올해의 노벨 물리학상은 큰 반전없이 일년전부터 예견되었던 과학자들에게 수여되었습니다. 작년 2월 미국의 라이고(LIGO) 실험단에서 중력파(gravitational wave)의 존재를 직접적으로 관측한 것이 발표된 후부터, 올해의 노벨상은 미국 캘리포니아 공대(Caltech) 이론물리분야 명예교수인 킵손(Kip S. Thorne), 전 라이고-비르고 과학 협력 단장 베리 베리시(Barry C. Barish), 메사추세츠공대(M.I.T) 물리학과 명예교수 라이너 바이스(Rainer Weiss), 그리고 캘리포니아 공대의 로날드 드레버(Ronald Drever) 교수에게 수여될 것이라고 예상되었습니다. 

지난 10월 3일 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 예상대로 이들의 수상소식을 세상에 전했지만, 가장 큰 공헌을 했다고도 말할 수 있는 로날드 드레버 교수의 이름은 수상자 명단에 들어있지 않았습니다. 이는 수상 시기에 살아있는 사람에게만 상을 수여한다는 노벨상의 원칙때문입니다. 안타깝게도 말년에 치매로 투병생활을 하던 드레버 교수는 

올해 3월 고향인 스코틀랜드에서 85세의 나이로 별세하셨기 때문입니다. 중력파 관측에 성공했었던 지난 해 2월에도 이미 치매가 많이 진행되어 사리분별을 하기 힘드셨지만, 지난 해 9월 킵 손 교수가 노르웨이에서 있었던 시상식에 참석한 후 투병중인 드레버 교수를 찾아가 중력파 발견에 관한 이야기를 했을 때, 분명 그 사실을 인지하고 매우 기뻐하고 있었다고 회고하기도 했습니다. 

2016년 2월18일자 밴쿠버 중앙일보에 실린 ‘비센의 재미있는 과학 이야기’ 칼럼에서도 자세히 설명드렸지만, 중력파(gravitational wave)란 블랙홀과 같은 거대한 질량을 갖는 물체가 충돌할 때 생겨나는 엄청난 양의 충격파를 말합니다. 이는 아인슈타인에 의해서 약 100년전에 이론적으로 예견되었던 현상입니다. 중력파가 생겨나면 시공간의 뒤틀림 현상을 만들어 낼 것이며 그 뒤틀림의 정도를 관측한다면 중력파의 존재를 입증할 수 있습니다. 하지만, 이러한 관측을 위해서는 거대하면서도 동시에 매우 정밀한 관측장비가 있어야 하는데, 중력파를 예견했던 아인슈타인마저도 이러한 관측장비를 구축하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 중력파는 존재하기는 하지만, 관측하기는 불가능할 것이라고 생각했습니다. 왜 측정이 어려운지 이해를 돕기 위해 두 대의 자동차 중 누가 빠른가를 측정하는 실험을 한다고 가정해 보겠습니다. 동일한 거리를 두 대의 자동차가 함께 달리고 누가 더 빨리 결승선에 도착하는 가를 측정하면 될텐데, 만약 거리가 너무 짧다면, 가령 10미터 정도의 거리만 달리게 한다면, 두 자동차의 속도 차이를 측정하는 것은 쉽지 않을 것입니다. 하지만, 100미터, 200미터 정도의 거리를 충분히 경주를 시켜보면 그 차이를 확실하게 확인할 수 있을 것입니다. 중력파는 빛의 속도로 퍼져 나가니 이를 측정하기 위해서는 자동차와는 비교도 되지 않을 만큼 먼거리를 측정한다고 하더라도 그 차이가 말도 안되게 작습니다. 이론적 계산에 의하면, 지구의 반대편으로 갈 정도의 거리를 움직일 때, 원자 하나 크기 정도의 오차를 측정할 수 있어야 중력파의 효과를 감지할 수 있으니, 100년전 아인슈타인이 불가능할 것이라고 예상했던 것이 이해가 갑니다. 언뜻 생각하기에 불가능할 것으로 느껴지는 이러한 측정을 가능하게 만든 핵심 장비를 개발한 사람이 바로 돌아가신 드레버 교수입니다. 레이저 간섭현상을 이용하여 중력파의 흔적을 측정하는 드레버 교수의 기술이 없었다면 중력파의 검출은 불가능했을 수도 있기에 노벨상 수상 몇개월을 남기고 세상을 떠난 것이 더욱 안타깝게 느껴집니다. 

캘리포니아 공대의 킵손 교수는 2014년 개봉된 크리스토퍼 놀란 감독의 ‘인터스텔라'라는 영화를 감수한 것으로 대중에게도 유명한 분이십니다. 하지만, 이분은 단지 헐리우드 영화에 과학적 고증을 도와주신 분으로 알려지시기에는 훨씬 더 많은 업적을 가지고 계신 분입니다. 27세의 젊은 나이에 캘리포니아 공대 교수가 된 이후 일반상대성이론 및 블랙홀에 관련된 많은 연구를 하였고, 1988년에는 블랙홀에 대한 난제를 해결하는 방법으로 ‘웜홀(wormhole)’이라는 개념을 처음으로 제안하기도 했습니다. 블랙홀로 빨려들어간 모든 물질 및 에너지들은 웜홀을 통하여 반대편에 위치한 화이트홀로 분출된다는 개념은 공상과학영화감독이나 소설가들에게 매우 흥미로운 소재가 되었고, 이후 웜홀은 공간이동을 가능케 하는 비밀통로와 같은 개념으로 많은 SF 영화및 소설에 등장하게 됩니다. 중력파에 관한 킵 손 교수의 업적은 그가 중력파 관측 설비에 대한 기본적인 아이디어를 약 50년전 처음으로 제안했다는 것입니다. 당시에는 실현 불가능할 것이라고 여겨질 정도의 초정밀 설비이기에 받아들여지지 않았지만, 이후 킵 손 교수가 직접 이 장비에 필요한 이론적 계산을 증명해 냄으로써, 1994년 엄청난 예산의 연구비를 지원받아 라이고 연구를 가능하게 만든 장본인입니다. 킵 손교수는 중력에 관한 대가로도 유명하며, 그가 집필한 중력(Gravitation)이라는 책은 현대물리학을 공부하는 물리학도들에게는 바이블과 같은 교과서로 손꼽히는 책이기도 합니다. 책이 옛날 어느 집에나 있었던 동아대백과사전보다도 더 두껍고 무겁기 때문에, 이 책을 갖고 공부했던 학생들끼리는 책을 통해서 중력에 대해 이해할 수 없을지는 몰라도 중력을 ‘느끼기에는' 충분하다는 농담을 주고 받곤 했던 기억이 납니다. 

이 발견으로 과학계가 흥분을 감추지 못하고, 월드컵 우승을 경험한 것 마냥 들떠 있지만, 사실 일반 대중들에게는 큰 감흥이 없습니다. 실생활과 동떨어진 기초과학적 원리하나가 발견되고 증명되었다고 해서 뭐가 그렇게 난리인지 이해가 가지 않을 수도 있습니다. 하지만, 중력파를 관측할 수 있는 능력이 생겼다는 것은 13억년 넘게 굳게 닫혀있었던 비밀의 방의 문이 열린 것과 같다고 해도 과언이 아닙니다. 13억년전에 만들어진 중력파를 지금 측정할 수 있는 이유는 빛이 우주공간을 지나오는 데에 시간이 걸리기 때문입니다. 태양과 지구사이의 거리는 빛의 속도로 움직일 때 약 8분정도가 걸립니다. 즉, 우리가 지금 보고 있는 태양은 약 8분전의 모습인 것입니다. 북쪽 하늘을 밝히고 있는 북극성은 지구로부터 약 1000광년 떨어진 곳에 있습니다. 즉, 빛이 북극성으로부터 1000년을 날아와야 지구에 도착할 수 있는 것이고, 오늘밤 하늘을 밝히고 있는 북극성의 모습은 1000년전 모습인 것입니다. 마찬가지로 지난해에 관측된 중력파는 13억광년 떨어진 우주공간에서 날아온 신호로서 지구에 올때까지 13억년을 날아온 것이기에 그 옛날의 정보를 고스란히 담고 있는 것입니다. 

이 중력파 관측으로 이제 막 비밀의 방의 문이 열렸습니다. 문틈 사이로 새어 나오는 빛줄기 하나가 보이지만 그 문 뒤에 무엇이 있을지, 그리고 그것으로 우리가 무엇을 가능케 할 지는 아무도 모릅니다. 아인슈타인이 에너지 질량 등가원리라는 실생활과는 아무 관련이 없어 보이는 것을 발표했을 때도, 그 원리를 이용해 원자폭탁, 원자력 발전 등이 가능해질 것이라는 것은 아무도 알지 못했습니다. 더욱이 중력파는 오랜 과거로부터 직접 날라오는 편지와 같습니다. 이집트의 피라미드에 남겨진 벽화를 보고서 그 당시의 삶을 추적하는 것이 아니라, 피라미드에 잠든 파라호에게 직접 당시 이야기를 듣는 것과 같습니다. 우주가 생성되던 당시의 이야기를 상상하는 것이 아니라, 그 당시에 만들어진 중력파를 직접 읽어드리는 것이니 이보다 정확할 수는 없는 것입니다. 그리고 그것들로부터 무슨일들을 가능하게 만들 수 있는가는 상상해보는 것만으로도 전율이 느껴질 정도입니다. 탐험가가 어두운 동굴 속에서 발견한 금장을 휘두른 거대한 방문으로부터 새어나오는 불빛을 보았을 때의 전율처럼 말입니다.