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스티븐 호킹은 어떤 업적을 남겼나

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2018년 03월 15일 03:00 프린트하기

한 때 공상과학영화와 소설에서 블랙홀은 공간 이동을 할 때 사용하는 단골 소재였다. 블랙홀은 모든 것을 빨아들이는 천체이므로 질량보존 법칙에 의해 어디선가는 사라진 물질이 나오는 화이트홀이 존재할 것이라는 가설에 따른 것이었다. 그러나 1974년 이후부터는 이런 이야기가 사라졌다. 32세에 불과했던 젊은 과학자, 스티븐 호킹이 블랙홀이 에너지를 방출하기도 한다는 사실을 수학적으로 증명하면서부터다. 

 

스티븐 호킹. 1980년대 모습이다. - NASA 제공
스티븐 호킹. 1980년대 모습 - NASA 제공

  호킹은 박사 학위를 받기 전부터 유명세를 탔다. 당시 저명한 물리학자였던 프레드 호일을 정면 반박하면서부터다. 1964년 과학자들은 우주는 과거부터 현재까지 항상 같은 형태를 유지하고 있다는 정상우주론과 뜨겁고 밀도가 높은 하나의 점이 폭발하면서 우주가 만들어졌다는 대폭발이론을 두고 한창 논쟁 중이었다. 호킹은 ‘특이점과 시공간의 기하학’이라는 박사 논문을 통해 정상 우주론을 주장하는 대표 주자였던 호일을 정면으로 반박했다. 


  호킹을 단숨에 유명인으로 만든 ‘특이점과 시공간의 기하학’은 우주가 팽창하고 있고, 일반 상대성 이론이 옳다면 우주가 특이점에서 탄생했음을 수학적으로 증명한 논문이다. 특이점은 블랙홀 중심부에 에너지 밀도가 무한대로 커지는 지점으로 천재 수학자 로저 펜로즈 영국 옥스퍼드대 교수가 제안했다. 이형목 한국천문연구원장은 “대폭발 이론은 전에도 존재했지만, 그 시작이 선이나 면이 아니라 점에서 시작됐다는 사실을 증명했다”며 “대단히 복잡한 이론을 풀어낸 것”이라고 말했다. 


  정상우주론-대폭발이론 논쟁을 종결시킨 호킹은 일반 상대성 이론과 양자역학을 결합하는 연구에 나섰다. 연구 결과 블랙홀이 입자를 내뿜을 수 있다는 ‘호킹 복사(hawking radiation)’가 수학적으로 증명됐다. 이 연구로 블랙홀에 빨려 들어간 물질은 화이트홀에서 방출되는 게 아니라 블랙홀에서 입자가 방출되며 블랙홀이 서서히 사라진다는 사실이 밝혀졌다. 


  1993년 호킹 복사를 첫 논문 주제로 택했던 이필진 고등과학원 물리학과 교수는 “(서로 물과 불처럼 상극이던) 중력이론과 양자이론이 서로 연결될 수 있는지 여부는 지금까지도 풀리지 않은 물리학 난제”라며 “호킹 복사는 맞고 틀리고를 떠나, 이 문제의 해결 가능성을 타진해 물리학계에 근원적이고 거대한 화두를 던졌다”고 말했다. 


  대중에게 천체물리학을 알린 공로도 빼놓을 수 없다. 1988년 출판한 ‘시간의 역사’는 전 세계에 1100만 부 이상 팔린 베스트셀러가 됐다. ‘호두껍질 속의 우주’ ‘조지와 빅뱅’ ‘청소년을 위한 시간의 역사’ 등 익숙한 천체물리학 책을 남겼다.

 

The Universe in a Nutshell (2001)
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