[책]  [연재]류츠신 SF, 『삼체』의 치명적 오류들(1)

예고 했던대로 오늘부터 류츠신의 SF 삼체에 대한 과학적 개연성을 따져보는 비판적 리뷰를 시작하겠습니다. 이글을 쓴 것은 1년 반 정도 전으로, 그 정도 시간이 흘렀음을 감안해 주시기 바랍니다. 

 

 

 

 

 

1. 삼체세계에는 삼체 문제가 존재하지 않는다.

 

  

  『삼체』는 본격 하드SF(과학이론이 작품의 주제 전개에 필수적인 영향을 끼치는 SF. 이를테면 그렉 이건의 쿼런틴의 경우, 양자역학에 대한 코펜하겐 해석이 작품의 전개에 개연성을 부여해주고 인간존재의 의의에 대해서도 어떤 암시를 준다.)를 표방한 작품이다. 그러나 이 소설에서 드러나는 작가의 과학에 대한 식견의 수준은 넓기만 하고 깊이는 전혀 담보하지 못했다. 1, 2권을 빌려 읽고 반납한지가 꽤 되어 수중에는 제3권밖에 가지고 있지 않아 상세하게 인용을 하진 못하지만, 기억에 의존해 몇 가지 대표적인 문제점들을 짚어보고자 한다.  

 삼체의 스토리를 연대기적으로 적어보면 중국의 문화대혁명 시절, 하방당한 한 과학자가 외계 문명에 대한 발견, 감시를 시도하는 비밀 연구시설에 들어가 항성간 통신이 가능한 전파를 발사하고, 그 전파를 지구에서 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리의 외계문명이 포착하는 것으로부터 시작된다. 이 소설에서 알파 센타우리 항성계는 3개의 항성이 불규칙하게 운동하는 다중성계로서, 그곳의 문명은 이러한 불규칙성 때문에 문명 발전이 방해를 받고, 이 문제를 해결하기 위해  외계 진출을 모색하는 사회로 묘사된다. 앞으로 차차 밝히겠지만, 이 항성계를 묘사하면서 작가는 천체물리학, 천체물리수학, 그리고 실제 알파 센타우리 항성계에 대한 기본적인 지식을 모두 무시한다. 

 

 

1-1. 소설에 묘사된대로 알파센타우리 항성계의 궤도를 예측할 수학적 방법이 없는가?

 실제 알파 센타우리 항성계가 작가가 묘사한 항성계와 어떻게 다른지부터 이야기해보자. 작가는 알파 센타우리 항성계가 3중성계(3개의 항성이 서로 근접거리에서 영향을 미치며 운동하는 계)로 고전적인 삼체문제의 해를 구하는 것이 불가능한 무질서한 항성계로 묘사하는데, 이것은 전혀 사실과 다르다. 시리우스 알파 항성계는 지구에서 약 4.3광년 떨어진 항성계로, 센타우리 알파 A와 B, 그리고 그곳에서 비교적 먼 거리인 0.2광년이 떨어진 프록시마 센타우리로 구성되는데, 이들의 운동은 소설에서 묘사된 바와 달리 무질서 하지 않다. 

 

  벌써 기백 년 전에 3체계(3개의 천체가 서로 중력의 영향을 미치며 운동하는 계)의 운동을 예측하는 일반해를 구하는 방정식을 수립하는 것은  불가능하다는 것이 입증되었지만, 그렇다고 모든 삼체운동을 예측하는 방정식을 수립하는 것이 불가능하지는 않다. 다음과 같은 특수한 경우는 운동을 예측하는 해를 구하는 방정식의 수립이 가능하다. 

 

1, 평면 삼체 문제(각 물체가 동일평면상에서 운동할 경우) 

2. 제한 삼체문제(3체중 하나 혹은 두개의 천체가 다른 하나에 비해 질량이 무척 작을 경우) 

3. 원제한 삼체문제(세 천체가 원궤도를 그리며 운동할 경우)는 경우에 따라 특수해를 가질 수 있다. 이것이 불가능하다면 태양 외에도 9개의 행성과 소행성 위성들이 즐비한 태양계의 운동도 예측하기 힘들었을 것이다. 

 

 

 

 

 제한적 특수해가 가능한 삼체문제 해들

위에서부터 차례로 1, 2, 3 항을 모두 만족시키는 삼체문제, 

지구와 달 사이에 끼어든 천체의 운동을 가정한 삼체문제(1,2항을 만족시킨다.)

 마지막으로 평면 3체 문제(1, 2항 만족) 

 

 

1-2. 소설 속의 알파 센타우리 항성계는 현실에 부합하는가?

 

 

  그런데 알파 센타우리의 경우도 특수해가 있는 삼체운동 해를 발견할 수 있는 천체다. 왜냐하면 알파센타우리 A.B의 운동은 실질적으로는 2개의 천체가 두 천체의 질량중심을 고정점으로 운동하는 쌍성계 운동에 가깝기 때문이다. 그래서 지금 지구에서도 알파 센타우리의 운동을 꽤 정확하게 예측한다. 소설에서 3중성계를 이루고 있는 프록시마 센타우리가 알파 센타우리 A.B에서 무척 멀어 진짜로 3연성계인지, 아니면 단지 A.B의 중력에 사로혀 한시적으로 근접했다가 제 갈길을 가게되는 독립적 천체인지도 모를 정도인데가(알파센타우리 A.B로부터 거리 0.2광년, 즉 빛의 속도로 70일 넘게 가야 닿을 수 있는 거리, 지구에서 태양까지의 거리는 약 8분 정도 걸린다.) 각각 태양의 1.1배, 0.8배 정도 크기의 알파 센타우리 A.B와는 달리, 크기가 훨씬 작은 적색왜성에 가깝다. 즉 소설 속에 묘사된 알파 센타우리 항성계가 현실의 알파 센타우리 항성계라면, 특수해를 구할 수 있는 조건 1, 2, 3을 모두 만족시키는 궤도 예측이 무척 쉬운 항성계라는 이야기다. 

 

알파 센타우리 A,B의 운행궤적을 지구에서 바라본 겉보기 궤도 운행과

 두 항성계의 운행평면 위에서 바라본 조감도를 겹쳐 표현한 그림. 

모두 A항성을 중심으로 표현했다.  

 

 

 

또한 알파 센타우리 A.B의 공전궤도도 최대 근접거리가 지구에서 태양까지의 거리에 10배가 될 정도로 멀다. 소설에서 묘사하는 삼체문명이 거주하는 행성이 지구 정도 크기의 행성이라면, A, B 둘 중 어느 항성계에 속하더라도 나머지 하나의 행성 때문에 소설에서 묘사한 것 처럼 대재앙에 가까운 자연적 변화가 일어나기 힘들다. 가장 가까이 접근해서 한꺼번에 뜨더라도 아마 굉장히 밝은 별 이상의 영향을 끼치긴 힘들 것이다. 프록시마 센타우리는 말할 것도 없고 말이다. 

 

 

프록시마 센타우리를 포함하는 알파센타우리 항성계의 운동을 묘사하는 개념도.

정확한 그림은 찾기 힘들지만 아마도 위의 그림이 비교적 개념을 정확하게 보여주는 그림일 것이다. 질량이 크게 차이가 나지 않고 비교적 거리가 가까운 알파 센타우리 A, B가 공통의 질량중심을 기반으로 좁게 서로를 돌고, 그 둘과 그보다 질량이 훨씬 작은 프록시마 센타우리(여기서는 알파 센타우리 C로 표시됨)의 질량중심으로 프록시마 센타우리가 넓게 타원형을 그리며 돈다. 소설과 같은 상황이 발생하기에는 모두 너무 거리가 멀다. 

 

 

1-3. 중국의 테크노크랏 슈퍼 엘리트들은 수학 교양이 전혀 없는가? 

 

 그러나 작가가 이러한 설정을 한것은 독자에 따라서 관대하게 받아들일 수 있다. 몇 년 전 선풍적인 인기로 영화화까지 되었던 앤디 위어의 소설 『마션』에도 사실과 다른 물리적 현상이 소설의 플롯에 필수적인 요소로 작용하기 때문이다. (마션에서 주인공이 귀환선을 놓치게 되는 이유가 화성의 먼지폭풍 때문이라고 묘사되는데 화성에는 그 정도의 격렬한 먼지폭풍이 없다.) 류츠신의 고증오류는 위어의 소설보다 너무 규모가 크긴 하지만(그래서 나는 도저히 몰입이 안되기 시작했지만), 그럴 수 있다고 넘어가자. 

   정작 이 작품의 치명적인 오류는 그런 과학적 고증 오류에서 그치는 것이 아니다. 작품에서는 삼체 문제를 풀려고 노력하는 천재적인 수학자가 등장하는데, 그는 삼체문명을 추종하는 거대 비밀결사조직으로부터 후원을 받고 있다. 

 

  삼체문제의 일반해 도출 불가능의 증명과 특수해의 도출 가능성은 수학사를 공부하다 보면 초기에 접하게 되는 매우 기초적인 지식이다. 대체로 학부 전공 1학년들은 대부분 알만한 지식이며, 특별히 전공이 아니더라도 관심이 있는 학생들은 중고등학생들도 알만한 이야기다.  비록 소설에서도 이미 그런 사실을 별견했다는 역사가 있었다는 것이 나중에 언급되지만, 천재 수학자로 불릴 정도의 재능을 가진 인물이  그런 기초 교양에 무지하다는 것은 쉽게 납득이 가지 않는다. 설령 그럴 수 있다고 하더라도, 그에게 문제 해결을 의뢰한 그 조직에도 그런 사실을 아는 사람이 하나도 없다는 것은 매우 개연성이 떨어진다.(만약 그 사실을 아는 사람이 있었다면 그러한 시도를 의뢰할 이유가 없다.) 소설 속에서 그 조직은 학력 수준이 높은 엘리트들만 가입할 수 있는 조직인데도 말이다. 현실적으로 불가능한 이야기다. 지금 중국의 기초과학 수준, 특히 수학 수준은 매우 높다. 천문학 적인 인구를 바탕으로 매년 수학 천재들이 나타나고, 이들은 중국 뿐 아니라 미국 등 수학 선진국에 유학, 교류하며 세계 수학계를 이끌고 있다. 

 

 

 

삼체문제의 일반 해를 구하는 것이 불가능하다는 것을 수학적으로 증명한 앙리 푸앙카레

 

 

 

 

 

1-4. 센타우리 항성계는 맥동변광성계인가? 

 

 문제는 이 뿐만이 아니다.  삼체 항성계는 항성들의 밝기와 크기가 수시로 변하는  맥동변광성으로 묘사가 되는데, 이도 물론 사실이 아니거니와(A, B 행성, 프록시마 센타우리 모두 안정적인 주계열성이다.), 맥동변광성의 주기는 규칙적이라 소설속에서 묘사된 것처럼 불규칙하게 변화할 수 없다.  그리고 그러한 맥동변광성 주변의 행성이라면 주계열성과는 비교할 수 없을 정도의 스케일을 가진 크기와, 그외의 여러가지 이유로 그것이 설사 단일성계라고 하더라도 생명이 존재할 수 있는 가능성은 거의 없을 것이다. 그런데 3중 맥동변광성계에 심지어 주기가 불규칙하다니. 이건 작가가 천체물리학, 천문학, 우주생물학에 대해서 아무것도 아는 것이 없다는 것을 고백한 것에 다름 아니다. 

 

 

 

알파 센타우리 A,B와 프록시마 센타우리, 태양의 상대적 크기를 비교한 그림, 알파 센타우리A 태양, 알파센타우리B, 프록시마 센타우리 순이다. 알파 센타우리A는 태양과 같은 타입의 G2V주계열성이고, B는 분광형 K0V인 오렌지색 왜성, 그리고 프록시마 센타우리는 크기가 훨씬 작은 적색왜성이다. 이 행성들의 타입, 상대적 크기를 고려했을 때, 소설 속에서 묘사된 세계는 존재할 가능성이 전혀 없는 공상에 가깝다. 그것이 내가 류츠신의 『삼체』를 진정한 하드SF가 아닌 공상소설로 취급할 수 밖에 없는 이유다.  

 

 

 소설 1부의 과학적 개연성의 문제들은 이 외에도 여러가지가 더 있다. 1부에서 태양의 구조를 이용한 항성간 통신이나 양자론적 효과인 얽힘 현상을 이용한 지자(智子)라는 컴퓨터시스템을 이용한 통신 등장한다. 매우 흥미롭고 상상력을 자극하는 이야기들이다. 그러나 여기에 동원된 과학 이론들에 의하면 이것들은 전혀 과학적 개연성이 없는 공상에 불과하다. 다음편에서는 이 문제들에 대해 다뤄보겠다. 

 

 

이제 제가 이 소설에 왜 그렇게 화가 났었는지 이해해 주실 분이 몇 분은 생기리라 기대합니다. 다음 편을 기대해 주세요!