지난해 4월 26일 유럽입자물리학연구소(CERN)가 공개한 내부 모습. 거대강입자가속기(LHC) 설치에 필요한 대형 양극 자석을 터널로 끌어가고 있다. CERN에 따르면 10일 가동에 들어간 LHC의 첫 번째 양성자 빔은 성공적으로 방향을 잡았으며 본격적인 실험은 다음 달 21일로 예정돼 있다. 우주의 비밀을 밝혀내는 최종 실험 결과는 최소 3년 정도 걸릴 것으로 과학계에서는 내다보고 있다. AFP 연합뉴스
“과학자들은 거대강입자가속기(LHC)가 본격적으로 가동되면 우주와 자연의 근원을 한 꺼풀 벗겨낼 수 있을 것으로 내다보고 있다.”(동아일보 6월 20일자 A18면 ‘LHC가 풀어야 할 우주의 비밀은’ 기사 중에서)
과학계 초미의 화두였던 유럽입자물리학연구소(CERN)의 LHC가 10일 가동에 들어갔다. 이에 따라 지금까지 이론상으로만 존재했던 ‘신의 입자’인 힉스(Higgs)의 발견 유무도 관심이다. 최근 반기문 유엔 사무총장도 이 연구소를 방문해 격려했을 정도다. 우주 모든 입자들의 질량을 결정하는 가설적인 입자인 힉스는 ’우주의 비밀’ ‘신이 숨겨놓은 입자’란 수식어에도 불구하고 일반인 입장에선 데면데면하다. 용어나 개념이 생소한 데다 선뜻 이해가 가질 않기 때문이다. 이종필 KAIST 고등과학원 연구원은 “LHC에는 물리학의 심오한 법칙이 총망라돼 있지만 기본 지식만 있다면 큰 흐름을 보는 데는 문제가 없다”고 말했다. 그 ‘기본 지식’을 갖출 수 있는 10권의 추천도서를 이 연구원과 이강영 고려대 물리학과 연구교수가 뽑았다. 휘영청 달 밝은 한가위, 고향 밤하늘 저 먼 우주세계의 비밀이 궁금하다면 이 책들을 읽어보자.
◇알칼릴리 교수의 블랙홀 교실(짐 알칼릴리 지음)=시간과 공간, 우주에 관한 기본 과학 입문서. LHC를 가동하는 현대물리학의 핵심인 양자역학과 상대성이론, 빅뱅이론 등을 알기 쉽게 소개한다. 어려운 이론이나 전문 용어를 자제하고 공상과학영화와 일상적인 소재를 이용해 편안하게 다양한 과학 지식을 설명한다.
◇이휘소 평전(강주상 지음)=현재 CERN에는 상주하는 과학자만 80여 개국 2500여 명. 7년째 연구 중인 노상률 박사를 포함한 한국인 과학자도 여럿이다. 어쩌면 ‘신이 감춘 입자’는 한국인이 만든 검출기를 통해 모습을 드러낼지도 모른다. 세계적 물리학자였던 이휘소 박사의 생애를 읽으며 한국 물리학계에 응원을 보내자.
◇부분과 전체(하이젠베르크 지음)=양자역학은 LHC를 가동하는 현대물리학에서 가장 중요한 법칙. 이 양자역학의 기초를 세운 이가 1932년 노벨물리학상 수상자 베르너 하이젠베르크다. 이 연구원은 ‘20세기 초 과학자들이 원자핵의 세계를 어떻게 탐구했는지 생각의 궤적을 쫓을 수 있는 텍스트’로 주저 없이 이 책을 꼽았다.
◇스트레인지 뷰티(조지 존슨 지음)=1969년 노벨물리학상을 수상한 미국 이론물리학자 머리 겔만의 전기. 뉴욕타임스 과학기자인 저자가 “쿼크 모형을 처음으로 제시한 겔만의 생애를 통해 이를 전후한 입자물리학의 상황을 탁월하게 묘사했다”(이 교수). 소립자 복합모델의 기본 구성자인 쿼크란 LHC나 힉스를 이해하는 또 하나의 중요 키워드다.
◇신의 입자를 찾아서(이종필 지음)=대중의 눈높이에 맞춰 LHC 가동의 과학적 의미를 본격적으로 설명한 입문교양서. 저자는 LHC 실험을 “17세기 뉴턴 고전역학, 20세기 양자역학과 상대성이론에 이어 인류가 세 번째로 맞이한 과학혁명”이라고 본다. 세계 최대의 입자가속기가 가동되면 자연의 어떤 원리를 밝힐 수 있는지 상세하게 설명한다.
▼중·상급자용▼
◇엘러건트 유니버스(브라이언 그린 지음)=세계적인 과학저술가 브라이언 그린의 대표작. 특수상대성 이론과 일반상대성이론, 양자역학 등 통일장이론의 근간을 이루는 기본 개념들을 설명한 대중교양서다. 무엇보다 이 책은 우주를 구성하는 최소 단위를 끊임없이 진동하는 끈으로 보는 ‘초끈이론’을 가장 잘 설명하고 있다.
◇최종이론의 꿈(스티븐 와인버그 지음)=1990년대 중반에 시작된 과학 논쟁에 불을 붙였던 책. 물리학의 문명사적 의미를 탁월하게 설명했으나, 자연을 통합적으로 설명하는 최종이론으로 인해 과학이 철학과 종교 등을 뛰어넘고 참 진리로 남게 될 것이라고 주장해 논란을 불러일으켰다. LHC를 넘어서는 초대형 가속기에 관한 이야기도 등장한다.
◇스트링 코스모스(남순건 지음)=초끈이론에 관한 또 다른 개괄서. 초끈이론뿐 아니라 다양한 우주 관련 이론을 역사적 배경이나 주역 등에 중점을 두고 설명한다. 특히 이 분야에 종사하는 한국 물리학자들의 끊임없는 도전과 열정도 드라마틱하게 그려냈다. 저자는 “물리학 역시 관심을 기울이면 어릴 적 알고 싶어 했던 궁금증에 답을 찾을 수 있다”고 말했다.
◇그레이트 비욘드(폴 핼펀 지음)=미국 필라델피아과학대 수학과 물리학과 교수인 저자가 4차원 시공간 이상의 부가차원(extra dimension)을 심도 있게 다뤘다. 4차원부터 10차원까지 이르는 7개 차원은 그간 이론으로만 존재했던 것. 많은 과학자는 LHC를 통해 이 또한 검증할 것으로 기대한다. 이는 LHC에서 생성될 ‘미니 블랙홀’과도 직결된다.
◇숨겨진 우주(리사 랜들 지음)=LHC에서 힉스만 발견한다고 끝이 아니다. ‘신의 입자를 넘어선 그 위의 입자’로 ‘입자의 짝’을 뜻하는 초대칭 입자가 남아있다. 21세기 가장 주목받고 있는 여성과학자인 저자는 이 초대칭 이론을 포함한 다양한 법칙으로 기존 물리학의 난제를 해결하는 데 도전한다. 난해한 물리학 이론을 샤워커튼이나 슬라이스 빵 등의 비유를 들어 설명하는 솜씨가 탁월하다.
