중에 늙기 때문에 가운데 철이 많아지거든요. 그러면 마지막에 폭발을 하게 되는데. 아주 큰 별들. 태양보다 한 수십 배 되는 별들은 폭발한 다음에도 중심에 철이 굉장히 많겠죠. 그 철들이 날아가지 않고 중력을 수축을 해요. 보통 블랙홀은 태양보다 30배 이상 무거운 별이 마지막에 폭발을 해서 그 폭발한 다음에 남아 있는 중심 부분이 수축하는 건데. 우리 보통 평소에 잘 못 느끼는 중력이 얼마나 중심을 세게 수축시키냐 하면 지구를 새끼손톱만 할 정도까지 되게끔 그러니까 남아 있는 물질이 그 비율로 작아지는 거예요. 엄청 센 거죠. 그렇게 엄청 세다 보니까 주위에서 모든 물질을 빨아들이고.
◇ 정관용> 중력이 워낙 세서.
◆ 이태형> 세서. 그래서 알고 보니까 블랙홀 속에 하나의 점으로 모든 질량들이 모이더라. 그래서 결국은 태양보다.
◇ 정관용> 아까 말씀하신 무거운 철덩어리 이런 것들이 처음에 있었을 거 아닙니까?
◆ 이태형> 그렇죠.
◇ 정관용> 그것들도 점점 우그러들고 작아집니까?
◆ 이태형> 우리가 가장 잘 알고 있는 게 원자라는 게 있잖아요. 원자 안에는 원자핵이 있죠. 이게 보면 원자라는 크기가 10의 마이너스 10승 미터즘 돼요. 10의 마이너스의 10승이요. 그런데 그 안에 원자핵이라는 건 10의 마이너스 15승 정도됩니다. 그런데 그 자체가 공간이 그래도 꽤 있잖아요. 그것이 수축이 되는 거죠. 그래서 원자에 돌던 전자들이 핵에 붙어버리고 그러면 이게 플러스 마이너스 제로가 돼죠. 그걸 중성자라고 해서 그런 별들을 중성자별이라고 하는데 이것이 더 짜부가 되는 거죠. 압축이 돼서. 아예 그냥 엄청나게 밀도가 높은 거의 밀도가 무한대가 되는 거거든요. 그냥 이해하지 마시고 그냥 뚱뚱한 별의 시체인데 지구 정도 크기를 새끼손톱만큼 압축을 시키면 블랙홀이 된다. 그러니까 그만큼 중력이 사실.
◇ 정관용> 그 블랙홀의 존재는 지금 확인돼요?
◆ 이태형> 그렇죠. 사실 블랙홀 자체가 나오지 않지만. 우리가 호킹 복사는 증명이 안 되지만 블랙홀이 빠르게 회전하거든요. 하루에 한 바퀴 도는 지구를 손톱만 하게 작게 만든다면 돌아가는 회전력이 그대로 있으니까 거의 광속에 가까워져도 빠르게 회전하거든요. 빠르게 회전하니까 엄청나게 주변에서 빠르게 물질들이 회전하면서 빨려들어가는 거예요. 빨려들어가는 물질들끼리 충돌하겠죠. 그 주변에서 빛이 나오는 거거든요.
◇ 정관용> 그것까지는 우리가 확인을 한 거죠?
◆ 이태형> 확인한 거죠. 그래서 이제 우주의 망원경을 띄워서 그런데 나오는 감마선이라든가 엑스선 같은 것. 블랙홀로 빨려 들어가는 물질들에서 나오는 그런 감마선이나 엑스선 같은 것을 갖다가 우리가 우주 망원경으로 관측을 하거든요. 그래서 100개가 넘는 블랙홀들이 발견이 됐고 또 은하계의 중심에는 보통 이런 블랙홀보다도 질량이 수백 만 배에서 억 배 이상 되는 이제 엄청나게 거대한 자이언트 블랙홀이라는 것도 있고 블랙홀의 존재는 이미 다 입증이 됐는데 다만 우리가 몰랐던 것은 그 안에가 어떻게 되느냐. 사실 그렇잖아요. 지구가 어떻게 손톱만 해질 수 있느냐. 그것이 또 어떻게 한 점으로 모이느냐. 이런 것들에 대해서는 거의 이해를 못하는 부분이고. 아직까지도 블랙홀 속이 어떻게 이루어져 있다. 이건 사실 계속적으로 연구해야 될 대상인데.
◇ 정관용> 모르죠. 그건.
◆ 이태형> 모르죠. 그런데 다만 블랙홀에서 이런 것들이 블랙홀도 온도를 가지고 있으면서 블랙홀도 복사를 한다.
◇ 정관용> 뭔가 나온다.
◆ 이태형> 나온다. 이제 그런 부분인데 이게 호킹 복사라는 거예요.
◇ 정관용> 그런데 블랙홀은 확인됐다고 아까 하셨잖아요. 그런데 그 블랙홀에서 뭔가 나오는 걸 포착해낸 건 아직 없는 거죠?
◆ 이태형> 그건 없죠. 그래서 호킹 박사가 그래서 노벨상을 못 받았어요. 아인슈타인 박사는 1921년도에 노벨상을 받았거든요. 물론 아인슈타인 박사는 상대성 이론으로 받은 게 아니라 광전효과를 가지고 노벨상을 받았는데 호킹 박사는 호킹 복사라는 유명한 업적을 남겼지만 증명을 못하는 거예요. 증명을 못하면 노벨상을 못 받거든요.
◇ 정관용> 아까 수학적으로는 증명을 했다고 그랬잖아요.
◆ 이태형> 그런데 실제로 수학적으로 나왔지 현실적으로 증명이 안 되니까.
◇ 정관용> 입증이 안 되니까.
◆ 이태형> 입증이 안 되니까. 그래서 사실 그리고 이제 이미 돌아가셨기 때문에 돌아가신 분한테 노벨상 안 드리거든요. 그래서 호킹 박사는 위대하지만 노벨상을 못 받은 거고.
◇ 정관용> 알겠습니다.
◆ 이태형> 그래서 간단히 설명드리면 이게 왜 입증이 안 되냐 하면 호킹 복사가 일어나려면 블랙홀이 빨아들인다고 그랬잖아요. 나오려면 빨아들이려는 것보다 나오는 게 많아야 되겠죠.
◇ 정관용> 그래야 눈에 보이겠죠, 포착이 되겠죠.
◆ 이태형> 그렇죠. 그런데 호킹 박사가 주장하는 건 뭐냐 하면. 호킹 복사가 일어나려면 최소한 온도가 어느 정도 온도에 따라서 나오는 게 있다라고 했죠. 그런데 우주의 온도가 영하 한 270도라고 했잖아요. 영하 270도보다는 높아야지만이 이것이 내보내질 수 있다.
◇ 정관용> 나온다.
한국 우주환경과학연구소 이태형 소장 (사진=시사자키 제작팀)
◆ 이태형> 왜냐하면 온도가 있다는 것은 에너지가 있다는 거기 때문에 그래서 블랙홀이 다 빨아들이는데. 블랙홀의 온도가 영하 270도보다 높으면 먹는 것보다 나오는 게 더 많을 텐데 그러려면 블랙홀의 크기가 얼마나 작아야 되냐 하면 블랙홀은 작으면 작을수록 온도가 높아요. 표면의 중력이 높다는 건데 얼마나 작아져야 되느냐 하면 우리 지구 정도 질량이 돼야되는 거예요. 아까도 말씀드렸지만 블랙홀이 되려면 태양 질량의 최소한 3배 이상은 돼야지만 블랙홀의 무게가 그렇게 되는 건데, 질량이. 태양의 질량이 지구보다 한 30~40만 배 되거든요. 그런데 지구 정도 되는 크기의 블랙홀을 찾아야 되거든요. 이게 미니 블랙홀이거든요. 찾기도 어려울 뿐만 아니라 그런 것이 존재하는지 모르겠고. 그러니까 분명히 수학적으로는.
◇ 정관용> 수학적으로는 맞는 말인데.
◆ 이태형> 수학적으로는 지구 정도 크기의 블랙홀이 있다라고 한다면 어려운 얘기죠.
◇ 정관용> 좋습니다. 좋습니다.
◆ 이태형> 어려운 얘기죠.
◇ 정관용> 그런데 가장 유명한 블랙홀에서도 에너지가 나온다, 빛을 낸다를 연구 업적을 낸 게 1974년이더라고요.
◆ 이태형> 그렇죠.
◇ 정관용> 그러면 74년부터 최근까지는 어떤 연구를 하신 거예요?
◆ 이태형> 기본적으로 블랙홀하고 양자역학이라고 해서 양자역학이라고 하는 것은 결국은 눈에 안 보이는 아주 밀입자들. 원자 안에 있는 전자 이런 식이거든요. 우주를 갖다가 우주를 이런 양자역학으로 한번 설명해 주는 양자우주론 연구를 하고 그러셨거든요. 그러니까 우리가 진공이라고 하면 아무 것도 없는 것 같잖아요. 그런데 호킹 박사가 이야기하는 양자역학 속에서는 우주에는 에너지가 있을 거 아니에요. 우리가 에너지가 있다면 계속적으로 입자가 만들어지고 소멸하는 과정을 계속 반복하는 거예요. 우리가 생각하는 이 우주에는 아무것도 없지만 실제로 호킹 박사가 생각하는 우주, 양자 우주론에 의하면 우주는 실제로 입자들이 생겼다 없어지는 것을 계속 반복하고 있거든요. 그래서 이런 아주 양자 우주론. 자꾸만 입자들이 만들어지고 소멸하고 이런 과정을 거쳐서 우주가 만들어지고 이런 양자우주론을 갖다가 설명을 하려고 했던 부분이고 그런 연구를 하셨고 또 이제 아인슈타인 박사도 못 했던 부분들.
◇ 정관용> 뭐예요?
◆ 이태형> 우주에 있는 힘들이 결국은 중력이라든가 전자기력 그다음에 핵력이라고 해서 여러 가지 힘들이 있는데. 이런 힘들을 하나로 모아서 통일된 힘을 하나로 갖다가 설명을 하려고 했는데 아인슈타인은 못 했지만 호킹 박사도 그런 연구를 했었고.
◇ 정관용> 그런데 결론은 아직 못 낸.
◆ 이태형> 그렇죠. 그래서 기본적으로 블랙홀에 대해서 많은 업적을 남겼고 양자역학으로서 우주를 설명하려고 하는 노력들을 많이 했습니다.
◇ 정관용> 물리학의 여러 분야 중에서 스티븐 호킹 박사는 기본적으로 우주 생성의 원리와 우주의 역사, 우주의 미래 이거에 초점을 맞추셨던 거군요.
◆ 이태형> 그렇죠. 그래서 사실은 이걸 갖다가 보통 사람들은 컴퓨터 두드려도 어려운 얘기를 머릿속으로 다 그걸 계산하시면서 했다는 게 웬만한 슈퍼컴퓨터보다 머리가 굉장히 좋으신 것 같아서 저희도 감히 이해하기 어렵습니다.
◇ 정관용> 42년생이고 나이 20살 좀 넘자마자 바로 그 병이 생긴 거잖아요.
◆ 이태형> 그러니까 42년생이거든요. 42년생인데 사실 태어난 날짜가 갈릴레이가 돌아가신 날이에요.
◇ 정관용> 그래요?
◆ 이태형> 1월 8일자로 태어나셨는데 갈릴레이가 돌아가시고 300년 되는 그날 태어나셨거든요. 그런데 이번에 돌아가신 날짜는 또 아주 우연하게 아인슈타인이 태어난 날이죠.
◇ 정관용> 글쎄 말이에요.
◆ 이태형> 이 역시 천재들끼리 뭔가 통하는 날짜가 있는 것이 아닌가. 아무튼간에 실제로 1942년생인데 63년 그러니까 21살 때죠.
◇ 정관용> 발병했고.
◆ 이태형> 발병해서 원래 의사들은 2년을 못 넘길 것 같다. 그런데 다행히도 병의 진전이 천천히 느리게 되면서 그러면서 대학교 때 친구하고 같이 결혼도 하고 그래서 65년도에 결혼도 하면서 그래서 자녀도 셋이나 낳았고 그래서 어느 정도는. 그리고 나서 캠브리지 대학교에 가서 박사 과정을 받은 게 65년도. 발병하고 나서 남들은 2년 후면 죽을 거라고 했는데 그 2년 후에 박사 과정을 밟으면서 이제 물리학의 연구를 하겠다 했던 거고. 그러니까 호킹 박사는 그랬던 것 같아요. 시간이 너무 소중한 거예요. 이제 시한부 인생이잖아요.
◇ 정관용> 더 열심히 연구를 한 거죠.
◆ 이태형> 그래서 지금 아니면 못한다. 지금 아니면 못한다니까 그만큼 더 열심히 했던 부분이고 그런데 다행히도 그 의지라든지 그런 어떤 열망, 그런 호기심 같은 것들이 생명을 연장해 줬던 것 같아요. 그래서 63년도에 2년도 못 살겠다고 한 분이 올해가 2018년이니까. 그래서 역시 사람의 의지가 정말 중요하다. 천재도 머리만 좋다고 되는 것이 아니라 그만한 의지가 있으니까.
◇ 정관용> 또 노력하고.
◆ 이태형> 그렇죠. 그래서 저희가 대학교 때도 저는 80년대 학번이니까 보면서도 그 당시에도 참 안타깝다. 한국에 오셨다가 가셨잖아요. 그랬는데 그리고 나서 한참 세월이 흘렀고. 얼마 전에, 몇 년 전에는 제로G라고 우주에 비행기 타고 올라가서 우주의 무중력 체험하는 이런 체험도 하셨고 그래서 상당히 우주에도 관심이 많으셨고.
◇ 정관용> 그리고 워낙 어려운 거 연구하셨지만 아주 쉬운 대중서도 많이 책을 써내셨다면서요.
◆ 이태형> 1988년에 썼던 시간의 역사. 1000만 부가 팔려서 세계적인 베스트셀러인데 기본적으로 옛날에 프톨레마이오스라고 하는 그리스의 학자서부터 갈릴레오, 뉴턴,아인슈타인까지 우주에 대해서 연구했던 분들의 업적을 설명하면서 빅뱅에서부터 본인이 연구했던 블랙홀, 이런 부분에서 우주가 어떻게 진화되어왔고 시간의 역사가 어떻게 되는지 그러면서 우주가 어떻게 변해갈지 이런 것들을 거의 일반인들의 눈높이에서 썼는데. 사실 뭐 대중적인 천문학자 하면 칼세이건 박사를 많이 얘기하죠. 그래서 이제. 칼세이건 박사.
◇ 정관용> 코스모스 쓰신 분.
◆ 이태형> 코스모스 쓰신 분이죠. 사실 그런데 코스모스보다 훨씬 더 사실은 스티븐 호킹 박사 시간의 역사가 더 유명했던 거고 더 어려웠던 책이기는 하지만 대중적인 활동을 많이 하셔서.
◇ 정관용> 강연도 많이 하셨고.
◆ 이태형> 강연도 많이 하셨고 한국에도 두 번 오셨다 가셨고 작년에는 정말 우주를 탐사해야 된다 여러 가지 방송도 나오시고 굉장히 열심히 사셨던 것 같습니다.
◇ 정관용> 마지막에는 이 지구온난화에 대해서 강력한 경고도 보내시고 그런 거 우리가 되새겨야죠.
◆ 이태형> 그렇죠. 지구가 이만큼 소중한 것이 없다. 그런데 사실 점점 지구온난화 등 지구가 오염되니까 과거에는 호킹 박사가 인류의 존재를 우주에 알리면 안 된다. 그래서 우주에서 외계인 찾는 거 굉장히 반대하셨거든요. 그러다가 한 10년 전부터 바뀌셨는데 지구의 환경이 점점 안 좋아지니까 나가야 되겠다 그래서 달에 기지도 만들어야 되겠고 그다음에 작년에는 지구에서 가장 가까운 별이 프록시마라는 별이 있는데 빛으로 4. 3년 되는 거리에 있는 별이에요.
◇ 정관용> 광년 4. 3.
◆ 이태형> 킬로미터로는 40조 킬로미터. 여기다가 정말 작은 우주선을 갖다가 빛의 광합으로서 쏘아보내면 한 20년이면 갈 수가 있거든요. 거기도 가서 연구를 해야 된다.
◇ 정관용> 그렇게 바뀌실 만큼 지구온난화에 대한 걱정이 마지막에 크셨다?
◆ 이태형> 많이 크셨죠. 지구를 사랑하신 분입니다.
◇ 정관용> 우리 스티븐 호킹 박사를 하늘의 별로 보내드리면서 우리 남아 있는 사람들은 그래, 지구온난화 이거 막아야 돼 이거라도 깨달았으면 좋겠습니다. 오늘 좋은 말씀 잘 들었습니다. 고맙습니다.
◆ 이태형> 고맙습니다.
◇ 정관용> 한국 우주과학연구소 이태형 소장이었습니다.