2017년 10월 중순, 우리나라 연구진이 대거 참여한 국제공동연구팀이 빛을 이용해서 중성자별 충돌현상을 관측했다. 새로운 방법으로 천체 현상을 관측한 쾌거다. 이제 인류는 하나가 아닌 두눈으로 동시에 우주를 바라볼 수 있게 됐다. 이번 관측은 중요한 의미가 있다. 진정한 의미의 다중 신호 천문학이 드디어 시작된 것이다.

물리학은 우리가 사는 우주에 4개로 한정된 서로 다른 상호작용이 존재한다는 것을 알려준다. ▲강한 상호작용 ▲약한 상호작용 ▲전자기 상호작용 ▲중력 상호작용 등이다. 우리가 살면서 보고 느끼는 모든 물리적인 힘은 이 넷 중 하나다. 다른 가능성은 없다.

얼음판을 미끄러지던 돌멩이를 멈추게 하는 마찰력은 넷 중 뭘까. 의자를 뚫고 내려가지 않게 내 엉덩이를 위로 미는 수직항력은 넷 중 어떤 상호작용일까. 석탄을 태워 작동했던 증기기관의 원리는 이 중 어느 상호작용을 이용한 걸까. 휴대전화를 작동시키는 내부의 수많은 상호작용은 또 어떤 걸까. 이런 물음에 답을 맞히는 요령이 있다.

모르겠으면 그냥 전자기 상호작용이라고 말하면 된다. 천체현상을 뺀 대부분의 자연현상의 답이 전자기 상호작용인 이유는 간단하다. 강한 상호작용과 약한 상호작용은 작용거리가 너무 짧아 우리가 마주하는 대부분의 현상과 관계가 없고 중력은 워낙 약하기 때문이다. 현대문명을 만든 것은 십중팔구, 아니 백중구십구는 전자기 상호작용이다.

강한 상호작용은 거리가 멀어질수록 서로 끄는 힘이 강해진다. 양성자와 중성자 등을 구성하는 기본입자 쿼크가 뚝 떨어진 거리에서 하나씩은 관찰될 수 없는 이유다. 약한 상호작용을 매개하는 입자의 질량은 ‘0’이 아니다. 매개 입자의 질량은 상호작용이 미치는 거리와 밀접한 관계가 있어 약한 상호작용은 작용거리가 아주 짧다.

한편 전자기 상호작용과 중력 상호작용을 매개하는 입자의 질량은 정확히 ‘0’이어서 아주 먼 거리까지 영향을 미칠 수 있다. 따라서 먼 우주를 보는 방법에는 딱 두가지만 있을 수 있다. 전자기파와 중력파. 다른 방법은 없다. 인간의 한계가 아니라 자연의 한계다.

인류는 오랜 시간 전자기파라는 익숙한 외눈으로 우주를 바라봤다. 따라서 중력파의 발견은 인류에게 새로운 눈을 선사했고 이는 노벨상 수상으로 이어졌다. 그렇다면 이번 중성자별 충돌현상의 중력파, 전자기파 동시 관측의 의의는 무엇일까. 그것은 ‘두눈’으로 ‘동시’에 천체 현상을 관찰했다는 것이다.

자연에서 허락하는 두개의 눈을 이제 모두 뜬 인류가 바라보는 우주는 어떤 모습일까. 곧 다가올 놀랍고 새로운 많은 발견에 대한 기대로 과학자들이 설레는 이유다.

☞ 본 기사는 <머니S> 제513호(2017년 11월8~14일)에 실린 기사입니다.