화이트홀

카를로 로벨리 지음 | 김정훈 옮김

쌤앤파커스 2024년 09월 13일 출간 국내도서 : 2024년 09월 01일 출간

작품소개

책소개

세계적인 물리학자이자 ‘제2의 스티븐 호킹’이라 평가받는 카를로 로벨리 최신작.
카를로 로벨리는 최신 연구를 바탕으로 ‘화이트홀’이라는 미지의 세계, 지속적인 불확실성에 대한 실체를 추적한다. 현실의 맨 가장자리, 인간의 방정식이 작동하지 않는 그곳에선 어떤 일이 벌어질까? 그는 먼저 블랙홀이 어떻게 만들어졌는지부터 설명한다. 시간이 느려지고 멈추는 세상의 끝, 현실의 가장자리에서 일어나는 일들을 낱낱이 보여준다. 그리고 그 안쪽으로 들어가 가장 깊숙한 곳, 시간과 공간이 녹아내리다 못해 거꾸로 튀어 오르는 것처럼 보이는 곳까지 우리를 데려간다. 바로 그곳에서 화이트홀이 탄생한다.
2014년, 물리학 서적으로 유례없는 기록을 세운 카를로 로벨리의 책 ≪모든 순간의 물리학≫은 전 세계적으로 번역되어 200만 부 이상 판매되었다. 이후 10년간 카를로 로벨리는 과학과 철학, 예술을 넘나들며 시간과 양자 이론에 관한 스토리텔러로서, 물리학을 대중화하는 데 가장 위대한 일을 해냈다. 그가 써내려간 물리학은 우리가 이 세상을 이해하는 새로운 관점과 우주에서 우리의 위치를 이해할 수 있는 명쾌한 방법을 제시해왔다.
2024년, 그는 또 한 번 우리를 숨 막히게 아름다운 여정으로 인도한다. “지금까지 이보다 더 훌륭한 블랙홀 가이드는 없었다!”라는 세계 언론의 극찬 속에, 인간의 직관이 닿지 않는 영역의 아이디어를 다룬 이 흥미로운 책 속으로 함께 빠져보자.

목차

1부 이것은 현재 진행 중인 모험에 대한 이야기
2부 블랙홀의 시간을 거꾸로 돌리다
3부 우주를 ‘당신’이라고 부를 때

책 속으로

이 책에서 우리는 이 방정식들과 가깝고도 복잡한 관계를 맺게 될 것입니다. 이 방정식들은 공간, 시간, 중력에 대해 우리가 이해한 최선의 것을 요약한 것입니다. 그것은 블랙홀의 가장자리에서, 그리고 그 안에서 우리가 무엇을 기대해야 할지를 알려줄 것입니다. 화이트홀이 무엇인지도 알려줄 겁니다. 이상한 풍경의 영토를 통과하는 길을 보여줄 것입니다. 그러나 사실 지금부터 제가 하려는 이야기의 요점은 이러한 방정식이 더 이상 작동하지 않는 곳에 가서 어떤 일이 일어나는지 보는 것입니다. 우리는 거기서 그 방정식들을 버려야 합니다. 과학은 바로 그런 것입니다.
p. 22

우리가 사건의 지평선을 향해 가는 모습을 아버지가 지켜본다면, 그는 우리 쪽의 시계가 점점 느려지는 것을 보게 될 겁니다. 우리가 지평선에 가까워질수록, 빛이 아버지에게 도달하는 데 더 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. 빛은 중력에 붙들려 지평선 근처에 머물다가 떠납니다. 아버지가 우리를 계속 지켜본다면, 지평선 근처에서 우리 삶의 순간들이 점점 더 느려지다가, 결국 지평선을 넘기 전 마지막 순간에 멈춰 있는 것을 보게 됩니다.
사막이나 블랙홀의 지평선 안쪽에서 우리는 계속 정상적으로 살아가지만, 아버지는 아무리 기다려도 더 이상 우리에게서 아무것도 전달받지 못합니다. 요컨대, 지평선 너머 안쪽에 있는 사람에게는 시간이 멈추지 않습니다. 이들을 멀리서 바라보는 사람에게만 지평선 근처에서 일어나는 일들이 엄청나게 느려지는 것으로 보입니다.
pp.42-43

우리는 이제 블랙홀 안에, “비밀스러운 것들 속으로 들어섰습니다.” 좋은 별 지도가 있다면 우리는 이미 문턱을 넘어, 집으로 소식을 전하기에 너무 늦었다는 것을 알 수 있을 것입니다. 여기서 멈추고 되돌아가기에는 늦었습니다. 지평선 너머에서는 빛조차 빠져나갈 수 없으니 하물며 우리야 더더욱 돌아갈 수 없습니다. 로켓이 아무리 강력해도, 이제는 중심을 향해 떨어지는 것을 피할 길이 없습니다.
다시 나오려면 “다른 길로 가야 할 것입니다.” 조금만 주의를 기울이면, 주위를 둘러보기만 해도 우리가 블랙홀 안에 있다는 것을 알 수 있습니다. 여기서도 공간은 지평선 외부 주위에 있을 때와 마찬가지로 구형입니다. 그러나 외부에서는 충분히 강력한 로켓을 사용하면 더 큰 구형의 공간을 향해 (위쪽으로) 이동할 수 있습니다. 반면, 여기 안쪽에서는 우리가 무엇을 하든 우리는 점점 더 작은 구형 속에 있게 될 것입니다. 우리를 아래로 끌어당기는 중력이 너무 강해서 하강하는 것을 막을 수 있는 방법이 없습니다.
p.58

튕겨진 공은 어떻게 움직일까요? 잠시 생각해보세요. 마치 필름을 거꾸로 돌린 듯이, 떨어지는 모습과 정반대로 움직입니다. 튀어 오르는 공은 낙하 끝에서부터 거꾸로 본 떨어지는 공과 같습니다. 마치 공이 떨어지는 장면을 거꾸로 재생한 것과도 같죠. 우리는 블랙홀의 특이점 영역은 ‘중앙’에 있는 것이 아니라, 낙하의 끝 바닥에 있다는 것을 앞에서 보았습니다. 블랙홀이 낙하의 바닥에, 앞에 나온 그림의 진하게 표시된 영역에 도달하면, 공처럼 튕겨서 되돌아갈 수는 없을까요? 마치 시간이 거꾸로 가는 듯이 말입니다. 블랙홀의 일생을 촬영하고 영상을 거꾸로 재생한다고 상상한다면, 우리는 무엇을 보게 될까요? 화이트홀을 보게 될 것입니다.
pp.86-87

화이트홀의 외부와 블랙홀의 외부는 어떻게 다를까요? 우리가 외부에 있는 경우, 블랙홀과 화이트홀을 어떻게 구별할 수 있을까요? 정답은, ‘구별할 수 없다’입니다. 외부에서 보면 화이트홀은 블랙홀과 구별이 안 됩니다. 블랙홀은 질량을 가진 모든 물체와 마찬가지로 끌어당깁니다. 화이트홀도 마찬가지죠. 블랙홀 주변에는 궤도를 도는 행성이 있을 수 있습니다. 화이트홀 주변도 그렇고요…. 우리는 블랙홀을 향해 떨어질 수도 있고, 화이트홀을 향해 떨어질 수도 있습니다. 이는 좀 혼란스럽습니다. 화이트홀은 뒤집힌 블랙홀과 같지만, 그렇다고 해서 중력의 인력이 척력이 되는 것은 아닙니다. 시간의 방향이 뒤집힌다고 해서 인력이 척력이 되지는 않습니다. 외부에서 볼 때 블랙홀과 화이트홀은 정확히 같은 방식으로 작용합니다. 둘 다 질량이 중력의 힘으로 끌어당기는 것입니다.
pp.109-110

지금까지 제가 묘사한 블랙홀의 일생에 대한 재구성은 너무 단순합니다. 과거와 미래를 구별하는 모든 것을 무시한 설명이죠. 이야기를 완성하려면 우리는 시간 속에서 뒤집힐 수 없는 현상, 즉 블랙홀의 일생에서 ‘되돌릴 수 없는’ 측면도 고려해야 합니다. 이는 다시금 시간이라는 문제로 이어집니다. 과거와 미래는 왜 그렇게 다른 것일까? 왜 우리는 과거는 기억하고 미래는 기억하지 못할까? 왜 우리는 내일 무엇을 할지는 결정할 수 있지만 어제 한 일을 결정할 수는 없는 것일까? 저는 이 질문에 사로잡혀 최근 몇 년 동안 계속 연구해왔습니다. 그 답은 미묘하며 결국 우리와 밀접하게 관련되어 있습니다.
p.126

세계도 마찬가지입니다. 공간과 시간, 블랙홀과 화이트홀을 연구하는 것은 우리가 실재와 관계를 맺는 방식 중 하나입니다. 실재는 ‘그것’이 아나라 ‘당신’입니다. 서정 시인들이 달에게 말을 걸 때처럼 말입니다. ≪정글북≫에서는 모든 동물들이 서로를 인정하는 외침을 주고받죠. “당신과 나, 우리는 같은 피를 나누었다.”
나는 우리가 우주를 이해하고 우리 자신을 이해하기 위해서는 우주를 항상 ‘당신’으로 불러야 한다고 생각합니다. 우리가 사물과 하나임을 인정하는 그런 ‘당신’이죠. 당신과 나, 우리는 같은 피를 나눈 것입니다.
pp.173-174

출판사 서평

과학이 살아나는 곳에서
새로운 스티븐 호킹을 만나다

1915년, 아인슈타인이 일반 상대성 이론으로 별의 중력과 그 주변 시공간 구조의 긴밀한 상관성을 다룬 중력장 방정식을 제시했다. 그 후 수많은 우주 물리학자들은 이 방정식을 활용하여 우주 초기 빅뱅에서부터 블랙홀에 이르기까지 별의 운동과 진화 과정을 단편적으로 또는 부분적으로 설명해왔다.
제2의 스티븐 호킹이라 불리는 세계적인 물리학자, 카를로 로벨리는 이러한 단편적 설명의 퍼즐 조각들을 모아 블랙홀에 관한 일관된 큰 그림을, 거대한 하나의 조각보를 만들었다. 이 그림의 마지막 장, 조각보의 마지막 퍼즐이 바로 화이트홀이다. 그리고 이 책 ≪화이트홀≫은 그에 관한 이야기다.
≪화이트홀≫은 2023년 3월, 이탈리아 현지 출간 즉시 베스트셀러가 되어 10주간 부동의 1위를 유지하였다. 영미권을 비롯해 전 세계 40여 개 국가에서 이 책을 번역 출간 하였고, 〈타임스〉, 〈워싱턴 포스트〉, 〈뉴 사이언티스트〉 등 주요 언론에서 ‘올해의 책’으로 선정하며 극찬하였다. 카를로 로벨리는 물리학자로서 이례적인 대중의 관심과 언론의 주목을 받으며 다시 한 번 ‘로벨리 파워’를 보여주었다.
책을 펼치는 순간, 우리는 순식간에 우주 공간으로 간다. 마치 우주선에 탄 듯, 주변은 블랙홀의 지평선 근처처럼 느껴진다. 그는 독특한 ‘로벨리식’ 표현과 문학, 철학을 넘나드는 스토리텔링을 통해, 블랙홀과 화이트홀이 어떻게 만들어지는지, “시간이 느려지다가 멈추는 것처럼 보이고, 공간이 찢겨진 것처럼 보이는” 이상한 별들의 가장자리에서 어떤 일이 일어나는지를 마치 눈앞에 보이듯 생생하게 이야기한다.


시간이 멈추는 세상의 끝,
그곳에선 어떤 일이 벌어질까

빅뱅 이후 우주 공간을 떠다니던 거대한 수소 구름은 자체 중력에 이끌려 밀도가 높아지고 수축한다. 그러면서 가열되고 발화하여 태양과 같은 별이 되는데, 수소가 모두 헬륨과 재로 변할 때까지 수십억 년 동안 지속된다. 수소가 모두 연소되면, 별은 자체 중력을 버티지 못하고 압축 붕괴하면서 블랙홀이라는 거대 공간을 만들어낸다. 그리고 별의 물질은 블랙홀 안으로 빨려 들어가 가라앉는다. 이 때 별이 지녔던 에너지는 호킹 복사로 인해 점점 사라져간다.
블랙홀 속 별의 물질은 호킹 복사로 에너지를 계속 소진하고 동시에 점점 더 압착되어 끊임없이 작아지면서, 블랙홀의 공간과 시간을 깔때기 모양으로 왜곡시킨다. 많은 사람들은 이 과정이 무한히 지속될 것이고, 그렇게 되면 별의 물질도, 블랙홀도, 공간과 시간도 결국 모두 파괴되어 결국 사라질 것이라 생각했다. 블랙홀의 종말을 예상한 것이다.
하지만 카를로 로벨리는 여기가 끝이 아니라고 주장한다. 끝없이 압착되어 작아지다 사라질 것 같았던 물질은 공간과 시간의 양자적 구조에 의해 더 이상 작아질 수 없는 공간의 최소 크기에 도달하면서 압착을 멈춘다. 별의 물질도 최소 크기에 머무는데 이를 플랑크 별이라고 한다. 이 지점이 바로 블랙홀의 특이점이다.
플랑크 별은 양자적 특성을 지니면서 양자 터널을 통해 또 다른 세계로 양자 전이 하는데, 그 다른 세계가 화이트홀이다. 블랙홀에서 바닥까지 가라앉았던 물질이 화이트홀에서는 바닥을 딛고 다시 위로 반등(바운스)한다. 동시에 공간과 시간의 구조도 다시 팽창한다. 마치 블랙홀 안의 시간을 거꾸로 돌린 것처럼 말이다.
이처럼 블랙홀은 ‘무’로 사라지지 않고, 화이트홀로 전이한다. 블랙홀로 들어갔던 모든 것은 화이트홀의 지평선까지 튀어 오른 다음 완전히 빠져나와, 태양과 다른 별들이 있는 곳으로 돌아오게 된다. 이로써 블랙홀은 화이트홀로 환생했다.


우주를 ‘당신’이라고 부를 때,
우리는 비로소 우주를 이해할 수 있다

이것이 카를로 로벨리가 그린 우주의 생애, 좁게는 블랙홀의 운명에 관한 큰 그림이다. 여기서 블랙홀과 화이트홀은 아인슈타인의 중력장 방정식으로, 그리고 특이점에서의 양자 전이는 양자 이론으로 설명이 가능하다. 그는 이를 바탕으로 빅뱅은 우주의 시작이 아니라, 그 이전 우주의 붕괴로 만들어진 화이트홀의 ‘빅 바운스(거대한 반등)’일 수도 있다는 생각에 이른다. 또한 우주에 가득 차 있는 암흑 물질의 일부 역시 어쩌면 수십억 개의 작고 섬세한 화이트홀로 이루어져 있을 수도 있다는 가설을 조심스럽게 내비친다.
우주가 빅뱅으로 시작(탄생)하여 블랙홀의 종말로 마무리(죽음)되는 것이 아니라, 다시 화이트홀로 환생하며 끊임없이 순환할지도 모른다는 생각은, 어쩐지 인간의 삶과 죽음에 맞닿아 있는 듯하다. 인간은 우주 안에서 비록 미미한 존재이지만 그래도 우주의 일부다. 그러니 우리의 삶 역시 탄생과 죽음으로 일단락되는 것이 아니라, 우주처럼 어쩌면 그 너머로까지 이어져 지속될 수도 있다는 것.
또한 카를로 로벨리는 공간과 시간, 블랙홀과 화이트홀을 연구하는 것은 우리가 실재와 관계를 맺기 위한 한 가지 방식임을 강조한다. 우리는 항상 우리 자신이 주위 세계와 다르다고 생각하지만, 우리 자신도 여느 사물과 같기 때문이다. 우리는 “다른 인간과 살아가는 사회적 존재일 뿐만 아니라, 생물권의 나머지 부분과 합창하며 태양에서 온 자유에너지를 연소시키는 생화학 유기체”인 것이다.
그리고 그는 말한다. “우리가 우주를 이해하고 우리 자신을 이해하기 위해서는 우주를 항상 ‘당신’으로 불러야 한다.”고. 이 책과 카를로 로벨리를 만날 수 있다는 것은 분명한 행운이다. 빅뱅, 화이트홀, 블랙홀, 공간과 시간… 이런 거대한 실재에 대한 연구를 통해 우리는 우주가 인간에게 던지는 어떤 함의를, 삶 속에 파묻혀 놓치고 있던 메시지를 고찰해보는 진귀한 기회를 얻을 수 있을 것이다.

작가정보

저자(글) 카를로 로벨리

Carlo Rovelli
세계적인 이론 물리학자. 양자 이론과 중력 이론을 결합한 ‘루프 양자 중력’이라는 개념으로 블랙홀을 새롭게 규명한 우주론의 대가로, ‘제2의 스티븐 호킹’이라 평가받는다. 1981년 볼로냐대학교에서 물리학 학사와 석사 학위를 받고, 1986년 파도바대학교에서 박사학위를 받았다. 현재 프랑스 엑스마르세유대학교 이론 물리학센터 교수이자 프랑스 대학연구협회 회원으로 활동하고 있다. 이론 물리학 연구센터 페리미터 연구소의 저명한 객원 연구의장이기도 하다.
지은 책으로는 ≪시간은 흐르지 않는다≫, ≪나 없이는 존재하지 않는 세상≫, ≪모든 순간의 물리학≫, ≪보이는 세상은 실재가 아니다≫ 등이 있다.

번역 김정훈

서울대학교에서 서양철학을 전공하고 고전어와 철학을 가르치고 있다. ≪나 없이는 존재하지 않는 세상≫, ≪죽음: 이토록 가깝고 이토록 먼≫, ≪우리와 그들의 정치≫, ≪보이는 세상은 실재가 아니다≫ 외 여러 권의 책을 옮겼다.