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우주 시작은?…`빅뱅` 수학으로 증명, 블랙홀도 소멸하는 존재…상식 바꿔
기사입력 2018-03-14 20:14
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◆ 스티븐호킹(1942~2018) ◆
스티븐 호킹 박사는 1970년 발표한 논문으로 일약 스타로 떠올랐다.

호킹 박사는 당대 최고 물리학자로 불린 로저 펜로즈 박사와 함께 '특이점 정리'를 통해 우주의 시작을 설명했다.

특이점이란 한 점에서 무한대의 에너지 밀도를 갖는 작은 점을 의미한다.

남순건 경희대 물리학과 교수는 "그는 우주의 시작과 특이점에서 어떤 일이 발생하는지 수학적으로 증명해 냈다"며 "알베르트 아인슈타인의 일반상대성이론 내에는 특이점이 반드시 존재한다는 것도 증명했다"고 설명했다.

일반상대성 이론에 반드시 특이점이 존재한다는 것은 블랙홀과 함께 우주의 시작을 알린 '빅뱅'이 존재함을 설명해준다.

남순건 교수는 "호킹 박사의 연구는 이후 블랙홀과 우주의 시작, 끝에 대한 과학자들의 시각을 넓히는 데 기여했다"고 덧붙였다.


호킹 박사는 이후 블랙홀 연구에 전념했다.

그는 1974년 '호킹 복사' 이론을 발표한다.

블랙홀도 입자를 방출할 뿐만 아니라 에너지를 잃어버리기 때문에 결국 없어질 수 있다는 내용이다.

남 교수는 "그는 양자역학 효과로 블랙홀이 검지만은 않으며 온도를 갖고 물질을 방출할 수 있다고 주장했다"고 설명했다.

블랙홀 주변에서는 입자와 반입자가 끊임없이 생성하고 소멸하는 반응이 일어나는데 이때 '사건의 지평선(블랙홀의 중력으로 빠져나올 수 없는 시공간의 경계면)' 밖에 만들어진 입자들이 블랙홀 밖으로 튀어나온다.

이 과정을 거치면서 블랙홀 역시 소멸할 수 있다는 이론이다.


1980년대 호킹 박사는 미국의 유명 과학자였던 제임스 하틀과 함께 일반상대성이론과 양자역학을 결합한 '양자우주론'을 제안해 우주는 공간적인 부피는 있지만 경계가 없다는 '무경계 우주' 이론을 내놨다.

김홍서 한국천문연구원 이론천문연구센터 박사는 "우주는 가장 안정되고 에너지가 낮은 기저상태(그라운드 스테이트)에 있고 우주는 무한하며 어떤 경계도 없다는 두 가지 가정을 써서 우주의 가장 높은 확률의 상태를 나타내는 파동방정식(슈뢰딩거 방정식)의 해를 구했다"며 "우주는 우리가 지금 보는 것 같은, 즉 잘 관측되고 잘 맞는 이 상태로 태어났을 가능성이 높다는 이론"이라고 설명했다.

호킹 박사가 이론물리학자인 만큼 그의 성과가 실험으로 검증되지는 못했다.

그가 노벨상을 받지 못했던 이유다.

하지만 그는 현 세대에서 가장 유명한 과학자로 꼽힌다.

김홍서 박사는 "이론물리학, 특히 중력을 연구하는 과학자들에게 호킹 박사는 아이작 뉴턴, 아인슈타인 등을 잇는 천재 과학자로 꼽힌다"고 말했다.


1990년 호킹 박사가 방한했을 때 통역과 안내를 맡았던 소광섭 서울대 물리학과 명예교수는 "정말 이 사람(호킹 박사)이 대단하구나 생각한 게 손가락 하나도 제대로 못 움직이는데 그 많은 논문들을 다 읽고 몽땅 외워서 자기 논문도 쓰고 책도 쓰더라는 것"이라며 "마치 모차르트가 오페라나 레퀴엠을 머릿속에서 작곡해 다 넣어놓았다고 하듯, 모차르트와 같은 천재에 가까웠다"고 말했다.


[원호섭 기자 / 김윤진 기자]
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