스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 영국의 이론물리학자로 1942년 1월 8일에 태어나 2018년 3월 14일에 세상을 떠났습니다. 그는 국제적으로 알려진 천문학자이자, 블랙홀, 코사몰로지, 양자역학 등 다양한 분야에서의 기여로 유명합니다. 여기서는 그의 주요 업적과 이론에 대해 간단히 소개하겠습니다.
1. 블랙홀 복사: 스티븐 호킹은 1974년에 블랙홀의 온도와 복사에 관한 연구를 통해 블랙홀 복사 복음이라고 불리는 중요한 이론을 제시했습니다. 이는 블랙홀이 입자를 방출하며 질량을 잃는 현상으로 블랙홀 역학의 핵심 원리 중 하나입니다.
블랙홀 복사는 블랙홀에 관한 양자역학적 측면에서의 이론적 이슈로 스티븐 호킹이 1974년에 처음 제기한 문제입니다.
블랙홀은 중력에 의해 빛이나 물체마저도 탈출할 수 없는 지역으로 그 안으로 물체가 빨려들어가면 정보가 사라지는 것으로 알려져 있습니다. 이것이 양자역학의 원리와 충돌하게 되는데 양자역학은 정보가 손실되지 않아야 한다는 원리를 가지고 있습니다. 스티븐 호킹은 1974년에 블랙홀의 온도와복사에 관한 연구를 통해 블랙홀은 입자를 방출하여 질량을 잃는다는 이론을 제시하였습니다. 이는 블랙홀이 정보를 포함한 물체를 증발시킨다는 것을 의미합니다. 하지만 이것이 양자역학의 정보 보존 원리에 반하는 것으로 보입니다. 양자역학적으로는 시간에 대한 역방향 대칭성을 보존하면서 정보를 잃지 않아야 하는데 블랙홀에서 발생하는 복사에 의한 증발은 정보 손실을 의미하는 것으로 여겨져 왔습니다.
이것은 블랙홀이 정보를 보존하면서도 양자역학적인 복사를 방출하는 방법에 대한 이론적 모순을 내포하고 있어서 블랙홀 정보 역설 또는 블랙홀 정보 파라독스로 알려져 있습니다. 이 문제는 아직까지 정확한 해결책이 제시되지 않은 주요한 미해결 문제 중 하나로 남아 있습니다. 이에 대한 연구는 양자중력과 더불어 이론물리학의 중요한 도전 과제 중 하나로 계속되고 있습니다.
2. 시간의 시작과 끝(시간의 가장자리 이론): 호킹은 블랙홀 내에서의 물리적인 현상을 이해하는 데에 기여하였을 뿐만 아니라 시간의 시작과 끝에 관한 연구도 수행했습니다. 그는 빅뱅 이후의 우주의 발전에 대한 이론을 제시하였습니다.
시간의 시작과 끝에 대한 이론은 일반적으로 빅뱅 이론과 관련이 있습니다. 빅뱅 이론은 현대 천문학과 우주론에서 수용되고 있는 주요 이론 중 하나로, 우주가 큰 폭으로 팽창하고 있는 현상을 설명합니다. 이론적으로는 빅뱅에서부터 우주가 형성되어 현재까지 진화해왔다고 가정합니다. 다만 시간의 시작과 끝이라는 표현은 미시적인 세계에서의 물리 이론과 관련하여 노쟁적인 주제입니다. 양자 중력 및 미시적인 물리학에서의 연구를 통해 빅뱅 이전의 상태에 대한 가설과 이론이 제시되고 있습니다. 이러한 이론 중 하나가 시간의 가장자리 이론이라고 불리며 빅뱅 이전에는 시간이 존재하지 않았다거나 다른 차원의 개념이 도입되는 등의 가설이 제기되고 있습니다. 다양한 이론들이 제시되고 있는데 그 중에서도 양자 중력 이론 루프 양자 중력 이론 현대 물리학과 양자역학을 통합하려는 시도 등이 있습니다. 하지만 아직까지는 완전히 받아들여진 이론이나 실험적인 검증이 이뤄진 것은 아니기 때문에 이에 대한 연구는 계속되고 있습니다. 이는 물리학이나 천문학에서 미해결 문제 중 하나로 남아있고 미래에 더 많은 연구와 실험을 통해 밝혀질 것으로 기대됩니다.
3. 양자 중력 이론: 호킹은 일반 상대성 이론과 양자역학을 통합하는 양자 중력 이론을 찾는 노력을 기울였습니다. 그는 이 분야에서의 연구를 통해 미시적인 세계에서 중력 현상을 이해하는 데에 기여했습니다.양자 중력 이론은 양자역학과 중력을 동시에 설명하는 이론을 의미합니다. 현재까지의 물리 이론 중 양자역학은 입자와 필드의 상호작용을 잘 설명하고 있지만 중력을 설명하는데는 어려움이 있습니다. 기존의 양자역학과 일반 상대성 이론의 통합은 어려운 과제로 남아 있고 특히중력을 양자역학적으로 설명하는 것은 아직까지 완전한 이론이 없는 상태입니다.
양자 중력 이론의 개발은 우주의 큰 구조나 블랙홀 등의 현상을 이해하려는 노력에서 비롯됩니다. 여러 양자 중력 이론이 제안되었지만 그 중에서도 루프 양자 중력 이론과 스트링 이론이 주목받고 있습니다.
- 루프 양자 중력 이론: 이 이론은 공간과 시간이 양자적으로 어떻게 구성되는지에 중점을 두고 있습니다. 이 이론은 공간이 연결된 작은 루프들로 이루어져 있다고 가정하며 중력을 이 루프들 간의 관계로 설명하려는 시도입니다.
- 스트링 이론: 이 이론은 우주의 모든 기본 입자를 작은 진동하는 스트링(길이가 작은 실질적인 선)로 설명합니다. 스트링 이론은 중력을 양자역학과 조합하는 방식으로 알려져 있습니다. 그러나 아직 완성도를 갖춘 이론은 아니며 여러가지 버전과 해석이 존재하고 있습니다. 양자 중력 이론은 여전히 실험적으로 검증되지 않았으며 이론 자체도 여러 어려움에 직면하고 있습니다. 물리학자들은 여전히 이러한 어려움을 극복하고 양자 중력 이론을 개발하는 노력을 기울이고 있습니다.
스티븐 호킹은 ALS(폴리오 후증과 관련된 희귀한 신경통증으로 인한 질병)로 인해 몸이 불편한 상태에서도 고난을 이겨내며 업적을 쌓았습니다. 그의 생애와 이론들은 일반 대중뿐만 아니라 전 세계적으로 학문적으로도 큰 영향을 미쳤습니다.
