“스티븐 호킹 살아계셨다면”…우주 비밀 벗긴 아인슈타인의 후예들 노벨상 타다

블랙홀 존재 입증한 펜로즈·겐첼·게즈 3人 노벨물리학상 공동수상

(왼쪽부터) 로저 펜로즈(89) 영국 옥스퍼드대 교수, 라인하르트 젠첼(68) 독일 막스플랑크외계물리연구소장, 안드레아 게즈(55) 미국 로스앤젤리스 캘리포니아대(UCLA) 교수/사진=노벨위원회

올해 노벨물리학상은 블랙홀 연구를 통해 아인슈타인의 일반상대성이론을 증명해낸 ‘우주 물리학자’ 3인에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립아카데미 노벨위원회는 6일(현지시간) 블랙홀 형성 과정을 밝힌 로저 펜로즈(89) 영국 옥스퍼드대 교수, 라인하르트 젠첼(68) 독일 막스플랑크외계물리연구소장, 안드레아 게즈(55) 미국 로스앤젤리스 캘리포니아대(UCLA) 교수를 노벨 물리학상 수상자로 선정했다고 발표했다.

상대성이론에 가장 중요한 기여…"호킹 살아계셨다면 펜로즈와 공동수상 했을 것"

로저 펜로즈 교수는 아인슈타인의 일반상대론에서 예견됐지만, 실제 존재할지에 대한 의문이 있었던 블랙홀의 존재를 지난 1965년 1월 수학적으로 증명했다. 앨버트 아인슈타인은 블랙홀의 존재 가능성을 처음 제기했지만 이론적으로만 존재할 뿐 실재하지는 않을 것으로 믿었다. 엄청난 중력으로 주변의 모든 별은 물론 빛까지 삼키는 성질 때문이다.

로제 펜로즈는 2018년 타계한 천재 물리학자 스티븐 호킹 박사와 함께 블랙홀에 대한 이론을 공동연구로 정립했다. 그는 1960년대말 스티븐 호킹 박사와 공동 논문을 발표하며 ‘특이점’이 존재한다는 것을 수학적으로 증명했다. 특이점이란 물리학의 모든 자연 법칙이 적용되지 않는 시공간으로 블랙홀 중심과 같은 곳이다. 이는 블랙홀이 우주에 있을 수 있다는 사실을 증명한 것이며, 일반상대성이론을 발전시킨 가장 중요한 사례로 기록됐다.

노벨상위원회는 “상대성 이론을 주창한 아인슈타인 본인은 블랙홀의 존재를 믿지 않았었다”면서 “펜로즈 교수의 획기적인 논문은 아인슈타인 이후 일반 상대성 이론에 대한 가장 중요한 기여로 평가된다”고 밝혔다.

손봉원 한국천문연구원 책임연구원은 “펜로즈 교수는 스티븐 호킹과 함께 일반상대성이론을 바탕으로 블랙홀이 어떤 현상을 일으키는지 상세히 기술한 중요한 업적을 냈다”고 설명했다. 남순건 경희대 물리학과 교수는 “호킹 박사가 아직 살아계셨다면 펜로즈 교수와 이번에 공동수상 했을 것”이라고 말했다.

함께 수상한 겐첼과 게즈 교수는 우주 곳곳에 태양 질량의 수 백만 배에 달하는 ‘초거대 고밀도 천체’가 있을 것이란 가설 아래 은하계 중심 별들의 운동을 거대망원경을 통해 장시간 관측해 블랙홀 실체를 확인한 공로를 인정받았다.

이 두 명의 과학자들은 1990년대 초 우리 은하계 중심에 있는 궁수자리A별을 집중 관찰해 ‘초질량 블랙홀’로 확실시되는 천체를 찾아냈다. 해당 천체가 가진 중력이 부피에 비해 매우 컸던 것이다. 이들이 발견한 블랙홀은 태양 질량의 400만 배에 이른다. 해당 연구 성과는 2009년 국제학술지 천체물리학 저널에 게재됐다.


손 책임연구원은 “우주에선 성간물질이 관측을 방해하므로 가시광선이 아닌 적외선으로 관측해야 한다”며 “유럽과학계는 칠레에 있는 유럽남방천문대의 거대망원경 장비로 이를 관측, 초대형 블랙홀의 질량을 알아냈다”고 말했다.

노벨상 왕립 과학원 노벨위원회가 6일(현지시간) 2020년 물리학상 수상자를 발표하고 있다.. © AFP=뉴스1

우주 분야 잇단 노벨상…"새로운 관측기술 발달로 천제 물리 분야 르네상스"

한편, 노벨물리학상은 최근 천체 현상을 규명한 연구자들이 연이어 수상하면서 이례적이란 평가를 받는다. 올해에 이어 작년엔 우주의 탄생 순간인 빅뱅 이후 우주가 어떻게 진화했는지를 밝힌 제임스 피블스(84) 미국 프린스턴대 교수 등 3인이, 2017년엔 고급레이저간섭계중력파관측소(라이고·LIGO)로 중력파 존재를 실제로 확인한 이론 물리학자이자 영화 ‘인터스텔라’의 과학적 자문을 맡은 킵 손 박사 등 3인이 공동 수상한 바 있다. 조동현 고려대 물리학과 교수는 이에 대해 “최근 물리학 분야에서 허블망원경, 중력파 측정기를 비롯한 새로운 관측기술의 발달로 천제 물리 분야가 르네상스를 맞고 있기 때문”이라고 말했다

올해 수상자에 여성 물리학자인 게즈 교수가 포함된 점도 눈길을 끈다. 게츠는 2018년 수상자인 도나 스트리클런드에 이어 네 번째로 여성 노벨 물리학상 수상자로 이름을 올렸다. 지금까지 노벨 물리학상을 받은 여성 과학자는 마리 퀴리(1903년), 마리아 거트루드 메이어(1963년), 도나 스트리클런드(2018년) 뿐이다.

이번 수상자에게는 상금 900만크로나(약 10억9000만원)가 주어지는데 이날 발표에 따라 상금의 절반은 펜로즈가 절반, 나머지 절반은 겐첼과 게즈가 나눠 갖게 된다. 노벨상 시상식은 그동안 매년 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열렸지만, 올해는 코로나19 여파로 온라인으로 대체된다.