[자연과학]4차원을 넘어서 또 다른 우주로

◇숨겨진 우주/리사 랜들 지음·김연중 이민재 옮김/744쪽·2만8000원·사이언스북스

미국 하버드대 교수인 저자는 1999년 ‘작은 여분 차원에서의 거대 질량 계측성’과 ‘압축화의 대안’이라는 논문을 발표하면서 일약 세계적인 물리학자의 반열에 올랐다. 이 두 논문은 10년도 못돼 3000회 넘게 인용될 정도로 각광을 받았다.

저자가 분석한 ‘여분 차원(extra dimensions)’은 세계 물리학계의 화두다. 세계는 가로, 세로, 높이로 이뤄진 3개의 공간 차원과 시간이라고 하는 1개의 시간 차원을 더해 4차원인 것처럼 보인다. 그러나 사실은 5차원, 또는 그 이상의 차원이 있다는 게 여분 차원의 요지. 5차원이 보이지 않는 것은 엄청나게 비틀려져 있기 때문이라고 저자는 해석한다.

5차원의 존재 근거로 저자는 중력의 예를 든다. 우주를 이루고 있다고 여겨지는 기본적 힘인 중력, 전자기력, 약력(원자핵의 붕괴를 일으키는 힘), 강력(쿼크들을 결합해 양성자와 중성자를 만드는 힘) 가운데 중력은 다른 힘에 비해 매우 약하다. 땅에 놓인 쇠붙이에 자석을 갖다대면 곧바로 붙어버릴 정도로 중력은 자력보다도 약하다. 저자는 “중력이 4차원 세계 안에 있는 힘이 아니라 5차원에서 오는 힘이기 때문”이라고 설명한다.

여분 차원이라는 주제는 무척 흥미롭긴 하나 쉽게 와 닿지는 않는다. 저자가 얘기하는 새로운 ‘공간’이 우리의 감각으로 파악되는 것이 아니기 때문이다.

저자는 여분 차원을 설명하기 전에 차원의 기본 개념, 상대성 이론과 양자 역학, 입자 물리학, 끈 이론 같은 기존의 물리학 이론들부터 소개한다.

금동근 기자 gold@donga.com