마윈의 과학 스승 리먀오 교수의 재미있는 우주 이야기

구글, 아마존, 테슬라, 페이스북… 전 세계 기업은 왜 우주를 공부하는가? 우주를 알면 미래 세상이 보인다! 중국 최고 천체물리학자가 들려주는 청소년을 위한 우주과학 수업

수천 년 동안 인류는 우주를 향한 탐험을 멈추지 않았다. 과거에는 국가적 차원에서 우주 경쟁이 이루어졌다면, 최근에는 민간 기업 주도하에 새로운 먹거리를 찾아 우주 산업이 발전하고 있다. 구글, 아마존, 테슬라, 페이스북은 물론 스페이스X, 블루 오리진, 버진 갤럭틱 등 민간 우주기업까지 등장하며 경쟁적으로 우주 개발에 집중하고 있다. 이러한 시대 변화 속에서 청소년들의 우주에 관한 관심을 높이는 일은 국가는 물론 개인의 미래를 위해서 무엇보다 중요하고 시급한 일이다. ‘우주과학’은 《세상에서 가장 쉬운 양자역학 수업》의 저자 리먀오 교수가 청소년들을 위해 선택한 두 번째 주제다. 리먀오 교수는 마윈, 뤄전위, 쉬샤오핑 등 중국의 유명 인사들의 과외선생님으로도 잘 알려져 있는 중국 최고의 천체물리학자이자 베스트셀러 작가이다. 과학의 대중화를 위해 그는 어린이부터 어른까지 두루 이해할 수 있는 쉽고 재미있는 과학책을 완성했다. 총 4장으로 구성된 이 책은 지구와 우주의 모양, 우주의 기원부터 종말까지 빠짐없이 정리해내며 우주를 바라보는 큰 그림을 보여준다. 또한 우주 관련 이론과 우주의 역사, 그 속의 과학자들 이야기까지 과학적 사실과 역사가 상세하고 흥미롭게 펼쳐진다. 각 장의 끝에서는 ‘알면 알수록 더 재미있는 과학 이야기’를 통해 보다 호기심 넘치는 우주 지식을 담아낸다. 하나의 수업처럼 전개되는 이 책을 읽어나가다 보면, 우주적인 관점에서 미래를 그려보는 과학적 상상력을 기르게 될 것이다.

제1강_지구는 어떤 모양일까?
제2강_우주는 어떤 모양일까?
제3강_우주의 기원은 무엇일까?
제4강_우주에 종말이 올까?

《천체에 관하여On the Heavens》에서 아리스토텔레스는 처음으로 지구가 둥근 이유를 과학적으로 논증했다. 그는 어떻게 이 사실을 발견했을까? 매우 간단하다. 맑은 날 아침 해가 뜨면 자신의 그림자가 땅에 드리우는 모습을 볼 수 있다. 이는 우리 몸이 햇빛을 가리면서 그 반대편 땅에 햇빛이 비치지 않기 때문이다. 이때 주의 깊게 살펴보면 그림자 모양이 실제 몸과 조금밖에 차이가 나지 않는다는 사실을 발견하게 된다. 거꾸로 말하자면, 한 물체의 그림자 모양으로 이 물체가 어떤 모양인지 대략 판단할 수 있다는 것이다. 아리스토텔레스는 ‘지구의 모양을 정확하게 알 수는 없을지라도 지구 그림자의 모양은 알 수 있지 않을까’라고 생각했다. 다행히도 하늘에 생긴 지구의 그림자를 볼 수 있었으니, 그것이 바로 ‘월식’이다.
- <제1강 지구는 어떤 모양일까?> 중에서 우주 전체에는 최소 2,000억 개의 은하가 있으며 한 은하가 평균 1,000억 개의 항성을 가지고 있으므로 우주 전체의 항성은 최소 200×1020개라는 사실을 알 수 있다. 200×1020개는 대체 어떤 개념일까? 지구에 사는 70억 인구가 모두 별을 세고 한 사람이 1초에 1개씩 센다면 우주 전체의 모든 항성을 세는 데 최소 9만 년이 걸린다. 쉽게 말해 호모 사피엔스가 아프리카를 떠난 시점부터 지금까지 쉬지 않고 별을 세야 다 셀 수 있다는 말이다.
- <제2강 우주는 어떤 모양일까?> 중에서 흥미롭게도 감마선 폭발은 천문학자가 발견한 것이 아니다. 1960년대는 미국과 구소련 사이의 경쟁이 치열하던 시대였다. 경쟁은 우주 항공뿐만 아니라 핵무기에서도 나타났다. 소련이 몰래 핵폭발을 시도하지 않았는지 감시하기 위해 미국은 1960년대 총 12대의 벨라 위성을 발사했다. 이 위성은 핵폭발 직후 발사되는 감마선을 탐지할 수 있었다. 결과적으로 벨라 위성이 발견한 것은 핵폭발 직후의 감마선이 아니라 우주 깊은 곳에서 나오는 감마선이었다. 이 감마선이 일정한 방향에서 나왔으므로 어떠한 천체가 발사하는 것이라고 추측할 수 있었다. 감마선 폭발은 이처럼 우연한 계기로 군사 위성에 의해 발견되었다.
- <제3강 우주의 기원은 무엇일까?> 중에서우주의 모든 곳에는 암흑에너지가 존재하며 척력을 발생시킨다. 암흑에너지의 밀도가 매우 낮아서 발생하는 척력 역시 매우 작다. 그래서 우리는 일상생활 속에서 그 존재를 전혀 느끼지 못한다. 그런데 만약 콜드웰의 이론이 맞는다면 일은 아주 번거롭게 된다. 팬텀 암흑에너지의 밀도가 시간이 흐르면서 계속 커져 그것이 발생시키는 척력도 커지는 반면, 세계를 안정적으로 묶는 중력은 영원히 변하지 않는다면 미래의 어느 날에는 척력이 중력보다 커져서 인력으로 묶인 이 세계의 안정을 파괴하게 될 것이다. 그때가 되면 우주의 모든 구조, 은하계, 태양계, 지구는 물론 우리도 내부의 팬텀 암흑에너지에 의해 산산조각 날 것이라는 이야기다. 이 무시무시한 종말이 ‘빅 립Big Rip(대파열)’이다.
- <제4강 우주에 종말이 올까?> 중에서

고대에서 현대에 이르기까지
우주의 역사와 함께한 과학자들의 위대한 발견, 그 흥미로운 이야기에라토스테네스는 처음으로 지구 둘레를 정확하게 측정했고, 에드윈 허블은 은하계가 지구의 중심이 아니라는 사실을 알아냈으며, 조르주 르메트르는 가장 먼저 우주 팽창을 발견했다. 이처럼 우주에 오랜 역사가 있듯 미지의 영역이었던 우주를 지금과 같이 가시화한 데에는 여러 과학자의 탐구와 발견이 있었다. 《세상에서 가장 쉬운 우주과학 수업》은 고대에서 현대에 이르기까지 천문학사에 등장하는 과학자들과 그들이 이뤄낸 성취를 흥미로운 이야기로 담아낸다.
예를 들어 ‘지구는 평평하지 않고 둥글다’는 사실을 발견하기까지도 여러 가설과 증명의 과정이 있었는데, 처음 지구가 둥글다는 사실을 입증한 사람은 아리스토텔레스였다. 그는 몇 차례의 월식을 관찰하며 달빛을 가리는 검은 그림자가 항상 둥글다는 것을 통해 지구 자체가 둥글다는 사실을 알아냈다. 그렇지만 아리스토텔레스의 유추는 직접적인 증거가 될 수 없었다. 뒤이어 마젤란이 지구 한 바퀴를 돌아 원래의 자리를 돌아오는 항해를 함으로써 지구의 모양을 직접적으로 증명했다.
하나의 이론, 한 명의 과학자로 나누어 암기하고자 한다면 과학은 지루한 교과서 공부에 지나지 않을 것이다. 이 책은 광대한 우주를 하나의 줄기로 엮어냄으로써 굳이 외울 필요 없이 그 흐름을 짚어준다. 재미있는 이야기책을 읽듯 빠져들면 자연스럽게 과학자들과 발맞추어 생각하게 되고, 그들이 발견해낸 것들을 보다 가깝게 이해할 수 있을 것이다. 1:1 과외를 받듯 친숙하고 명쾌하게 이해하다!
어려웠던 우주를 이해하는 첫 번째 책 우주를 향한 궁금증은 무궁무진하다. 그러나 본격적으로 우주 공부를 시작하면 생각보다 어려운 용어들에 가로막혀 호기심은 온데간데없이 포기하기에 십상이다. 이 책은 처음 우주를 공부하고자 하는 이들을 위한 우주 입문서다. 리먀오 교수는 두꺼운 과학책에서 벗어나 1:1 과외를 하듯 독자의 눈높이에서 차근차근 우주를 읽어나가게 한다. 그 방법으로 2가지 방식을 이용해 이해를 돕는다.
첫째, 독자의 입장에서 의문을 가질 법한 질문을 내놓고, 그 질문을 풀어가며 자칫 어렵게 느껴질 법한 개념들을 일상의 소재를 통해 풀어나간다. ‘지구는 왜 둥근가요?’라는 물음에 인력이 가장 낮은 상태를 유지하고 싶어 하는 만유인력의 원리를 미끄럼틀을 통해 설명한다. ‘우주가 팽창하는 것과 빅뱅이 무슨 상관이죠?’라는 물음에는 우주 팽창을 오븐 속의 커다란 빵에 빗댄다. 가열할수록 빵은 점점 커지고, 이 부푼 빵이 과거 어느 시점에는 작은 입자의 밀가루였다고 설명하며 머릿속으로 쉽게 그려지지 않는 개념을 상상할 수 있도록 한다.
둘째, 이름만 듣고는 도통 감이 오지 않는 이론들을 실험을 통해 직관적으로 그려볼 수 있게 한다. 예를 들어 많은 사람이 이름만 듣고 질겁하는 아인슈타인의 일반상대성이론을 설명하기 위해 한 가지 실험을 제안한다. 매트리스 위에 작은 유리구슬을 굴린 다음 아주 커다란 쇠구슬을 올려놓았을 때 유리구슬의 운동 궤도가 즉시 변하게 된다는 것을 알아보고, 다시 쇠구슬을 태양으로 바꾸어 상상해 ‘공간의 굴곡이 만유인력과 같다’는 일반상대성이론의 가장 핵심 개념을 파악할 수 있게 한다.
이 책을 통해 독자는 이전과 다른 눈으로 하늘을 올려다보고 우주를 상상하게 될 것이며, 우주를 향한 궁금증의 답을 스스로 찾아가게 하는 힘이 되어줄 것이다.