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아, 있잖아, 인간은 진짜 신기해. 자기 자신한테 그렇게 푹 빠져 산다니까. 우리 역사, 심리, 철학, 심지어 신까지 연구하잖아. 대부분의 지식이 다 인간 중심으로 돌아가. 마치 우리가 우주에서 제일 중요한 존재인 것처럼 말이야. 글쎄, 난 그래서 물리학이 좋은 것 같아. 우리 눈을 가리고 있던 창문을 확 열어젖혀서 더 넓은 세상을 보여주거든. 뭔가 신선한 공기를 들이마시는 기분이랄까?
우리가 그 창문 너머로 보는 것들은 진짜 놀라워. 우주에 대해서 우리가 알아낸 게 진짜 많거든. 몇 세기 동안 우리는 과거에 얼마나 많은 오해를 하고 살았는지 깨달았어. 지구는 평평하고, 우주의 중심에서 움직이지 않는 존재라고 생각했던 때도 있었고, 우주는 엄청 작고 변하지 않는다고 믿었던 때도 있었지. 심지어 인간이 다른 동물과는 완전히 동떨어진 특별한 존재라고 생각했다니까? 그런데 이제는 쿼크, 블랙홀, 광자, 심지어 공간의 떨림까지 알게 됐고, 우리 몸속 세포 하나하나를 이루는 놀라운 분자 구조까지 들여다보게 됐잖아. 인간은 마치 계속 자라나는 아이 같아. 자기 방이랑 놀이터가 세상의 전부인 줄 알았는데, 훨씬 더 넓고 놀라운 세상이 있다는 걸 깨닫는 거지. 우리가 처음 생각했던 것과는 완전히 다른 관점들이 셀 수 없이 많다는 것도 알게 되고. 우주는 정말 다채롭고 끝없이 펼쳐져 있어서, 우리는 계속해서 새로운 면모를 발견하게 돼. 세상을 더 많이 알면 알수록, 세상의 다양함, 아름다움, 그리고 간결함에 더 놀라게 되는 것 같아.
근데 있잖아, 우리가 발견하는 게 많아질수록, 아직 모르는 게 훨씬 더 많다는 걸 깨닫게 돼. 망원경 성능이 좋아질수록, 하늘은 더 신비롭고 예측 불가능하게 느껴지거든. 물질의 아주 작은 부분까지 자세히 관찰할수록, 그 구조가 얼마나 심오한지 알게 되고. 요즘에는 140억 년 전에 있었던 빅뱅, 모든 은하를 탄생시킨 그 엄청난 폭발까지 관측할 수 있게 됐어. 심지어 빅뱅보다 더 거대한 어떤 것을 어렴풋이 보기 시작했다니까. 공간이 휘어져 있다는 것도 알게 됐고, 공간이 떨리는 양자 입자들로 이루어져 있다는 것도 예측하고 있어.
세상의 기본적인 법칙에 대한 우리의 지식은 계속 늘어나고 있어. 20세기에 우리가 배운 물리학 지식들을 한번 통합해 보려고 하면, 우리가 학교에서 배운 것과는 세상이 엄청 다르다는 힌트들이 막 쏟아져 나와. 세상의 기본적인 구조가 드러나기 시작하는데, 그건 양자 사건들의 모임으로 이루어져 있고, 거기에는 시간과 공간도 존재하지 않아. 양자장이 공간, 시간, 물질, 빛을 그리고, 사건들 사이에서 정보를 교환하는 거지. 현실이라는 건 독립적인 사건들로 이루어진 네트워크인데, 확률이 그 사건들을 서로 연결해. 두 사건 사이에서는 공간, 시간, 물질, 에너지가 확률 구름 속으로 사라져 버리는 거야.
기초 물리학에서 아직 풀리지 않은 중요한 문제, 양자 중력을 연구하는 과정에서 정말 신기한 새로운 세계가 점점 모습을 드러내고 있어. 20세기 물리학의 두 가지 중요한 발견, 일반 상대성 이론이랑 양자 이론이 있는데, 문제는 이 두 가지 이론으로 우리가 알게 된 세상을 어떻게 합리적으로 통합할 수 있느냐는 거지. 나는 이 책을 양자 중력, 그리고 그 연구가 보여주는 신기한 세계에 바치고 싶어.
이 책은 현재 진행 중인 연구의 생생한 보고서 같은 거야. 우리가 연구하고 있는 것, 이미 알고 있는 것, 그리고 이제 막 이해하기 시작했다고 생각하는 것들의 기본적인 특성을 다루고 있어. 우리가 세상을 이해하기 위해 사용하는 중요한 개념들의 오래된 기원에서 시작해서, 20세기의 두 가지 위대한 발견, 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 역학을 설명하고, 이 물리학 내용의 핵심에 집중하려고 노력해. 그리고 요즘 양자 중력 연구에서 드러나고 있는 세계의 그림을 보여주고, 자연이 주는 최신 힌트들, 예를 들면 플랑크 위성이 우주 표준 모형을 확인해 준 것, 그리고 유럽 입자 물리 연구소(CERN)에서 많은 사람들이 예상했던 초대칭 입자를 발견하지 못한 것 같은 것들도 다루고 있어. 또 공간의 분리된 구조, 작은 규모에서 시간이 사라지는 현상, 빅뱅의 물리학, 블랙홀의 기원, 그리고 물리학의 기초에서 정보가 얼마나 중요한 역할 하는지 같은 것들도 이야기하고 있어.
플라톤의 "국가" 제7권에 보면, 유명한 신화가 나오잖아. 사람들이 칠흑 같은 동굴 깊숙한 곳에 묶여 있어서, 자기들 뒤에 있는 불빛이 벽에 비추는 그림자밖에 볼 수 없어. 그 사람들은 그 그림자가 진짜라고 생각하는 거야. 그러다가 어떤 사람이 족쇄를 풀고 동굴에서 탈출해서 태양 빛이랑 더 넓은 세상을 발견하는 거지. 처음에는 눈이 부셔서 적응을 못하고 어지럽고 혼란스러워. 하지만 결국에는 볼 수 있게 되고, 너무 신나서 동굴에 있는 동료들한테 자기가 본 것을 이야기해 주려고 달려가지. 그런데 그들은 믿으려고 하지 않아.
우리 모두 동굴 깊숙한 곳에 갇혀 있는 것과 같아. 우리 자신의 무지랑 편견에 묶여서, 제한된 감각으로 보는 그림자밖에 볼 수 없는 거지. 더 멀리 보려고 하면 혼란스럽고 익숙하지 않거든. 그래도 우리는 계속 시도해야 해. 그게 바로 과학이야. 과학적 사고라는 건 세상을 탐구하고 다시 그려서, 점점 더 완벽한 그림을 보여주고, 더 효과적인 방식으로 생각하도록 가르쳐 주는 거야. 과학은 사고방식에 대한 끊임없는 탐구이고, 상상력을 발휘해서 기존의 생각을 뒤집고, 현실의 새로운 면모를 드러내고, 더 새롭고 효과적인 세계의 그림을 만들어내는 힘이 있어. 이 모험은 과거의 모든 지식에 의존하지만, 그 핵심은 변화야. 끝없이 펼쳐진 이 세계는 너무나 아름답고 빛나고, 우리는 그걸 직접 보고 싶어 해. 우리는 그 신비로움과 아름다움에 매료되지만, 아직 탐험되지 않은 곳이 너무나 많아. 우리의 불완전하고 불확실한 지식은 미지의 무한한 심연 위에 위태롭게 떠 있지만, 그렇다고 해서 삶이 무의미해지는 건 아니야. 오히려 그 때문에 더 흥미롭고 소중해지는 거지.
나는 이 책을 통해서 이 모험 속에서 내가 본 놀라운 광경들을 기록하고 싶었어. 내 머릿속에는 특정한 독자가 한 명 있어. 그 사람은 지금 물리학에 대해서는 아무것도 모르지만, 세상의 기본적인 구조, 우리가 이미 알고 있는 것과 아직 이해하지 못하는 것, 그리고 현재 연구 분야에 대해서 알고 싶어 하는 사람이지. 나는 그런 시각으로 본 현실의 모습과 그 감동적인 아름다움을 그 사람에게 전하고 싶어.
그리고 이 책은 내 동료들, 전 세계의 뜻을 같이하는 사람들, 그리고 과학에 대한 뜨거운 열정을 가지고 이 여정을 시작하고 싶어 하는 젊은이들에게도 바치는 거야. 상대성 이론과 양자 물리학의 빛을 빌려서, 나는 물리적 세계 구조의 대략적인 윤곽을 그려보고, 이 두 가지를 통합하려고 노력했어. 이 책은 단순히 사실을 보여주는 것뿐만 아니라, 특정한 관점을 분명하게 표현하고 싶었어. 왜냐하면 물리학 분야의 추상적인 전문 용어 때문에 더 넓은 그림을 보지 못하는 경우가 있거든. 과학은 실험, 가설, 공식, 계산, 토론으로 이루어져 있지만, 그런 것들은 악기 연주자의 악기처럼 도구일 뿐이야. 음악에서 중요한 건 음악 자체이듯이, 과학에서 정말 중요한 건 과학이 제공하는 세상에 대한 이해인 거지. 지구가 태양 주위를 돈다는 사실의 중요성을 이해하기 위해서 코페르니쿠스의 복잡한 계산을 이해할 필요는 없어. 지구상의 모든 생물이 공통 조상을 가지고 있다는 사실의 중요성을 이해하기 위해서 다윈의 책에 나오는 복잡한 논쟁을 이해할 필요도 없고. 과학은 점점 더 넓은 관점으로 세상을 해석하는 거야.
우리는 세상의 완전히 새로운 그림을 탐구하고 있고, 이 책은 현재 연구 진행 상황에 대한 설명이야. 어느 여름날 밤에, 내가 동료이자 친구와 함께 해변을 걷다가 그 친구가 나한테 이런 질문을 했어. “그래서, 자네가 생각하는 사물의 진짜 본질은 뭔가?” 이 책은 바로 그 질문에 대한 나의 대답이야.