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우리 ‘우주’가 달라졌어요 - 『유니버스』

 

이 책은 

 

이 책 『과학오디세이 유니버스』는 ＜우주·물질 그리고 시공간 세상 모든 것이 궁금한 과학자의 지적 여정＞을 그린 것이다.

 

저자는 안중호, ＜한국기계연구원(현 재료연구소) 선임연구원, (국립)안동대학교 신소재공학부 교수, 공과대학장을 역임했다. 현재 안동대학교 명예교수로 기초연구 및 과학기술의 이해를 돕기 위한 관련 활동을 하고 있다. ＞

 

이 책의 내용은 

 

과학책이다. 과학 전반을 다루고 있다,

이 책 『유니버스』는 현대 물리학과 우주과학의 최신 이론과 연구 동향을 집대성한 과학 교양서다.

 

1 장 우주는 어떤 모습을 하고 있을까?

2 장 물질은 어떻게 구성되어 있는가?

3 장 세상은 왜 있을까?

 

위와 같은 질문, 스스로 해 본적이 없다.

해서 이 책에서 저자가 제시하고 안내하는 길은, 내 의식을 송두리째 깨우는 각성의 말들이었음을 고백할 수밖에 없다.

 

스티븐 디덜러스의 우주, 나의 우주

 

제임스 조이스의 『젊은 예술가의 초상』에서, 주인공 디덜러스는 자기 자신을 이렇게 자리매김한다.

 

스티븐 디덜러스

기초반

클롱고우스 우드학교

샐린스 마을

킬데어 군

아일랜드

유럽

세계

우주

 

그가 생각한 ‘우주’가 어떤 모습이었는지 모르겠으나, 그가 우주를 염두에 두고 있었으니 그런 글을 남겼을 것이다.

그러면, 나의 경우는 

우주의 모습을 구체적으로 생각해 본 적이 없다. 그저 밤하늘에 별들이 많구나, 저별은 나의 별, 정도 

 

그래서 이 책에서 저자가 보여주는 우주는 나에게 말 그대로 ‘별세계’였고, 그래서 한번 정리해 볼 마음을 먹게 했다.

 

먼저 내가 살고 있는 지구의 위치는?

 

지구가 속해있는 태양계 (45쪽)에는 다음과 같은 별들이 존재한다.

 

태양 1개,

행성 8개 - 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, (명왕성)

(명왕성은 2006년에 행성에서 퇴출) (36쪽)

왜행성 5개(미확인 수백 개 추정),

자연위성 575개 (행성의 위성 185, 기타 천체의 위성 390)

소형 태양계 물체 (SSSB) 796,354개

혜성 4,143 개 (2019년 8월 말 기준)

 

※ 행성의 자격 요건 (39쪽)

첫째, 태양을 공전해야 한다.

둘째, 크기가 충분히 커서 구형이어야 한다.

셋째, 공전궤도 주변에 다른 천체가 없어야 한다.

 

명왕성의 경우는 셋째 기준에 미흡하다. 공전궤도가 너무 찌그러져서 해왕성 및 다른 작은 천체들과 일부 겹친다.

 

은하까지 시야를 넓혀보자.

 

내가 살고 있는 지구를 단순히 태양계의 한 부분으로 볼 게 아니다. 디덜러스가 한 것처럼 그 시야를 확대하면 다른 것들이 보인다.

 

우주는 팽창하고 있어서, 우주의 크기는 오늘과 내일이 다르다.

 

은하단(銀河團, galaxy cluster)

은하군보다 큰 규모로 은하들이 무리지은 것 (68쪽)

 

은하군(은하군, galaxy group) 수십 개의 은하가 무리를 지은 것 (60쪽)

 

국부은하군 (局部銀河群, Local Group)

- 국부은하군 안에는 54개의 은하가 있다.

우리은하

안드로메다은하 - 지구로부터 254만 광년 떨어져 있음.

중심핵이 두 개 - 과거에 다른 은하와 충돌해 합쳐진 흔적 (61쪽)

삼각형자리은하 (M33) (60,62쪽) - 지구로부터 300만 광년 떨어져 있음.

지구상에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 먼 천체.

북반구의 우리나라에서는 볼 수 없다.

나머지는 왜소은하(dwarf galaxy)

- 대마젤란은하, 소마젤란은하 등

 

따라서 디덜러스의 자리매김 방식을 따라 해보면 다음과 같이 이어진다.

 

지구

태양계

우리은하

국부은하군

은하단

 

그리고 그런 은하, 지구가 가만히 있는 게 아니라, 움직인다

 

태양계의 모든 행성은 같은 방향으로 공전과 자전을 하고 있다.

태양계 행성 초기의 가스들이 원반을 이루며 회전하던 방향이다.

그런데 오늘날 금성은 혼자서 반대방향으로 자전하고 있다.

금성에서는 태양이 서쪽에서 떠서 동쪽으로 지고 있다.

그 이유는 어떤 원시 행성이 금성의 뒤통수를 강하게 때려 자전축을 뒤집어 놓았기 때문이다.

천왕성도 금성과 비슷한 충돌을 겪었는데 다행히 비스듬히 얻어맞아 자전 방향은 유지되었다. 자전축이 공전궤도면과 평행하게 누워버렸다. (36쪽)

 

지구는 초속 약 30km 속도로 태양 주위를 공전하고 있다.

태양계는 명확한 궤도 운동은 아니지만 우리은하의 중심을 기준으로 초속 220km 로 공전하고 있다. (69쪽)

우리은하는 안드로메다은하 방향으로 초속 100km 의 속도로 이동하고 있다.

국부은하군의 은하들 역시 처녀자리와 센타우르스 은하단의 중심을 향해 무려 초속 600km의 속도로 달려가고 있다. (70쪽)

 

그렇게 움직이는 우주에, 내가 있다는 것, 신기하다.

그걸 느끼지 못하는 것도 또한 신기하다.

 

이제 눈을 하늘에서 돌려 땅을 바라보자,

거기엔 중력을 비롯한 힘들이 있다.

 

세상의 물질 사이에는 작용하는 힘이 4가지가 있다. (82쪽)

 

중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력.

 

중력이 가장 힘이 약하다.

어느 정도인가 하면, 막대자석에 붙은 쇠조각이 떨어지지 않는 것만 보아도 알 수 있다. 거대한 질량을 가진 지구가 끌어당기는 중력이 불과 몇 십 그램짜리 자석의 전자기력만도 못한 것이다.

그 대신 중력은 다른 3가지의 힘과 달리 매우 먼 거리까지 작용한다. 원칙적으로 무한대 거리까지 작용한다.

나머지 힘들은 매우 강하지만 짧은 거리에서만 작용한다.

강한 핵력과 약한 핵력은 원자핵 안의 극히 짧은 거리에서만 유효하다.

전자기력은 원칙적으로 무한 거리까지 작용하지만 끌어당기는 인력(引力)과 서로 밀치는 척력(斥力)이 동시에 있기 때문에 실제로는 복잡하게 상쇄된다. 그래서 자석에서 한 뼘만 떨어져도 쇠붙이는 붙지 않는다.

 

중력은 인력(引力)만 있어서 수백만 광년 떨어진 은하들 사이에서도 작용한다.

 

다시. 이 책은 

 

이런 의문 가져본 적이 있다.

＜별들의 수는 엄청나게 많은데 왜 밤하늘은 대낮처럼 밝지 않고 어두울까?＞

 

답을 찾지 못하고 있었는데, 여기에서 답을 찾았다.

 

팽창하는 우주에서는 천체들이 멀어지므로 중력 때문에 한 곳으로 몰리지 않을 것이고, 멀어지는 은하들의 빛은 우리에게 도달하지 못하므로 밤하늘은 대낮처럼 밝지 않다. (87쪽)

 

이 책은 세상은 왜 있는가, 세상은 어떤 모습인가, 에 대한 답을 찾고 있다.

해서 이 책을 통해 거시 세계인 우주와 미시 세계인 물질을 살펴볼 수 있다.

우주와 물질, 다시 말하면 원자를 다루고 있으니, 최대와 최소를 동시에 다루고 있는 것이다.

 

이 책으로 그렇게 과학적 지식을 폭넓게 접할 수 있어 인식의 폭을 넓힐 수 있다는 것, 이 책의 가장 큰 장점이라 하겠다.

저는 매일 보는 하늘의 낮과 밤을 보며 저 구름 너머의 미지의 세계는 어떨지 어렸을 때부터 궁금했는데요, 물론 문과를 선택한 이후로 지과과학, 물리학하고는 담을 쌓아서 '과학오디세이'라는 책을 읽기로 마음 먹었을 때 혹시 너무 어려워 이해하지 못하면 어쩌나 걱정이 많았습니다. 그러나 이 책은 '세상 모든 것이 궁금한 과학자의 지적 여정'이란 부제목에 걸맞게 호기심을 자극하고 재미있게 여행하는 느낌이 무척이나 흥미로웠습니다. 딱딱하고 지루할 줄 알았던 과학 서적을 가장 즐겁게 읽으며 세상은 어떻게 존재하고 왜 있는 것일지 저자가 친절하게 경이로운 우주와 만물을 가이드해 주어 좋았습니다.

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이 책은 총 32장으로 구성되어 먼저 우주는 어떤 못을 하고 있을지에 대해서 우주의 크기부터 과거사, 물질은 어떻게 구성되어 있는지 원자의 실제 모습부터 표준모형의 숙제들, 세상은 왜 있을까는 블랙홀부터 궁극의 이론까지 정말 궁금했던 우주의 모습을 다양한 학자들과 이론 및 그림과 해석을 통해서 만나볼 수 있게 도와주었습니다. 제가 가장 인상 깊게 보았던 '새로 밝혀진 우리은하의 구조'에서는 은하수가 북반구의 카시오페이아자리에서 남반구의 남십자자리에 이르기까지 30여 개의 별자리를 가로지르는 큰 원으로 하늘을 양분하고 있는 거라 설명하는데요, 옛 사람들은 이 뿌연 띠를 동양에서는 은빛 강이이라는 의미의 은하수, 우리 말로는 승천한 용(미리)이 사는 개울(내)이라는 뜻의 '미니래'라고 불렀으며, 영어나 불어로는 '우유길'이라고 하고, 갤럭시는 그리어의 우유 같은 것에서 유래한 이름이라고 하니 매우 친숙했습니다.

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여기서 우리 은하는 막대나선은하로 분류되어 2,000억~4,000억 개의 별들을 품고 사는데 위에서 보면 바람개비를 눌러 놓은 듯한 모습이라고 하니 직접 눈으로 바봐고 싶어졌습니다. 이 납작한 부분을 은하 원반부라 부르고, 얼마나 납작한지 원반부의 지름은 약 10만 광년이나 되지만 두계는 1,000광년에 불과한데 이러한 이유가 바로 뿌연 띠로 보이는 것이라고 설명하셨습니다. ＜밝은 별 예일 목록＞에 의하면 맨눈으로 볼 수 있는 천체의 수는 9,110개이라고 하니 정말 놀라웠습니다. 무엇보다 은하에서 헤일로가 중요한 또 다른 이유는 아직 정체가 밝혀지지 않은 암흑물질의 보금자리로 추정된다고 하니 이러한 몰랐던 사실들을 배워가는 재미가 쏠쏠했습니다.

 

호기심이 많은 사람들은 세상의 모든것들에 호기심을 갖는다.
어쩌면 그러한 호기심이 우리를 현실을 벗어나 또다른 세계로 달려가게 하는 동인이 될 수 있게 하기에 호기심으로 세상의 많은 것들을 탐험하고 지적 욕구를 채워 볼 수 있는 기회를 만나는 것은 무척이나 훌륭한 기회라 하지 않을 수 없다.
그러한 세상 모든것에 호기심을 갖고 궁금증을 가진 어느 과학자의 지적 유희에 동참해 간접적으로나마 우주와 물질 그리고 시공간에 대한 책을 만나본다.

이 책 "유니버스" 는 현실이라는 당면한 세계를 잠시 벗어나 그저 하늘의 별과 우주라는 거대함의 상징으로만 느껴지던 천체와 우리를 둘러 싼 모든것으로의 물질에 대한 지식과 시공간에 대한 의미를 엿볼 수 있는 책이다.
인간 존재에 대한 물음 역시 답을 구하기 어렵지만 그 보다도 더 어려운 우주와 세상의 존재에 대한 물음을 생각해 본적이 있을까?
그야말로 가시적 경향으로의 세상은 우주를 생각하면 미시적인 시야라 할 수 밖에 없지만 미시와 거시적 시각으로 인간의 주체적 삶에 영향을 미치는 다양한 물음들이 정답은 아닐지라도 해답으로서의 유추라 판단해도 적잖은 해우소가 되지 않을까 하는 생각을 해 보게 된다.

빅뱅 이후 138억 년이 흐른 우주의 크기는 930억 광년이라 한다.
빅뱅을 통해 우주가 팽창한다는 사실은 가설의 증명으로 확인되었다 하지만 아직까지 신뢰도는 미지수라 할 수 있지 않을까 하는 생각을 해 본다.
하늘의 무수히 많은 별들을 보며 과연 별은 얼마나 많을까를 묻던 어린 시절의 기억까지는 아니더라도 사실 알고 싶은 마음이기는 하다.
하나의 은하가 아닌 1300억 개의 은하로 추정하고 있는것을 보면 정말 우리 눈에 보이는 별들은 가시적인 존재라 할 수 밖에 없다.
수십 조 개의 별들이 존재하는 우주에 대한 깊이 있는 지식들과 함께 나, 우리를 둘러 싸고 있는 수 많은 물질들에 대한 궁금증은 또 살며시 끓어오르는 물처럼 부글거린다.
소싯적 학생 때의 기억을 떠올리며 원자는 전자와 핵으로 이루어 졌고 핵은 또 양성자와 중성자, 중성자를 구성하는 쿼크 등으로 이해할 수 있다.
물질은 광활한 우주에 비해 너무도 미시적인 우주라 거시, 미시적 우주를 통찰할 수 있다고 보며 이 책은 그러한 기회를 제공한다.
더하여 시공간에 대한 이해를 돕는 4종류의 힘을 통해 나, 우리를 둘러 싼 모든것에 대한 적잖은 지식을 마주할 수 있다.
이러한 기회는 나, 우리의 오늘을 살아가게 하는데 더욱 큰 힘으로 작용할 가능성이 크다 하겠다.
그야말로 모든것의 이론이라 할 수 있는 이야기를 만나고 보면 그것을 인정할 수 밖에 없다는 사실을 확연히 깨달을 것이라 말하고 싶다.

**네이버 카페 책과콩나무의 서평으로 제공받아 솔직하게 작성한 리뷰입니다**

 

유튜브 중에 빼놓지 않고 보는 채널이 바로 과학 관련이다. 특히 우주에 대한 이야기는 눈에 띄는 데로 본다. 지구 아니 내가 사는 서울도 제대로 돌아다녀 보지 못한 주제에 광활한 우주를 알겠다는 짓이 참 웃기는 부질없고, 무모한 짓으로 보일 수도 있을 것이다. 그러나 우주에 대한 정보와 지식을 접할 때마다, 난 무한 상상에 세계에 빠지는 엄청난 쾌감을 느끼게 된다. SF 영화나 애니의 주인공이 되는 상상도 하고, 무한이란 개념, 우주 밖에는 뭐가 있을지, 다른 차원의 우주는 어떨까 등 꼬리에 꼬리를 무는 끝없는 질문에도 빠진다. 이 순간, 나는 화두를 곱씹는 우주 철학자이자 종교인이 되는 것이다. 물론 지식의 깊이는 미천하지만, 그래도 자아도취에 빠지는 재미는 참 쏠쏠하다.

 

이런 나에게 '과학 오디세이 유니버스: 우주.물질 그리고 시공간'이란 책은 그냥 안 보고 넘어갈 수 없는 책이었다. 내가 알고 있었던 것, 몰랐던 것, 들어는 봤지만 머릿속에 정리가 덜 된 것 등이 이 책 한 권에 잘 정리되어 들어있었다. 우주를 책 한 권으로 알 수 있다는 것은 말이 안 되겠지만, 적어도 이 책을 통해 단단한 기초 뼈대를 세우는데 큰 도움을 받을 수 있는 책이었다.

 

 

 

'과학 오디세이 유니버스: 우주.물질 그리고 시공간'은 책 제목에 나온 우주, 물질, 세상이라는 시공간이란 주제로 전체 세 가지 장으로 나눠 이야기를 구성하고 있다. 첫 주제인 '1장 우주는 어떤 모습을 하고 있을까?'에서는 현대 과학이 밝혀 온 우주의 모습, 왜 이런 모습을 가지게 되었는지를 살펴본다. 여기서는 내가 어릴 적부터 상상하다 상상하다 잠에 들곤 했던, 우주의 크기부터 말하고 있다. 우리 과학으로 관측할 수 있는 공간이 지름 930억 광년까지라고 한다. 그 이상의 공간은 알 수가 없다. 빛 보다 빠르게 공간이 확장되고, 지금도 초속 100만 Km 속도로 커지고 있다고 한다. 나에게 우주의 끝을 상상하는 일은 역시 아직도 잠들기 좋은 주제인 것이다. 맨인블랙 엔딩에 우주가 담긴 구슬치기 모습이 떠오르게도 만든다. 구슬 밖으로 튀어 나간 나를 상상하면서 말이다.

 

1장 처음에 나오는 우주의 크기 얘기만 해도, 그동안 봐왔던 각종 관련 책과 유튜브 방송에서 봤던 내용들이 저자만의 설명으로 너무나도 잘 정리되어 있었다. 게다가 암흑물질처럼 있다 없다, 아직 완벽히 밝혀지지는 않았지만, 과학자 입에 오르내리는 각종 최신에 우주 이론까지 알려주고 있다 보니, 이 책에 한 권만 제대로 읽어도 어디 가서 우주 껌 좀 씹었다 폼 좀 잡을 수 있을 것이다.

 

2장에서는 물질은 어떻게 구성되어 있는가를 알아본다. 원자 이야기로 시작해서, 양자역학에 항상 나오는 슈뢰딩거의 고양이 이야기도 있고, 힉스 입자 등도 다룬다. 과거 양자역학은 일반인에게는 마치 뜬구름과 같은 존재였으나, 이젠 양자 암호, 양자 전송, 양자 컴퓨터가 현실화되고 있다. 

 

그리고 이 파트에서는 물질이 존재하는 근본적인 힘과 원자 보다 작은 소립자의 세계를 설명하고 있는데, 이는 다시 1장의 우주의 탄생 빅뱅과 관련하여 대통일 이론을 언급하고 있다.

 

 

 

3장에서는 공상과학 영화에 나온 끈이론, 다중 우주, 평행 우주와 같은 것이 나온다. 여기에 양자거품, M이론, 막 세계 우주론, 에크피로틱 우주, 인플레이션 우주론, 최초의 시간 등 참 난해하면서도 상상력을 폭발하게 만드는 재미난 주제들을 다룬다. 전부터 생각해온 것이지만, 각종 우주론을 생각해낸 과학자들은 소설가이자 천재일 것이다. 어떻게 이런 생각을 해낸 것인지 진짜 감탄만 나온다. 그것들에 비하면, 블랙홀은 이젠 아주 평범해 보일 정도다. 더군다나 이런 이론들이 단순한 상상이 아니라, 수학적인 근거를 가진 것들이라니 더더욱 놀랍기만 하다.

 

책 마지막에는 부록이 있는데, 이것도 볼만한 것들이 많다. 본문에서 가급적 자제한 모습을 보인, 물리학 공식들이 모아져 있다. 아인슈타인의 장 방정식이나 슈뢰딩거의 파동 방정식 같은 것들이 나오며, 공식이 의미하는 바를 좀 더 깊게 맛볼 수 있게 해 놓았다. 아울러 참고 문헌이나 추천 도서도 함께 담고 있어, 본문 중 모르거나 관심이 있는 부분을 더욱더 파고들 수 있게 돕고 있다.

 

이렇듯 '과학 오디세이 유니버스: 우주.물질 그리고 시공간'에서는 최신의 과학 이야기를 복잡하지 않게 잘 설명하고 있다. 중간중간 내 지식의 한계로 이해를 잘 못하는 곳도 있었지만, 전체적으로 이해하는 데는 어려움이 없는 책이었다. 지루할 거 같은 과학 이야기지만, 전혀 그렇지 않았다. 내가 조물주가 되어 우주의 탄생의 순간을 지켜보게도 했고, 빛보다도 빠르게 달려서 우주 차원을 넘어 보기도 하고, 아주 미세한 존재가 되어 원자 사이를 누비게도 했다. 과학에 관심 있고, 우주의 신비를 조금이라도 체험해보고 싶다면, '과학 오디세이 유니버스: 우주.물질 그리고 시공간'이 좋은 여행지가 될 것이다.

 

1장 표지 뒤에는 '차이나타운에서 길 찾기도 힘든 판에 우주가 무엇인지 알려는 사람들이 있다니 놀랍다'라는 우디 앨런의 말이 있는데, 그만큼 우주가 재미있다고 말해주고 싶다. 이만한 놀이동산도 없는 듯.

세상 모든 것이 궁금한 과학자의 지적 여정

우주란 무엇인가 세상은 왜 존재하고 나는 어디에서 왔는가 철학적인 물음으로 접근해 온게 사실인데 과학기술의 빠른 발달로 우리가 상상할 수도 없었던 내용들을 알게 되면서 경이롭다라고 말할 수 밖에 없는데 이번에 만나게 된 과학 오디세이 유니버스를 통해서 물리학, 천문학, 우주과학, 생물학, 고고학등 여러 과학분야의 다양한 이야기를 만나볼 수 있는데 우주.물질.시공간의 쌍둥이 책인 인간.생명.마음에 대해서도 관심을 가지게 되네요.

1979년 노벨 물리학상을 수상한 하버드대학의 스티븐 와인버그는 [최초의 3분]에서 다음과 같은 말을 남겼다고 해요.

우주가 무엇인지 이해하려는 노력은 인간의 삶을 단막의 희극 수준에서 조금 더 높은 단계로 끌어 올려줄 수 있는 몇 안되는 일 중의 하나이며, 그런 노력은 우리의 삶에 비극의 우아함을 안겨준다. (p15)

우주와 인간의 근원에 대해서 진지하게 생각해 보면서 우리는 왜 어디에서 왔는지 왜 여기에 있는지 비극의 우아함을 생각해 보는 시간을 가져봐도 좋겠어요.

과학 오디세이 유니버스는 우주는 어떤 모습을 하고 있을까?/ 물질은 어떻게 구성되어 있는가?/ 세상은 왜 있을까? 총3장으로 구성되었고 부록으로 아인슈타인의 장 방정식과 프리드먼의 방정식과 음의 압력등 풀이가 자세히 나와있고 참고문헌과 추천 도서목록등도 함께 실려있어 참고해 볼 수 있어요.

태양계 가족 구성원과 태양계를 벗어난 항성들 지구에서 가장 가까운 세 별 프록시마 센타우리와 알파AB, 베타 센타우리는 그림자료로 만나볼 수 있어요. 우리은하의 구조에 대해서도 자세히 살펴볼 수 있어요. 우주가 빅뱅이론으로 시작해서 끊임없이 팽창하고 있다는 빅뱅이론의 창시자가 조르쥬 르메트르라고 하는데 허블보다 우주팽창을 먼저 예측했다고 해요. 빅뱅이론과 정상상태 우주로 팽팽하게 맞섰던 두 우주론에 대해서도 흥미롭게 볼 수 있었어요.

물질이 어떻게 구성되었는지 양자이론, 블랙홀, 끈 이론등 어렵게만 느껴졌던 과학을 쉽게 접근하고 이해할 수 있도록 예시를 들어 자세히 설명해 주네요. 우주와 물질 시간과 공간의 본질에 대해 알아보면서 삶의 의미에 대해 깊이 생각해 볼 수 있는 시간을 가질 수 있어 유익하게 볼 수 있었어요.

 

"MID출판사로부터 제공받은 도서를 읽고 작성되었습니다"