생각 13: 생각의 입체화
뉴튼, 아인슈타인과 스티븐 호킹의 입체화
이 세명의 학자들은 현대 과학에 지대한 영향을 끼쳤습니다. 뉴튼은 떨어지는 사과에서 영감을 얻어 중력을 발견했습니다. 아인슈타인은 종이와 펜만 가지고 시간과 공간을 연구해서 상대성이론을 제공했습니다. 스티븐 호킹은 머리속으로 개념을 입체화해 빅뱅과 블랙홀개념을 도입했습니다.
보통 사람들은 현실을 사진처럼 보는데 이들은 한차원을 더해서 현실을 입체화하려고 했습니다.
뉴튼은 두 물체 (달과 사과)의 관계를 입체화하였고 아인슈타인은 시간과 공간 (중력)을 입체화하였고 스티븐 호킹은 블랙홀 (중력과 열역학) 을 입체화하였습니다.
만유인력의 법칙은 중력을 정량적이고 수학적으로 설명하였다
널리 알려진 일화에 따르면 뉴턴은 나무에서 떨어지는 사과를 보고 만유인력의 법칙을 발견했다고 한다. 하지만 정확한 사실 관계를 확인하기는 어려우며, 뉴턴이 떨어지는 사과만 보고서 대발견을 하지는 않았을 것이라는 게 중론이다. 뉴턴의 만유인력은 중력에 대한 법칙이다. 중력은 질량이 있는 두 물체가 서로 끌어당기는 힘이다.
뉴턴이 위대한 과학자로 남을 수 있었던 것은 이 중력을 정량적이고 수학적으로 설명할 수 있었기 때문이다. 즉, 뉴턴에 의하면 질량이 있는 두 물체 사이의 중력은 각 물체의 질량의 곱에 비례하고, 두 물체의 떨어진 거리의 제곱에 반비례한다.
만유인력이란 질량이 있으면 보편적으로 이 힘이 작용한다는 의미
뉴턴의 중력이론은 만유인력(universal law of gravitation)으로도 불린다. 만유인력이란 질량이 있으면 그 어떤 물체이든 모든 물체에 보편적으로 이 힘이 작용한다는 뜻이다. 중세의 아리스토텔레스적인 세계관에서는 천상의 행성과 별들을 지배하는 자연법칙과 지상의 물체들에 적용되는 자연법칙이 달랐다.
천상은 완벽한 세계여서 그 속을 운행하는 별과 행성은 완벽한 원운동을 영원히 지속한다. 반면 지상의 추한 세계에서는 모든 물체가 힘을 추동하는 동인이 끊임없이 접촉하지 않으면 운동을 멈춘다. 잘 알려진 바와 같이 뉴턴은 사과를 충분히 세게 던지면 지구가 당기는 힘을 이기고 달과 마찬가지로 지구 주변을 궤도 운동할 수 있다고 추론했다. 반대로 지구 주변을 도는 달 또한 나무에서 떨어지는 사과와 근본적으로 똑같이 지구를 향해 (영원히) 낙하운동을 하는 것으로 생각했다. 즉, 천상의 질서와 지상의 질서가 뉴턴의 법칙을 통해 하나로 통합된 것이다.
더는 아리스토텔레스식으로 천상의 자연법칙과 지상의 자연법칙이 나누어지지 않아도 된다. 질량이 있는 물체들 사이에 단 하나의 ‘보편법칙’, 즉 만유인력만 있으면 충분했다. 여기에 ‘만유’인력의 중요한 의의가 있는 것이다.
뉴턴의 중력이론인 만유인력의 법칙은 200년 이상 아무런 의심 없이 천상과 지상계를 지배하는 법칙으로 받아들여졌다. 그러나 만유인력에 전혀 문제가 없었던 것은 아니다. 먼저, 만유인력은 천체운동을 지배하는 근원이 무엇인가에 대한 답(즉 중력)을 주기는 했지만, 그 중력이 왜(why) 그리고 어떻게(how) 작동하는지에 대해서는 답을 주지 못했다. 만유인력은 원격작용의 힘이다.
즉 질량이 있는 두 물체 사이에 힘을 매개하는 그 어떤 것도 없다. 이는 마치 해리포터가 마술봉을 휘두르면 상대방에게 그 효과가 즉각 나타나는 것과도 같다. 뉴턴 자신도 이 대목을 무척 실망스럽게 여겼다고 한다.
이론이 가진 내적인 문제 말고도 관측적인 사실도 만유인력과 맞지 않는 경우가 많았다. 대표적인 예가 수성의 근일점 이동이었다. 행성은 태양을 하나의 초점으로 하는 타원 궤도를 돌기 때문에 태양에 가장 가까워지는 지점이 있다. 이 점을 근일점이라고 한다. 만약 태양-행성을 지배하는 힘이 만유인력처럼 정확하게 거리의 제곱에 반비례하면 그 궤도는 닫힌 궤도이기 때문에 행성의 근일점이 움직이지 않아야 한다.
이 모든 문제를 해결한 것은 아인슈타인이었다. 아인슈타인은 1915년 완성한 일반상대성이론을 통해 만유인력의 이론적 실험적 한계를 모두 해결했다. 먼저, 일반상대성이론에서는 중력을 시공간 기하의 휘어짐으로 설명한다. 즉, 시공간에 질량이 있으면 그 때문에 주변의 시공간이 휘어지고 그 효과가 점점 퍼져 나가 다른 물체에 영향을 미친다. 이는 중력에 대한 ‘어떻게(how)’의 문제를 해결한 것이다.
20세기 말엽인 1998년과 1999년에는 덧차원 이론이 나오면서 중력에 대한 새로운 인식을 갖게 되었다. 만약 3차원 이상의 덧차원이 있다면 만유인력을 수정하는 것이 불가피하다. 실험적으로 만유인력은 밀리미터 단위까지 역제곱 법칙이 성립함이 확인되었다. 그 이하 단위에서 중력이 만유인력과 달라진다면 덧차원이 유력한 후보로 부상할 것이다.
중력은 뉴턴 시절 이래로 자연의 가장 근본적인 힘 가운데 하나로 여겨져 왔다. 그러다가 1970년대 스티븐 호킹과 제이콥 베켄슈타인, 그리고 1995년 시어도어 제이콥슨 등은 중력을 열역학적으로 설명할 수 있음을 보였다.
급기야 2010년 1월 네덜란드의 저명한 물리학자인 에릭 베를린데는 중력이 엔트로피의 차이 때문에 생기는 열역학적 힘으로 기술된다는 대담한 주장을 내놓아 학계에서 뜨거운 논란을 불러일으켰다.
시각화 (Visualization)와 상상력 (Imagination)
시각화와 상상력을 연습하면 좋다는 이야기는 흔히 듣는 소리고 처세술, Self-motivation 그리고 서양 연금술사들의 헤르메스학에서도 시각화와 상상력을 강조합니다.
시각화와 상상력을 연습하려면 생생하게 구체적으로 하라고 하는데 이해가 가지 않았습니다. 명상을 하는 척 할때 시각화와 상상력을 구체화하려고 하려고 했는데 무엇을 어떻게 해야하는지 몰랐습니다.
지금까지 생각을 할때 2차원적으로 했습니다. 그림을 상상하고 시각화했습니다. 그런데 3차원적으로 해야 할것 같습니다. 아니면 시간이나 공간을 추가하던지.
시간을 추가한다는 것은 그림을 상상하는 것이 아니고 영화처럼 구체화한다는 이야기고 시간은 신의 영역같으니까 하나의 그림이 아니고 다양한 그림을 상상하는 겁니다. 내가 요새 생각하는 공간을 추가하는 겁니다.
막연하게 ‘이러면 좋겠다’ 라는 생각은 구체화가 힘듭니다. 사업하는 동생에게 생각을 어떻게 3차원적으로 하냐고 물었더니,
동생은 새로운 제품을 만들때 생산서부터 판매 그리고 에프터 서비스까지 생각해야 한다고, 자신은 그것이 3차원적인 현실을 구체화하는 것이라고 말했습니다. 여기에 시간 그리니까 앞으로 벌어질 문제에 대해서 생각을 하면 도움이 된다고 합니다. 처음에는 잘될것이라는 믿음만 있었는데 현실이 녹녹치 않다는 것을 경험으로 배워 지속적인 생각을 하며 구체화한다고…
유명한 과학자들처럼 4차원적인 상상을 할수는 없겠지만 지금까지 막연하게 생각했던 것을 구체적으로 하는 것이 생각의 입체화라고 생각하게 되였습니다.
명상을 할때 그림이 아니고 영화처럼 상상을 하는 겁니다, 지속적으로 새로운 그림을 추가해서 그리는 겁니다. 매스터 피스가 될때까지. 그림을 많이 그리게 되면 진짜 영화같지는 않겠지만 영화를 천천히 보듯이.
마음 속으로 용서를 구한다면 그냥 마음으로 미안하다고 말만 하는 것이 아니고 그때로 돌아가 정확한 그림으로 내가 진심이 될때까지 진행하는 겁니다. 눈물을 흘릴때까지 하는 겁니다. 한번에 되지 않으면 같은 그림을 몇번이라도 지속하는 겁니다. 지금까지는 힘들면 다른 생각으로 넘어같는데 이제부터는 힘들고 실패하더라도 한가지를 지속적으로 해야겠습니다. 한가지도 못하는데 다른 것은 잘할 수 있겠습니까! 한가지를 해결해야 다른 것을 잘할수 있을겁니다.
영화를 제작하때 중요한 장면마다 미리 그림을 그린다고 합니다. 생각을 구체화하는 과정이라고 생각합니다. 나는 내 얼굴을 가끔 그려봅니다. 거울을 볼때는 그렇게 정확하게 보이던 내 자신의 얼굴이 눈을 감으면 상상해도 잘 보이지 않습니다.
내 얼굴이 눈을 감아도 2차원이 아니고 3차원으로 보일 때까지…
