호킹 ‘블랙홀 이론’은 부부싸움의 결과물?

첫번째 부인과 언쟁중 아이디어 얻어… ‘특이점 이론’ 등 학문적 업적 쏟아내

스티븐 호킹 박사의 일대기를 그린 영화 ‘사랑에 대한 모든 것’의 한 장면. 파티에서 만난 제인 와일드와 사랑에 빠진 호킹 박사는 1965년 그녀와 결혼했고 이듬해 ‘특이점 이론’을 발표하며 일약 스타덤에 오른다. UPI KOREA 제공

10일 개봉한 영화 ‘사랑에 대한 모든 것’은 영국 출신의 세계적인 이론물리학자 스티븐 호킹의 일대기를 다룬다. 국내에서는 로맨스물의 냄새를 풍기는 제목으로 바뀌었지만 원제는 현대 이론물리학자들의 최대 관심인, 모든 힘을 하나로 통합하는 ‘만물의 이론(The Theory of Everything)’이다. 호킹 박사는 영화에서 “우주 만물을 설명하는 단 하나의 공식을 찾고 싶어”라고 말한다.

이런 그의 열정에 불을 지핀 것은 첫 번째 부인인 제인 와일드다. 이들은 20대 초반부터 50대 초반까지 30년 동안 부부생활을 이어갔고, 호킹 박사의 학문적인 업적은 대부분 이 기간에 완성됐다.

호킹 박사를 일약 스타덤에 올린 특이점 이론이 대표적이다. 그가 온몸이 서서히 마비되는 루게릭병 진단을 받은 건 케임브리지대에서 박사과정에 다니던 21세의 젊은 나이였다. 2년 시한부 인생을 선고받은 호킹 박사는 당시 여자 친구였던 와일드와 연락을 끊어버린다. 하지만 와일드는 좌절한 호킹 박사를 일으켜 세우기 위해 결혼을 결심하고, 결국 두 사람은 결혼에 골인한다. 이후 호킹 박사는 아내의 보살핌을 받으며 학업에 매진한 결과 시간과 공간의 근원을 설명하는 ‘호킹-펜로즈 특이점 이론’을 완성하고 이 논문으로 박사학위를 받았다.

특이점 이론은 아무것도 존재하지 않는 특이점에서 시간과 공간이 생성될 수 있다는 내용으로 당시 학자들 사이에서 회의적이었던 빅뱅이론을 지지하는 근거가 됐다. 빅뱅이론은 아무것도 없는 무(無)의 상태에서 폭발이 일어나 시간과 공간이 생겼다는 이론인데, 무에서 유(有)가 된다는 점이 증명되지 않고 있었다. 최숙 기초과학연구원(IBS) 중이온가속기사업단 연구위원은 “특이점 이론은 빅뱅이론을 둘러싼 최대 의문을 해결하는 열쇠가 됐다”며 “우주의 시작을 설명하는 길을 제시했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

그는 와일드와의 갈등에서 연구의 동기와 아이디어를 얻기도 했다. 영화에서는 무신론자인 호킹 박사가 유신론자인 와일드와 갈등하는 과정에서 유명한 ‘호킹 복사 이론’을 완성하는 이야기가 나온다. 와일드가 특이점 이론을 신의 천지 창조 근거로 해석하자 호킹 박사가 그에 반대되는 상황을 밝히겠다고 말하고 그 결과로 호킹 복사를 내놓는다.

호킹 복사는 모든 것을 빨아들이기만 하는 블랙홀이 입자를 방출할 수 있다는 이론으로 일반상대성이론과 양자역학이 양립할 수 있는 실마리를 제공했다. 일반상대성이론은 중력이 영향을 미치는 큰 규모의 세계를 설명하는 반면에 양자역학은 원자 단위의 세계를 설명하는 이론인 만큼 당시에는 서로 양립할 수 없다고 알려져 있었다. 역설적으로 호킹 박사는 호킹 복사 이론을 두 이론이 양립할 수 없는 근거로 삼았다.

유학 시절 호킹 복사를 첫 논문 주제로 삼았던 이필진 고등과학원 교수는 “비록 호킹 박사의 주장은 틀렸지만 후배 학자들에게 일반상대성이론과 양자역학이 양립하기 위해 반드시 해결해야 하는 문제를 던졌다는 점은 중요한 업적”이라고 말했다.

최영준 동아사이언스 기자 jxabbey@donga.com