낭만적이면서도 과학적인 시선으로 본 우리의 우주

가디언

『경이로운 우주』는 대중의 눈높이에 맞춰 과학을 설명해주는 물리학자 브라이언 콕스의 대중 과학 책이다. 차세대 칼 세이건이라 불리는 저자는 우주에 대해 과학자들이 밝혀낸 몇 가지 법칙을 빛, 물질, 중력, 시간 등을 중심으로 흥미롭게 풀어낸다. 아프리카 평원, 캐나다 로키 산맥, 코스타리카 해변, 네팔 힌두 사원 등 지구 곳곳을 누비며, 경이로운 우주의 모습을 낭만적이면서도 과학적인 시선으로 소개하는 책이다. 우주의 기원, 우주의 법칙을 찾으려고 하는 인류의 다양하고 심오한 질문도 만날 수 있다. 지구 위에서 직접 만져보고 경험할 수 있는 물질과 장소를 토대로 거대한 우주를 이야기하는 것이 특징이다. 이 책은 BBC에서 방송된 화제의 과학 다큐멘터리 <경이로운 우주(Wonders of the Universe)>의 단행본 버전이다.

들어가며_우주

1장 메신저
빛 이야기 | 빛이란 무엇인가? | 시간 여행 | 우주의 탄생

2장 우주의 먼지
존재의 기원 | 태초의 우주 | 빅뱅에서 최초의 별이 탄생할 때까지

3장 낙하
인력 | 달의 인력 | 힘을 느끼다

4장 운명
시간의 흐름 | 별의 운명

감사의 말 | 옮긴이의 말 | 찾아보기 | 도판의 출처

“우주는 왜 존재하게 되었는가? 아마도 이것은 인간이 떠올릴 수 있는 가장 심오하고 근본적인 질문일 것이다. 우리는 이 질문의 답을 영원히 못 찾을 수도 있고, 운이 좋다면 이번 세대가 끝나기 전에 찾아낼 수도 있다. 그러나 중요한 것은 답이 아니라, 그것을 탐구하는 과정이다.(12쪽)” “우리 주변의 세상을 제대로 이해하고 싶다면 제일 먼저 빛의 성질부터 이해해야 한다. 빛은 지구를 관측하는 가장 중요한 수단이자, 우주를 관측하는 유일한 수단이기도 하다. 멀리 떨어져 있는 별의 정보를 수집하려면 그곳에서 방출된 빛을 분석하는 수밖에 없다.(50쪽)” “우리는 매 순간 아주 미세하게 과거로 시간 여행을 하고 있다. 빛의 속도는 아주 빠르지만 무한대가 아니기 때문에, 우리는 주변 물체의 현재 모습이 아닌 과거 모습을 보고 있다. 예를 들어 30cm 거리에서 거울에 비친 당신은 10억분의 1초(0.000000001초) 전의 모습이다. 두 눈을 아무리 부릅뜨고 집중해서 바라봐도 현재의 모습을 볼 방법은 없다. 이 정도면 꽤 흥미롭지만, 대부분의 물체는 우리와 가까운 거리에 있기 때문에 일상생활에서는 아무 영향도 미치지 않는다. 인간의 감각 기관으로는 10억분의 1초를 감지할 수 없기 때문이다. 그러나 멀리 떨어져 있는 물체의 경우는 사정이 다르다. 주변 물체를 바라볼 때 나타나는 시간차는 너무 작아서 무시해도 상관없지만, 고개를 들어 하늘을 바라보면 놀라운 세상이 우리를 기다리고 있다.(76쪽)” “최첨단 천체망원경으로 우주의 이곳저곳을 둘러보면, 각 지역은 별의 일생에 대하여 각기 다른 이야기를 들려준다. 그러나 천문학자들은 이로부터 별의 존재와 관련한 더욱 심오한 사실을 깨달았다. 모든 별은 레우키포스와 데모크리토스가 예견했던 ‘원자’로 이루어져 있으며, 우리의 몸도 별과 똑같은 물질로 이루어져 있다.(157쪽)” “빅뱅 후 1억 년이 지났을 무렵, 우주에 최초의 별이 등장했다. 별에서 수소 원료가 소모되는 속도는 별의 질량에 따라 다르다. 질량이 클수록 별은 더 밝게 빛나고 수명은 짧아진다. 무거운 원소들이 만들어진 과정을 이해하려면 별이 수소 원료를 모두 소진한 후에 어떤 일이 일어나는지 알아야 한다. 별이 수소를 소모하는 속도는 약간의 계산을 거치면 알 수 있는데, 질량이 제일 큰 축에 속하는 별들은 탄생 후 수백만 년이면 수소가 고갈되고, 태양은 거의 100억 년을 버틸 수 있다. 그러나 우주의 나이가 약 137억 년이므로, 그 사이에 별들은 탄생과 죽음을 반복하면서 몇 세대를 보냈을 것이다.(204쪽)” “중력은 태양계뿐만 아니라 우주에 존재하는 만물의 운명을 좌우하는 힘이다. 먼지 한 톨에서 가장 큰 별에 이르기까지, 중력은 모든 물체에 예외 없이 작용하면서 우주의 질서를 유지하고 있다.(254쪽)” “시간은 너무나 근본적이어서 시간 없는 우주는 상상조차 할 수 없다. 그러나 현대 과학은 시간의 본질을 아직 규명하지 못하고 있다. 시간은 우리의 일상생활을 통제하면서 모든 것을 가차없이 미래로 밀어붙인다. 시간이 있기에 시작과 끝이 있고, 추억과 희망이 있다. 그러나 시간은 인간의 발명품이 아니다. 인간을 비롯한 우주 만물은 흐르는 시간 속에서 진화해왔다. 시간은 우주의 기본 구조 속에 직물처럼 짜여 있어서, 시간을 이해하는 것은 우주의 근본을 이해하는 것과 다름없다. 우리는 아직 시간을 완전하게 이해하지 못했지만, 시간과 자연의 특성을 끊임없이 연구, 분석하여 우주의 시작과 끝을 어렴풋하게나마 짐작할 수 있게 되었다. 아는 것도 별로 없는 상황에서 이룬 업적치곤 참으로 대단하지 않은가!.(350쪽)”

아프리카 평원, 캐나다 로키 산맥, 코스타리카 해변, 네팔 힌두 사원…
지구 곳곳을 누비며 만난 빛, 중력, 시간, 물질, 우주
차세대 칼 세이건, 물리학자 브라이언 콕스의 우주 이야기“우리의 이야기는 곧 우주의 이야기다. 우리의 몸, 우리가 사랑하는 것, 싫어하는 것, 귀하게 여기는 것 등등…… 이 모든 것이 우주 탄생 후 단 몇 분 만에 이미 다 만들어졌고, 별의 중심부에서 변형되거나 별이 장렬한 최후를 맞을 때 사방으로 흩어졌다. 우리가 죽으면 모든 것은 우주로 되돌아가 끝없는 생사순환(生死循環)을 반복할 것이다. 보잘것없는 내가 이 장엄한 이야기의 일익을 담당하고 있다니, 이 얼마나 놀라운 일인가!”
_본문 중에서상상할 수 없을 정도로 크나큰 우주, 과연 우리는 이 우주를 이해할 수 있을까? 『경이로운 우주』(원제: Wonders of the Universe)는 물리학자 브라이언 콕스 교수(맨체스터 대학교)가 빛, 중력, 에너지, 물질 등을 중심으로 우주의 비밀을 설명해주는 대중적인 물리천문학 책이다. 브라이언 콕스 교수는 뛰어난 과학 커뮤니케이터이자 세계적인 연구자로, 대중의 눈높이에 맞춰 과학 내용을 탁월하게 설명해줘서 ‘차세대 칼 세이건’으로 불린다. 이 책에서 그는 아프리카 평원, 캐나다 로키 산맥, 코스타리카 해변, 네팔 힌두 사원 등 지구 곳곳을 누비며, 경이로운 우주의 모습을 낭만적이면서도 과학적인 시선으로 소개해주려고 한다. 이 책은 BBC에서 방송된 화제의 과학 다큐멘터리 <경이로운 우주Wonders of the Universe)>의 단행본 버전으로, 브라이언 콕스 교수는 이 다큐멘터리에 나레이터(진행자)로 참여했다.
우리의 우주에는 1000억 개의 은하가 있고, 각각의 은하는 몇 천억 개의 별들로 채워져 있다. 우주는 이처럼 믿을 수 없을 만큼 방대하고 복잡한 공간이다. 지난 100년 동안 과학자들은 복잡하기 그지없는 우주의 섭리를 단 몇 개의 법칙으로 설명해았는데, 그 법칙은 모든 곳, 모든 시간대에 똑같이 적용되기 때문에, 지구상의 친숙한 장소와 물질, 현상을 통해 그 법칙에 한 발짝 다가갈 수 있다. 심지어 몸으로 직접 경험할 수도 있다.
이 책은 큰 틀에서 보면, 빛, 물질, 중력, 시간을 키워드로 우주의 기원에서부터 미래까지 탐색해나가는 책이라 할 수 있다. 마치 과거의 행적을 좇는 로드 무비처럼, 과학사에 뚜렷한 족적을 남긴 과학자와 그들의 업적도 빠짐없이 소개하고 있다. 토머스 영의 이중 슬릿 실험, 맥스웰의 방정식, 허블의 우주 팽창설, 빅뱅, 우주배경복사, 빛의 스펙트럼 분석, 빅뱅, 표준모형 이론, 원소 주기율표, 초신성, 중력, 블랙홀, 뉴턴의 중력 법칙, 아인슈타인의 일반 상대성 이론, 엔트로피의 법칙, 우주의 열역학적 죽음 등 우주를 이해하는 데 핵심이 되는 과학 개념들을 총망라하고 있다.
저자는 이집트 룩소르의 카르나크 신전, 네팔의 힌두 사원, 로키 산맥 버제스 혈암 지대, 나미비아의 콜만스코프 도시, 빅토리아 폭포, 스켈레톤 코스트에 가서 우주의 흔적을 찾고, 나사의 라이트 비행개발센터로 가서 C-131 수송기 안에서 무중력 상태를 경험한다. 잠베지강의 빅토리아 폭포 주변에 뜬 무지개를 보며 팽창하는 우주를 떠올리고, 아르헨티아 남부의 파타고니아 지역에 있는 페리토모레노 빙하에서 무질서를 향해 나아가는 시간에 대해 사색한다. 우주로 나가야만 우주를 파악할 수 있는 것은 아니라는 듯, 이 책에서 이들 모든 장소는 우주의 기원이나 속성, 우주의 작동 원리를 더 효과적으로 설명하기 위한 소재가 된다. 그리고 이러한 여정의 한가운데에서, 우주는 아주 광대하고, 신비롭고, 경이로운 모습으로, 그리고 우리의 마음을 압도할 만큼의 아름다운 장관으로 우리 눈앞에 등장한다.
이 책의 전체적인 구성을 살펴보면, 1장에서는 우주의 기원을 알아내기 위해 빛을 추적하고, 2장에서는 별의 정체를 파악하기 위해 ‘물질’을 탐색하며, 3장에서는 우주의 질서와 법칙을 이해하기 위해 ‘중력’을 다각도로 파헤친다. 그리고 4장에서는 우주의 시작과 끝을 어렴풋하게나마 짐작하기 위해 ‘시간’의 의미를 집요하게 탐구한다. 책 전체를 장식하고 있는 수백 장의 아름다운 천체 우주 사진도 독자들이 우주를 즐기고 이해하는 데 큰 도움을 줄 것이다.자세한 장별 소개1장 메신저
빛이란 무엇일까? 빛을 탐구하기 위해 브라이언 콕스 교수가 찾아간 곳은 고고학 유적지인 이집트 룩소르의 카르나크 신전이다. 그는 이 신전에서 동짓날 일출을 넋을 읽고 바라보면서, 빛의 움직임에 관심이 지대했던 고대인들의 식견에 감탄하고야 만다. 인류는 빛을 탐구하는 과정 속에서 수천억 개의 별로 이루어진 은하수에서 우리의 위치를 알아냈고, 별을 이루는 물질의 화학성분을 찾아냈으며. 블랙홀의 존재를 예측하는 데 성공했다. 저자는 음속 장벽을 뛰어넘는 제트전투기 호커 헌터에 올라타 빛의 속도와 그 의미를 캐묻고, 아프리카 평원의 밤하늘을 보며 별의 탄생과 죽음을 생각하는가 하면, 로키 산맥 버제스 혈암 지대의 화석을 들여다보면서 우주의 기원에 대해 사유한다. 이 과정에서 저자는 우주의 역사가 빛의 성질과 어떻게 관련되는지를 낭만적인 어조로 설명해낸다. 2장 우주의 먼지
우리는 어디서 왔을까? 우리는 무엇일까? 이 장의 핵심 키워드는 ‘물질’이다. 저자는 네팔의 힌두 사원에서 창조와 파괴의 끝없는 순환에 대해 사색한다. 그에 따르면, 굳이 윤회를 꺼내지 않더라도, 우리 몸을 이루는 물질들은 순환을 거듭한다. 우주를 구성하는 원소는 모두 별에서 만들어진 것들이다. 우리 몸을 구성하는 물질들과 우주를 구성하는 물질은 같다. 즉 우리는 별의 일부이다. 저자는 빅뱅 후 1억 년이 지났을 무렵 우주에 최초의 별이 등장한 때로 거슬러 올라가 별의 탄생과 죽음, 진화를 쭉 따라간다. 탄생과 죽음을 반복하면서 몇 세대를 보낸 별들의 역사를 추적하면서 우리 몸을 구성하는 원자와 분자에, 빅뱅에서 현재에 이르는 우주의 역사가 낱낱이 기록되어 있다는 사실을 보여준다. 저자에 따르면, 우리가 바라보았던 우주 공간은 사실 우리의 고향이며, 우리는 진정한 별의 후손이다. 3장 낙하
이 장에서는 ‘중력’에 대해서 이야기한다. 우주에서 가장 신기한 힘 중의 하나인 중력은 은하, 별, 태양, 행성의 움직임을 관여하는 힘이다. 브라이언 콕스 교수는 무중력 상태를 직접 경험하면서, 중력이 우리 세상에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 설명해준다. 전자기력, 중력, 강한 핵력, 약한 핵력 등 우주의 가장 기본적인 4가지 힘 가운데 중력은 가장 약한 힘이지만, 행성을 만들고 태양계를 만들고 우주에 떠다니는 기체와 먼지구름을 부지런히 긁어모아서 질서정연한 별을 수조 개나 만든 막강한 힘이다. 멀리 떨어진 별들 사이에 작용해 은하단과 초은하단을 형성하게 만든, 혼란스러운 우주에 질서와 리듬을 부여한 일등공신이 바로 중력인 것이다. 그렇다면, 중력이란 과연 무엇인가? 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 이 질문에 가장 단순하고 아름다운 답을 제시했다. “중력은 시공간을 구부러뜨리는 원인이다.” 4장 운명
우리는 어디서 온 것일까? 우리는 어디를 향해 가는 것일까? 이 책의 마지막 장인 ‘운명’에서 핵심적으로 다루는 것은 ‘시간’이다. 과학적인 시선으로 바라보면, 시간은 오직 한 방향으로만 진행한다. 시간은 왜 미래로만 흐르는 것일까? 우리의 문명과 지구, 태양계, 은하 등 모든 것의 운명은 ‘시간의 화살’에 따라 결정되고, 이 엔트로피의 법칙은 가차없이 적용된다. 저자는 사막의 모래바람에 묻혀버린 나미비아의 콜만스코프 도시, 나미비아 북쪽 해안 지대인 ‘스켈레톤 코스트(해골 해안)’를 바라보며, 태양의 죽음, 별의 최후, 우주의 종말을 그려본다. 이와 함께 저자가 공들여서 설명하는 주제는 ‘시간의 순환’이다. 이 책에 따르면, 지구에서는 생태계가 순환하고, 별은 탄생과 죽음을 반복하면서 순환한다. 생(生)과 사(死)가 순환하는 것은 우주도 마찬가지다. 우주의 시간 앞에 인간은 한낱 작은 존재에 불과하지만, 그럼에도 불구하고 우주의 신비를 파헤치고, 거대한 우주를 이해하려고 하는 존재는, 아직까지는, 오직 인간뿐이다.