과학도서 베스트셀러 다큐멘터리!

Synopsis

■ Issue Point

▶ 과학도서 베스트셀러 다큐멘터리!

▶ 제 24회 뉴스앤다큐멘터리 에미상 음악ㆍ음향상 부문 수상!

▶ 제 56회 피버디 어워즈 수상작!



■ 줄거리

제 1부 : 아인슈타인의 꿈

아인슈타인이 사망하고 거의 반세기가 지난 지금, 우주의 모든 법칙을 하나로 통합해, 전부를 아우르는 통일이론을 만들겠다는 아인슈타인의 목표는 현대 물리학의 지상과제가 됐다. 그리고 우린 끈이론(String Theory)이라는 새롭고 급진적인 개념을 통해 마침내 그 꿈을 이룬 게 아닌가 생각하고 있다.

하지만 만물의 이론이라는 거창한 이름에도 불구하고 끈이론의 기본 개념은 아주 간단하다. 제일 작은 입자에서부터 저 머나먼 별에 이르기까지 우주의 모든 것이 단 하나의 물질, 즉 끈(string)으로 이루어져있다고 하는데 여기서 말하는 끈이란 상상할 수 없을 정도로 작으면서, 진동하고 있는 에너지라고 한다. 끈이론은 아직 시작 단계에 있지만 이미 우주에 대한 급진적이고 새로운 해석을 내놓고 있다. 이색적이고도 멋진 시각이다. 하지만 만물의 이론 하나만으로 우리가 과연, 온 우주의 복잡성을 전부 이해할 수 있을까? 이런 물음에 대한 해답을 차근차근 풀어나가는 것이 본 프로그램 의 목적일 것이다.

제 2부 : 끈이론, 딜레마에 빠지다

지난 50년 동안 현대 과학 위에는 먹구름이 드리워져 있었다고 할 수 있다. 그 원인은 우주에 대한 이해가 두 개의 이론으로 갈라져 있기 때문이었다. 하나는 아인슈타인의 일반상대성이론으로서 별과 은하계 같은 우주의 거대한 물체를 이해하는 이론이고, 반면 우주의 작은 물체들, 즉 원자보다 작은 소립자를 설명하는 또 하나의 체계는 바로 양자역학이었다. 이 두 이론은 각자의 영역에 놀라울 만치 잘 들어맞았지만 우주의 심오한 미스터리를 풀기 위해 한데 묶으려고 할 때마다 실망을 안겨 주었다.

그렇다면 양자역학과 일반상대성이론을 통합할 수 있다면 우주의 비밀이 풀리게 될까? 끈이론 학자들은 그렇다고 자신하고 있다. 원자의 분리에서부터 별의 탄생에 이르기까지 우주의 모든 사건은 중력, 전자기력, 강력, 약력 등 자연계의 기본 네 가지 힘이 물질과 상호작용하면서 일어난다. 아인슈타인은 하나의 이론으로 이 네 가지 힘을 기술하는 방법을 찾기 위해 생애의 마지막 30년을 보냈는데 이제 끈이론이 그의 통합에 대한 꿈을 이루어줄지도 모르겠다. 수세기 동안 과학자들은 자연계를 구성하는 최소단위인 원자와 그 속의 소립자들을 극도로 작은 구형이나 점으로 생각해왔다. 그러나 끈이론에선 이 최소구성단위가 진동하는 가느다란 끈이라고 주장한다. 또한 끈이론학자들은 이 미세한 끈이야말로 거시세계와 미시세계를 하나의 이론으로 통합하게 해줄 핵심 열쇠라고 믿고 있다.

그렇다면 이 끈이론이 어떻게 탄생해서 발전해 왔는가 궁금하지 않을 수 없다. 행운이 따른 우연한 발견과 과학자들의 수년 간에 걸친 끈질긴 노력이 있었기에 끈이론의 탄생은 가능했다. 끈이론의 초창기 선구자들의 연구 과정과 끈이론의 발전 과정, 그리고 만만치 않는 비판 세력과 끈이론 자체의 결점에 이르기까지 끈이론에 대한 모든 것을 파헤쳐 본다.


제 3부 : 11차원에 오신 걸 환영합니다

우린 1, 2편을 통해 물리학의 첨단 이론이라 할 수 있는 끈이론에 대해 살펴봤다. 끈이론은 우주의 모든 것이 진동하는 가느다란 끈으로 구성돼 있다는 간단한 전제에서 출발하고 있는데, 이 혁신적인 이론 덕분에 최근 몇 년간 시공간과 우주의 실체에 대한 생각에도 변화의 바람이 불고 있다. 공상과학처럼 여겨져 왔던 일들도 차츰 실현가능해 보인다는 의미다.

이번 3편에서는 우주의 삼라만상을 전부 설명해 줄 수 있는 ‘만물의 이론’의 최종 후보자로 떠오른 끈이론을 통해, 그동안 과학자들이 씨름해왔던 문제들, 즉 웜홀의 존재 여부, 블랙홀과 우주의 탄생 등을 하나하나 살펴본다. 그리고 끈이론의 2차 혁명기를 가져온 에드워드 위튼의 업적에 대해서도 알아본다. 살아있는 최고의 물리학자이자, 아인슈타인의 후계자라 불리는 에드워드 위튼은 1995년에 열린 끈이론 학회에서 다섯 개로 갈라져 있던 끈이론을 하나로 통합하는 유명한 강연을 했다. 이후 그의 통합 이론은 M이론(M Theory)으로 불리게 됐는데, 11차원과 막(membrane 혹은 브래인 brane)의 존재를 제시한 게 특징적이다. 이로써 끈이론은 만물의 이론에 한발 더 가까워지게 되었다.

현재 과학자들은 우리에게 익숙한 3차원 공간을 넘어서는 여분의 차원을 찾기 위한 연구를 계속하며, 만물의 이론을 완성하려는 노력을 멈추지 않고 있다. 미지의 세계와 순수 학문에의 열정에 불타는 세계 최고 수준의 이론 물리학자들을 만나보자.