공간이란 무엇일까?

공간이란 무엇일까? 원래는 공간에 대해 이런저런 생각을 시작한 것은 우주탐사나 우주여행을 하기 위한 방법이 무엇이 있을까? 하는 고민에서부터였다. 단순히 과학적 사실만을 생각해 본 것이 아니라 SF적인 상상력까지도 가미를 해 본 거다. 지금도 우주가 팽창하면서 우주공간이 넓어지고 있다는데, 과연 이 넓어지고 있다는 공간은 뭔가? 도대체 공간이란 뭔가?

 

이런저런 생각을 하다가 이런 궁금증을 가지게 되었다. 공간은 질량을 가지지 않나? 흔히 중력이라고 이야기하는 만유인력은 질량을 가진 두 물체 사이에 가해지는 힘 같은 거다. 그리고 그 말은 결국 질량을 가진 물질들이 중력에 영향을 받는다고 봐도 무방하지 않을까? 예를 들자면 역장이라고 해야 하나? 자기장, 전기장 등등.. 이런 역장은 중력의 영향을 안받지 않나? 솔직히 여기에 대한 대답은 잘 모른다. 정확히 모르는 상태에서 하는 헛소리이니, 저시키.. 뭣도 모르면서 아는체 하네? 라는 생각을 할 거면 댓글로 설명을 부탁한다. 나는 물리를 제대로 배워본 적이 없는 일반인이다. 나는 고등학교 때에도 물리를 제대로 배워본 적이 없다. 물론, 대학교때도 마찬가지다. 그런 상태에서 유튜브에서 본 몇가지 지식을 갖고 이런 상상을 해 본다는 것에 대해 대견해 할 수도 있지 않나?

 

첫 번째 질문. 공간은 질량이 없는데 왜 중력의 영향을 받아서 휘게 되나? 과연 공간은 질량이 없는건가? 우리가 무게를 잴 때, 저울에 바구니를 올려놓고, 다시 0으로 맞춘다. 그 이후 바구니에 이런저런 물건을 올려놓고 무게를 재게 된다. 그렇게 물건의 무게를 정확히 측정을 한다. 그러면 바구니의 무게는 원래 없는건가? 이걸 바구니를 공간으로, 무게는 질량으로 치환해 놓고 생각을 해 보자. 과연 공간은 질량이 없는게 맞는건가? 원래 공간 안에 입자가 담겨져 있는데, 우리는 공간을 제외하고만 생각을 한게 아닐까? 이런 궁금증. 과연 질량도 없는 공간이 왜 중력 때문에 휘나? 혹은 공간은 어떻게 늘어나고 있나?

 

두 번째 질문. 우주선이 지구로 귀환할 때, 혹은 운석이 지구에 떨어질 때, 엄청난 고온이 발생하는 것이 마찰열 때문이라기보다는 앞쪽이 압축되면서 열이 발생하는 것 때문이라고 들었다. 물론 마찰열을 무시할 수 없으나, 마찰열보다는 공기가 압축되면서 그로 인해 발생하는 열이 더 크다는 것. 그러면 공간을 압축하면 어떻게 될까? 공간을 압축하면 열이 발생할까? 혹은 에너지가 발생할까? 아니면 공간은 압축할 수 없는걸까? 중력에 의해서 공간이 휘는걸 보면 공간을 압축할 수도 있지 않을까? 아니면 이에 대한 아무런 가설이 없는건가? 아님 그냥 내가 단순히 모르고 있는건가? 이런 것도 좀 궁금해지기도 하더라.

 

다른 질문 혹은 상상. 공간은 과연 모든 것을 담는 바구니인가? 위의 예시에서도 바구니는 바구니고, 물건은 물건이다. 결국 바구니와 물건은 서로 맞닿아 있긴 하지만 두 개는 완전히 별개이다. 우리가 측정을 할 때, 바구니를 빼고 측정을 할 수 없기 때문에 바구니에 담겨 있다는 생각을 못하는 건 아닌가? 입자가 가지는 영역과 공간이 가지는 영역이 있는데, 입자는, 혹은 물질은 공간 안에 있는 것이 아니라, 서로 맞닿아 있기만 하고, 서로 중첩되지 않는다면? 공간안에 혹은 공간위에 물질 혹은 입자가 있는 것이 아니라, 공간이 가지는 영역과 물질이 가지는 영역이 서로 닿아 있기만 한 거라면? 예를 들자면 이런 식? 물 속에 공을 하나 넣는다면, 공 안에 물이 들어가 있지는 않지만, 우리는 항상 물 속에만 있기 때문에 물을 인식하지 못하고, 공이 물 속에 있다고 착각하는건 아닐까? 공 안의 빈 부분에 물이 들어찰 수는 있지만, 고무 부분은 물이 들어가지 못하듯, 물질과 공간의 영역은 그냥 맞닿아 있기만 하고, 별개는 아닐까?

 

이런 상상을 해 본 것은 우리가 우주탐사 혹은 우주여행을 한다고 할 때, 먼곳까지 이동할 방법을 생각해보다가 한 망상 때문이다.

비행기 혹은 배가 앞으로 나아가는 방식과, 우주선이 앞으로 나아가는 방식은 같으면서도 좀 다르다. 같다는 것은 작용반작용의 법칙을 이용한다는 것이고, 다르다는 것은 외부의 물질을 빨아들여 뒤로 뿜어내면서 앞으로 나아가느냐, 혹은 자체적으로 갖고 있는 물질을 뒤로 뿜어내면서 앞으로 나아가느냐다.

배나 비행기는 앞에 가만히 있는(?) 물 혹은 공기입자를 빨아들이면서 앞쪽으로 가는 힘을 얻을 수 있다. 그리고 빨아들인 물이나 공기를 뒤로 뿜어내면서 다시 추진력을 얻을 수 있다. 하지만 우주선은? 우주공간은 아무것도 없기 때문에 뭔가를 빨아들이면서 앞으로 나아갈 수 없다. 대신에 뒤로 뿜어내면서 앞으로 나아가야 하는데, 앞에서 빨아들인게 없으니 뒤로 뿜어낼 물질을 스스로 갖고 있을 수밖에 없다. 그래서 실제 우주선에 비해 연료통이 비정상적일 정도로 커다란 것이다. (여기에 대해서는 앞에 써 놓은 “내가 아는 우주 여행을 위한 추진방식 (tistory.com)”을 한번 읽어보면 좋을 것 같다. 맞다 아니다가 아니라 나는 그렇게 생각을 하니까)

 

이걸 이렇게 생각해 볼 수 있지 않을까. 한곳에 기준점을 잡고, 그 기준점으로부터 당기는 힘을 얻거나, 혹은 그 기준점으로부터 밀어내는 힘을 얻거나. 배나 비행기는 앞쪽의 물 혹은 공기를 빨아들이면서 당기는 힘을 얻고, 뒤쪽으로 밀어내면서 다시 추진력을 얻는다고 볼 수 있지 않을까. 그렇다면 우주에서는? 우리가 빨아들일 것도 없고 밀어낼 것도 없다. 결국 움직이기 위해서는 관성을 제외하고는 물질 속을 헤쳐나가거나, 혹은 역장 속을 헤쳐나가거나. 그 외에 다른 방법이 없어보인다. 그렇게 생각을 하다가, 물이나 공기 대신에 거기에 그냥 공간을 치환해서 대입을 해 본 거다. 그렇게 생각하면 어떨까? 물론 물에 비해서 대기는 훨씬 힘이 약하고, 대기에 비해서도 공간은 훨씬 더 힘이 약하다면... 그리고 아직 우리가 그 값에 대해서 측정을 해 본 적이 없다면? 그냥 그런 망상을 해 본 거다.

 

이런 망상을 하다가, 민태기박사님이 안될과학에서 언급한 데카르트 이야기를 들었다. 민태기박사님과는 개인적인 인연이 있어서, 나중에 이런걸 한번 질문을 해 보려 한다. 얼마나 어처구니없어할지... ㅎㅎㅎ

하지만 뭐 어떤가. 나는 물리를 전공한 사람도 아니고, 과학이란 상상력을 먹고 자란다. 이런저런 망상 자체가 잘못된 건 아니지 않나. 혹시 아나. 이런 망상 속에서 누군가는 아이디어를 얻게 될지.

 

요즘 내가 하는 이야기 중 하나가 이런거다.

“요즘은 상상력이 필요한 시대가 아니다. 망상력이 필요한 시대다. 우리가 상상하는 어떤 것들은 이미 연구가 되고 있거나, 개발이 되고 있다. 혹은 제품화되어 있지만 우리가 관심을 가지지 못해서 그런게 있다는 걸 모르고 있는 거다. 오히려 망상이라고 치부하는 것들마저도 학자들은 연구를 하고 있더라.”

이건 뉴럴링크를 보면서 한 생각이다. 우리의 상상력은 큐브형의 메타버스에 머물러 있는데, 누군가는 캡슐형의 메타버스까지 연구를 하고 있는거다. 솔직히 캡슐속에서 자면서 게임을 한다는 상상은 판타지, 혹은 망상의 영역이라고 생각을 했으니. 솔직히 70년 전에 인공지능 이야기를 했다면 그걸 누가 상상이라고 했을까? 하지만 그때 인공지능은 연구가 시작되었다.

 

어쩌다보니, 이번 글은 뭔가 내가 알고 있는 지식을 정리하는 것보다는 그냥 내가 가지고 있는 궁금증을 나열하는 쪽으로 흘러가고 말았다. 뭐 어떤가. 나는 상상력보다는 망상력이 더 충만하다!