크레마클럽

우주에 대한 지식을 좀 쌓아보자고 골랐는데 읽으면서 나라는 존재의 의미와 가치에 대해 돌아보는 성찰의 기회까지 부여받은 책이 되었다. 몰랐던 부분, 어렴풋이 알던 사항에 대해서는 한 단계 올라선 앎을 구비할 수 있었고 확장되는 인류 전체의 지식이 인간에게 던지는 일종의 메시지를 보게 되었다.

책은 네 부분으로 나뉘어져 우주관의 변모와 빅뱅우주론의 형성 및 별과 인간이 탄생한 과정, 외계생명체의 존재 가능성에 대해 설명한다.

  첫 번째 부분에서는 인간이 이해했던 우주관이 어떻게 변화했으며 점점 정밀해지는 관측을 통해 태양계를 훌쩍 뛰어넘는 크기의 우주를 발견하는 일련의 과정을 간략하지만 일목요연하게 소개한다.

  책은 플라톤의 우주관으로부터 출발한다. 완벽한 질서를 자연의 본질로 파악한 플라톤은 지구를 중심으로 모든 천체가 움직이는 천동설을 정립―책의 내용만으로는 이게 플라톤이 정립한 것인지 이전부터 확립된 지식을 정리한 것인지 알기 어렵다―한다. 그가 이데아의 세계와 감각의 세계로 구분한 이원론의 세계관은 인류사에 엄청난 영향을 끼쳤는데 우주에 대한 생각에도 플라톤의 이해가 영향을 미쳤다. 아직 과학의 발견이 부족했던 시대에는 지동설이 그 시대의 사람들에게 경험적으로도 받아들이기 힘든 사실이기도 했다. 인간을 중심으로 한 세상 해석은 천동설을 진실로 만들기 위한 여러 노력의 기반 위에 행성의 움직임을 이해하게 만들었지만 모순을 피할 수 없었다.

  르네상스 시기에 이르러 코페르니쿠스의 발견이 이루어진다. 케플러는 완벽한 원 궤도에 의해 행성이 움직이지 않고 타원궤도를 따라 움직인다는 사실을 발견하였으며 망원경의 발명은 지동설의 승리를 확정하는 계기가 되어 코페르니쿠스 혁명을 완성한다. 이후 이어지는, 우주 크기에 대한 천문학의 발견은 간결하지만 엄청나다. 현재 관측 가능한 우주의 크기는 465억 광년에 달하며 은하의 수만 약 2조개에 달한다고 한다. 코페르니쿠스의 혁명은 인간이 우주의 중심에서 가장자리로 밀려나는 과정이었다고 할 수 있다(P.70).

＊ 이토록 광대한 우주라니 놀라움을 금치 못하겠다.

  여러분은 우주가 어떤 상태라고 생각하는가? 지동설이 등장한 이후 과학자들은 우주가 무한하며 정적이며 영원하다고 믿었다. 책의 두 번째 부분은 이런 이해를 깨트리는 빅뱅 우주론을 설명한다. 아인슈타인의 일반상대성이론에 이르러서도 여전히 우주를 정적이라고 이해하고 있었다. 하지만 이후의 발견은 이런 이해를 뛰어넘는다.

  여성학자인 페인을 통해 우주를 구성하는 주된 물질이 수소와 헬륨이라는 사실이 밝혀지고 수소 핵융합이 별의 에너지원임이 확인된다. 거듭된 연구로 초기 우주의 모습은 쿼크와 전자가 빠른 속도로 떠돌아다니는 원시 수프―원시 수프란 말은 이전에 들은 바가 있었는데 무엇을 말하는지 처음 알게 되었다― 상태였음이 밝혀진다. 1948년, 가모프와 알퍼에 의해 우주에 존재하는 모든 원소가 5분이라는 짧은 시간 안에 만들어졌다는 빅뱅우주론이 탄생한다. 여타의 다른 이론들처럼 빅뱅우주론은 정상우주론의 도전을 받게 되지만 우주배경복사를 비롯하여 빅뱅이 남겨놓은 여러 증거가 발견됨에 따라 정설이 된다. 정상우주론은 우주가 처음부터 지금까지 또 앞으로도 똑 같은 모습을 지니고 있다는 주장이고 빅뱅우주론은 우주의 모습이 계속 변화한다는 주장이다.

  책의 세 번째 부분은 수소와 헬륨이 대부분이던 우주에 우리의 DNA를 구성하는 주요 원소들이 나타났는지 밝힌다. 인간은 구현할 수 없는 우주의 연금술에 의해 탄소 등의 각종 원소들이 탄생하는 모습은 글자로 표기된 바는 무미無味하지만 그 안에 담긴 의미는 감탄을 자아내게 한다. 정상우주론으로 빅뱅우주론에 맞섰던 호일이 탄소의 기원을 밝혔다는 점은 일종의 아이러니다.

  결국 우리의 몸과 피를 형성한 원소들은 모두 과거의 어느 시점에 별 속에서 생성되었음을 이런 발견들에 의해 알 수 있다. 우리 모두에게는 빅뱅과 별과 물질의 순환을 통해 이루어진 전 우주의 장엄한 역사가 새겨져 있다(P.200).

  책의 마지막인 네 번째 부분에서는 어떻게 지구에 생명체가 탄생하게 되었는지에 대한 가설을 보여주고 외계 생명체의 존재 가능성을 짚어본다. 행성을 탄생시키는 성간먼지의 표면에서 각종 원소들이 합성하고 물 분자 또한 만든다. 45억 년 전에 만들어진 지구에는 아직 물이 없었지만 그로부터 7~8억 동안 지구로 접근한 수많은 소행성과 혜성과의 충돌하면서 이들이 품고 있던 성간얼음, 물 분자 등이 지구에 액체 상태의 물을 공급했음은 거의 분명한 사실로 여겨지고 있다고 한다. 

  생명과 별을 형성하는 원소가 우주 어디에나 존재하며 물 역시 별에 존재한다. 확률적으로 넓디넓은 우주 공간에 생명체를 품은 행성이 지구만은 아니리라고 추정할 수 있다. 인간과 같은 고등 생명체가 아니더라도 진화를 거듭하는 생명체를 품고 있을 외계 행성의 존재 가능성에 대해 글쓴이는 높은 점수를 준다. 지구와 유사한 조건을 지닌 행성도 발견되고 있다. 나 역시 아직 발견되지 않았을 뿐 그럴 수도 있음을 부정하게 되지 않는다. 다만 칼 세이건이 말한 바와 같이 생명체가 존재하는, 특히 인간과 같은 생명체가 존재하는 행성은 이제까지 우리가 알기로는 창백한 푸른 점인 지구밖에 없다. 미래에 어떤 일이 일어나든 인간에게는 유일무이한 지구가 오랫동안 망가지지 않도록 보존해야 할 책임이 있다. 인간이 망그러트리는 지구의 모습이 안타깝고 미래는 불안하다.

좋은 책임에도 불구하고 문외한에게는 마냥 쉽지만은 않은 책이다. 쉽게 쓰려했음은 충분히 느낄 수 있지만 용어를 비롯해서 전문성이 수반되어야 하는 일부 내용은 어렵다. 그런데 그런 부분은 그런가 보다 하고 그냥 넘어가도 된다. 모든 부분을 다 이해하면 좋겠지만 그렇게 읽어도 글쓴이가 전달하고자 한 바를 이해하는 데에는 큰 문제가 없다. 때로는 내용을 이해하기 위해 다른 자료를 좀 더 찾아보는 노력을 하게 되는데 이 과정은 즐거웠다. 그리고 많이 배웠다.

  내가 어떤 존재인지 돌아보게 한, 의미 있는 읽기였다. 나는 또 우리는 우주의 먼지로부터 와서 우주의 먼지로 돌아가는 순환의 고리 안에 있음을 과학이 증명한다. 신이 제시한 정언 명령으로서가 아니라 우주의 구조가 그렇게 되도록 한다. 우주가 궁금하신 분이라면 읽어보기를 권한다. 입문서로서의 가치가 넘친다. 존재의 의미를 들춰보고 싶은 분 역시 읽어보기를 권한다. 우리는 어디에서 왔고 어디로 갈 것인지에 대해 차원이 다른 생각을 하게 될지도 모르겠다. 내 몸에는 138억 광년이 간직되어 있다. 그리고 같은 우주를 간직한 사람들이 서로를 타자화하는 작금의 현실이 타개되는 시점이 오기를 기다린다.

 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.

 도시에서 밤하늘의 별을 보기란 좀처럼 쉬운 일이 아니다. 하지만 밤하늘, 즉 우주는 여전히 우리에게 여러모로 의미있는 공간이기에 그저 바라보는 것만으로도 경이로움을 느낄 때가 많다. 과학의 발달로 인하여 그동안 미지의 영역이었던 우주의 실체가 점점 드러나고 있음에도 불구하고 그와 별개로 우리는 우주를 여전히 무한한 상상력의 공간으로 바라보게 된다. 심지어 인류 역사에서 이 미지의 공간은 경외의 대상으로서 신과 진리는 물론 사랑과 같이 인간에게 의미있는 것들의 상징이기도 하였다. '서가명강(서울대 가지 않아도 들을 수 있는 명강의)' 시리즈의 9번째 주제는 바로 이 우주인데, [우리는 모두 별에서 왔다]라는 책의 제목은 단순히 이 책이 그저 우주에 대한 과학적인 내용만을 다루고 있지 않다라는 생각을 갖기에 충분해 보인다.

 오늘날 우주의 신비함을 과학적으로 설명하기 위하여 온갖 첨단장비가 활용되고 있다는 점을 떠올려 본다면 과학사의 시작점이라 할 수 있는 그리스의 고대철학에서 우주에 대한 관심을 가지고 있었다는 점은 시사하는 바가 크다 할 수 있다. 별다른 장비도 없이 맨눈으로 밤하늘을 바라보면서 그들은 왜 그토록 우주에 집착한 것일까? 그 미지의 영역에 나름의 질서를 부여하기 위한 고대철학자의 노력들은 우주에 대한 설명이 단순히 과학으로만 이루어질 수 없음을 보여주고 있다는 생각이 든다. 꽤 철학적인 의미를 포함하고 있는 듯한 [우리는 모두 별에서 왔다]라는 책의 제목도 그런 연유에서 비롯된 것이 아닐까 생각된다.

 지구를 중심으로 천구에 이르기까지의 모든 질서를 만들어낸 플라톤과 천동설을 강력히 주장한 프톨레마이오스를 보면 이 책의 저자가 말한 것처럼 고대인들은 확실히 세상이 생기로 가득하다고 믿었던 것 같다. 그 생기의 중심을 지구로 고정하면서 그에 따른 다양한 오류를 수정하기 위하여 새로운 이론들을 만들어내면서 마치 누더기처럼 되어버린 그러한 고대인의 생각은 꽤 오랜 기간 지속되었다. 그러나, 코페르니쿠스와 갈릴레이와 함께 이러한 우주에 대한 기존의 관념은 흔들리게 되었고, 나중에는 아예 뒤집혀 버렸다. 그럼에도 불구하고 우주는 여전히 인간이 쉽게 규정지을 수 있는 공간은 아니었다. 질서와 안정성이라는 의미를 부여하려는 과학자들에게 우주의 불안정성은 내심 불편하게 느껴졌다. 1916년 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발표하면서 중력은 시공간이 만든 힘이라는 사실을 공개하였고, 실제 태양을 중심으로 형성된 시공간을 따라 별빛이 휘어지는 현상을 통하여 그것이 증명되기까지 하였다. 그럼에도 불구하고 아인슈타인 역시 우주의 불안정성을 극복하기 위하여 훗날 자신이 실수를 저질렀다고 개탄했던 우주상수를 도입하여 정적이고 영원한 우주의 개념을 유지하고자 하였으니 그 역시 선뜻 우주의 불안정성과 확장에 대해서 인정하기 어려웠던 것이다.

 그러나, 조르주 르메트르는 팽창하는 우주 모델을 독자적으로 발견하였으며, 허블 역시 관측을 통하여 우주의 공간이 점점 멀어진다는 것으로부터 우주가 팽창한다는 결론을 얻었다. 빛의 파장이 공간과 함께 늘어나서 적색 편이가 발생하였기 때문이다. 흔히 허블상수로 알려진 558km/s Mpc(Mpc : 지구에서 은하 사이의 거리를 광년으로 나타내는 단위, 1Mpc는 약 330만 광년)는 지구에서 330만 광년 떨어진 은하가 초당 558km로 지구에서 멀어지고 있음을 의미한다. (최근의 연구 결과 이 값은 558이 아닌 68로 수정됨) 결과적으로 우주가 변함이 없다는 기존의 통념은 무너지면서 우주가 팽창을 통하여 지속적으로 확장하고 있음을 보여준다. 우주에 대한 고대와 현대의 시각 차이는 완전히 뒤바뀌었는데, 저자는 이를 다음과 같이 표현하면서 우주의 기원에 대한 의문으로 우리를 이끌게 된다.

 우주의 탄생과 관련하여 우리는 '빅뱅이론'을 먼저 떠올릴 수 있을 것이다. '빅뱅'이라는 표현이 과학은 물론 다양한 상황에 대한 표현으로 자주 언급되다보니 그리 낯선 용어는 아니지만, 이 이론의 실체는 보통의 시선에서는 낯설게 느껴진다. 아닌게 아니라 이 이론은 기존의 물리학은 물론 새롭게 등장한 양자역학을 통하여 탄생되었는데, 우주의 모든 곳에서 빅뱅이 동시에 일어나서 시공간과 물질이 만들어졌으며, 빅뱅으로부터 탄생한 우주는 꾸준히 팽창해서 현재에 이르게 되었다는 이론은 받아들이는 것 자체가 쉽지 않았다. 우주는 성장하고 팽창하지만 공간 사이에 새로운 물질이 창조되어 변하면서도 전체적으로 변하지 않는 것처럼 보인다는 '정상 우주 모델'의 공격을 받았지만, 원시 원자핵의 합성이 단 5분 만에 이루어지면서 수소와 헬륨이 만들어졌고, 이들 물질에 의하여 별이 탄생되고 또 폭발하는 과정에서 오늘날의 우주가 형성되었다는 '빅뱅이론'은 이제 가설이 아닌 정설로 자리하게 된다. 바로 우주 배경 복사가 전파망원경으로 관측이 되었기 때문이다.

 또한 '정상 우주 모델'을 주장하면서 '빅뱅이론'을 공격하던 호일이 최초 수소와 헬륨으로 탄생된 1세대 별이 폭발하면서 탄소를 우주 공간으로 퍼뜨리고, 2세대 별은 탄생부터 탄소를 포함하고 있어서 폭발하면서 탄소보다 더 무거운 원소를 생성하였고, 이후 세대를 거듭할수록 무거운 원자핵의 합성이 일어난다고 주장하면서 오히려 '빅뱅이론'의 완성에 기여했다. 애초 원시 원자핵의 상태에서 오늘날 우주는 물론 우리 인간을 포함한 생명체를 구성하는 탄소와 질소, 인과 같은 다양한 물질들의 규명이 쉽지 않았지만, 호일의 이론처럼 원소들이 융합의 과정을 통하여 수소와 헬륨은 물론 탄소와 나트륨, 산소와 철에 이르는 다양한 물질들이 우주 곳곳으로 퍼져나갔음이 다양한 관측과 실험을 통하여 확인된 것이다. 심지어 성간먼지와의 반응을 통하여 물을 생성하고 여기에서 추가적인 반응을 통하여 단백질과 같은 유기물질도 만들어졌으니 생명체의 출현은 곧 우주의 탄생과 밀접한 관련이 있음을 깨닫게 된다. [우리는 모두 별에서 왔다]라는 철학적인 뉘앙스의 제목이 과학으로 변화되는 순간이다.

 우리 몸속의 산소를 운반하는 헤모글로빈의 구성 요소인 철(Fe)이 바로 무거운 별의 폭발과 함께 생성되었고, 이것들이 지구를 형성하는 과정에 포함되었으니 우리가 우주먼지로부터 생겨났다는 이야기는 결코 과장이 아니다. 심지어 수십억 년 이후에 지구가 수명을 다한 뒤 폭발한다면 우리 역시 새로운 우주와 별을 창조하는 데 기여하고 있으니 이 지극히 과학적인 사실이 '공수레 공수거'와 같은 철학적인 메세지와 크게 다르지 않다는 점 역시 누구나 납득할 수 있지 않을까?

 우주와 더불어 빠질 수 없는 외계인에 대한 내용 역시 흥미롭다. 아직 정확히 그 실체가 밝혀지지 않았으니 과학의 입장에서 외계인을 정확히 규정할 수는 없다. 그렇기 때문에 이 부분에 대해서는 '~일 것이다.'와 같은 서술이 대부분을 차지한다. 과학에서도 외계인을 이렇게 짐작과 확률적으로 설명하는 한계를 보이고 있으니 그 미지의 존재에 대한 보통 사람들의 기대와 두려움은 분명 당연한 것이다. 아직 인간은 직접 우주로 나아가서 외계인의 존재를 발견할 수 있는 기술이 없다. 그렇다면 만약 UFO라 명명된 외계인의 우주선은 이들이 우리보다 분명 기술적으로 진보한 종족이라 할 수 있을 것이다. 저자는 여기에 더하여 꽤 흥미로운 생각을 우리에게 전한다. 그러한 뛰어난 기술에 있음에도 불구하고 아직까지 지구에 별다른 피해를 끼치지 않았다는 점을 보면 그들은 성숙된 문명을 지닌 존재로 봐야 할 것이니 이들의 만남에 두려워할 필요는 없다는 것으로 말이다. 비록 과학적으로 확인된 바는 없지만, 과학의 출발이 바로 인간의 철학에서 비롯되었다는 점을 감안한다면 규명되지 않은 부분을 철학적으로 유추하는 것도 가능하지 않을까?

 서울대학교의 '인간과 우주'라는 교양 과목을 압축하여 쓰여졌으니 '서가명강' 시리즈의 타이틀에 정말 잘 부합되는 이 책은 최근 과학과 인문학의 통섭이라는 물결과도 잘 어울리는 책이다. 천동설과 같이 오늘날 잘못된 이론으로 밝혀진 것에서 출발하고 있지만, 그 시작이 고대 철학이고 또한 아직 규명되지 않은 것에 대한 가설에도 그러한 철학적인 사유가 포함될 수 있음을 함께 다루고 있기 때문이다. 무엇보다 각 내용의 말미에 저자의 우주에 대한 철학적인 의문이 등장하면서 차근차근 우주의 진실에 다가가는 여정 역시 통섭의 일면을 잘 보여주고 있다.

 한권의 책으로 우주에 대한 핵심을 모두 담아내기란 쉽지 않고, 또 그것을 누구나 이해하기 쉽게 쓰기란 더더운 어려운 일이다. 이 책의 모든 내용이 누구에게라도 쉽다고는 확신할 수 없지만, 적어도 우주에 대한 흥미와 관심을 일깨우기에는 충분하다는 점은 아마 부정할 수 없을 것이다. 또한 우주라는 공간에 대하여 여전히 규명되지 않은 부분이 많기 때문에 저자와 마찬가지로 나름의 의문과 생각을 더할 수 있다는 점 역시 이 책이 우리에게 주는 매력이라 할 수 있을 것이다.

리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.

우주에 대해 안다고 할 수 있을까? 아래 문장에서 보듯이 지금까지 나는 보지 못하고 듣지 못하고 경험하지 못한 것에 대해서 알아보고 싶은 생각이 없었다. 그런데 요즘 들어 과학에 관한 책을 읽고 난 후 관심이 생겼다. 세상 모든 일이 수학과 과학에서 밝혀놓은 이론과 법칙에 따라 돌아가고 있다는 것을 점차 깨닫고 있기 때문이다.

인간은 경험하지 못한 일을 받아들이는 일에 상당히 보수적인 태도를 지닌다.

플라톤은 세계를 이데아의 세계(모든 사물의 원인이자 본질)와 감각의 세계(본질의 그림자에 불과)로 나누었다. 이데아의 세계는 영원불변하고 완벽한 것이고, 감각의 세계 즉 운동하는 것은 다시 말해 변하는 것은 참된 의미에서 존재하는 것이 아닌 것으로 인식했다. 그리고 진리는 아름다운 것, 아름다운 것이 진리로 '원'이 가장 아름다운 것으로 생각했다.

영원한 것, 완벽한 것만이 존재라는 단어에 상응할 가치가 있었다.

우주는 신에 속한 영역이기에 완벽한 질서를 따르고 있다는 믿음이 '원'에 담겨이썼다.

그러나 생각속의 논리가 아닌 새로운 경험적 발견을 통해 지동설에 무게를 실어주었다.  하지만 그 발견은 우주의 중심이 지구라고 생각했던 것을 가차없이 박살내버렸다. 그럼에도 불구하고 신의 권능을 믿지 않은 것은 아니어서 처음 지동설을 주장한 코페르니쿠스조차 "전능하신 하나님의 작품은 의심의 여지 없이 광대하도다" 라고 했다.

세계는 우리를 중심으로 돌아가고 있지도 않았다. 지구는 신의 보살핌을 받는 에덴동산이 아닌 차디찬 암흑의 공간을 떠도는 외톨이였다. 우리 옆에는 아무도 없다.그 누구도 우리를 보호해주지 못한다.

코페르니쿠스의 혁명은 인간이 우주의 중심에서 가장자리로 밀려나는과정이었다고 할 수 있다. 천문학의 발달과정은 사실상 인간 굴욕의 역사였다. 인간은 에덴에서 쫓겨났다. 반짝이는 별들을 보면 낭만을 느낄 수도 있지만 광대하고 먹먹한 공간을 보며 두려움에 사로잡힌다 해도 전혀 이상하지 않다. 지구를 벗어나는 순간 인간은 순식간에 얼어버릴 것이다. 그곳은 죽음의 공간이다.

오늘날의 관점에서 우주란 수조개의 은하가 있는 반경이 465억 광년에 달하는 광대한 공간이다. 법칙이란 자연에서 발견되는 규칙적인 현상을 이론은 이런 법칙이 어떤 방식으로 작동하는 지를 설명하는 것이기에 이론은 오히려 법칙을 포괄하는 개념이다.

뜨겁고 조밀한 점이었던 태초의 우주는 빅뱅을 통해 138억년이라는 긴 역사를 시작한다. 빅뱅은 우연적이고 단회적인 사건으로부터 우주와 지구, 생명이 탄생했음을 말해준다.

세상의 모든 변화는 비평형상태에서 일어난다. 반명 평형상태의 높은 엔트로피는 자발적 변화의 가능성이 없다는 뜻이며 안정된 상태라도도 말할 수 있다. 변화가 없다는 것은 생기를 잃는다는 뜻이기도 하다.

생명체가 살아 있는 이유는 끊임없이 광합성이나 음식섭취를 통해 외부로부터 에너지를 획득하여 스스로를 주변환경가 비평형상태로 유지하기 때문이다.

과학이 발전할 수 있는 진정한 이유 또한 과학자의 말이 항상 옳기 때문이 아니다. 무엇이 틀렸고 무엇을 모르고 있는 지를 끊임없이 탐구하기 때문이다.

과학의 발전에 큰 기여를 했음에도 그에 걸맞는 인정을 받지 못한 무명의 과학자들은 사실 수없이 많다. 여러 과학의 이야기는 거인들의 영웅담 위주로 진행되지만 이는 오직 이야기 전개의 편의를 위한 것일 뿐임을 기억할 필요가 있다. 과학발전의 토양은 지금도 세계 곳곳에서 묵묵히 진행되면서 많은 경우 그저 잊혀가는 풀뿌리 연구에 있다.

빅뱅은 우리의 미래에 관해서도 새로운 관점을 준다. 아주 먼 미래의 우주의 모습은 어떨까? 현재까지 밝혀진 바에 따르면 우주는 계속 팽창하고 생명도 지구도 별도 은하도 모두 생기를 잃고 죽어갈 것이며 결국 빛이 없는 암흑의 공간이 될 것이다. 이렇게 일시적으로 생겼다가 나중에는 허무하게 죽어갈 우주에서 우리는 과연 어떤 의미를 찾을 수 있단 말인가

우리 모두에게는 빅뱅과 별과 물질의 순환을 통해 이루어진 전 우주의 장엄한 역사가 새겨져 있다. 그러니 만약 하늘의 별에 관해 알기 원한다면 저 하늘을 보기 전에 먼저 거울 앞에 선 우리 자신을 바라보는 시간을 갖는 것도 나쁘지 않을 것이다.

우주는 물리법칙의 지배를 받고 있지만 그렇다고 변하지 않는 것은 아니다. 우리는 빅뱅 이후 지금 이 순간까지 끊임없이 진화해왔다. 우주에는 역사가 있다.

제대로 된 리뷰를 쓰기는 역부족이다. 빅뱅, 중력, 만유인력, 일반상대성이론, 특수상대성이론, 전자, 원자, 원자핵, 이온화, 수소와 헬륨(탄소, 산소, 규소, 철, 금, 은 남, 우라늄) , 에너지와 질량의 등가원리, 플라스마,

하지만 이 책을 읽고 명백하게 깨우쳤다.

우리는 각자 개별적으로 소중하고 무명의 과학자들에게 고마워해야 한다고.

138억광년전 빅뱅으로 생겨난 우주, 그 우주안에서 살아가고 있는 우리들은 138억광년의 역사를 새긴 별들과 같이 소중한 존재라는 것을, 이름 없는 수많은 사람들이 있어 과학의 발전이 있었고 우주를 지구를 인간을 알 수 있었다는 것을.

리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다. 

우리는 모두 별에서 왔다

윤성철

21세기북스/2020.1.29.

우리는 어디에서 왔는가? 다윈의 진화론을 믿는 사람들에게 이 문제는 원초적인 물음일 수밖에 없다. ＜우리는 모두 별에서 왔다＞에서는 인류의 발생과 함께 궁금하게 여겨왔던 우주에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 차분히 설명한다. 저자는 서울대학교 천문학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사, 네덜란드 위트레흐트대학에서 항성 진화 이론으로 박사학위를 받았다. 서울대학교 물리천문학부 교수로 재직하고 있으며, ＜과학하고 앉아있네 5: 윤성철의 마지막 모습, 초신성＞(공저), ＜빛: 렉처 사이언스 KOAS＞(공저)의 저서가 있다.

＜우리는 모두 별에서 왔다＞는 서울대학교 교양과목인 ＜인간과 우주＞ 수업의 내용을 4회로 압축해 진행한 ＜서가명강＞강연에 근거한 것이라고 한다. 1부 코페르니쿠스 혁명, 인간은 왜 우주의 미아가 되었는가. 2부 빅뱅, 우주는 어떻게 시작되었는가. 3부 별과 인간, 우리는 어떻게 만들어졌는가. 4부 외계 생명과 인공지능, 인류는 어디로 갈 것인가. 등이다. 책의 내용을 천문학에 입문하고 싶지만 어디에서부터 시작해야 할지 모르는 사람들에게 도움이 되는 방식으로 구성했다고 한다. 이 세상의 거의 모든 사물은 전파, 적외선, 자외선 등 여러 파장에서 스스로 빛을 내고 있다는 것이 이 책의 내용을 이해하는데 도움이 될 것이다. 천체의 탄생부터 지구의 생성 그리고 생물의 발생과 인류의 진화까지, 그리고 태양계와 은하계 및 대우주와 빅뱅 이론까지 천문학의 발달과정과 그 의미를 간단히 정리하고 있는 책이다.

“기원전 270년경에 이미 지구와 달 사이의 거리, 지구와 태양 사이의 거리, 지구의 부피, 그리고 태양과 달의 크기를 구한 바 있는 아리스타르쿠스는 지동설을 주장한 대표적인 학자였다.(p.31)” 이렇게 오래 전부터 시작한 천문학연구는 현재 관측 가능한 우주의 크기인 반경 약 465억 광년에 존재하는 은하들은 약 2조 개에 이를 것으로 추산된다. 은하 하나에 평균적으로 수천억 개의 별이 있으니, 우주 전체에 존재하는 별의 개수는 적어도 10²³개 이상인 셈이라고 저자는 말한다.

“2019년 기준 천문학자들이 추정한 우주의 나이는 138억년이다. 이는 현대의 지질학자들이 추정한 지구의 나이 46억 년보다 훨씬 더 긴 시간이다.(p.102)” 이렇게 형성된 우주에 있는 별들의 구성성분은 별빛의 스펙트럼 분석을 통해 알 수 있다. 태양의 주된 구성 성분으로 알려진 수소의 스펙트럼은 비교적 단순한 형태를 띠고 있다. 그러나 태양에는 철, 마그네슘, 칼슘 등과 같은 중원소들이 다양하게 분포하고 있기에 지저분해 보이는 흡수선들이 생기게 된다. 화산에서 분출된 뜨거운 용암의 스펙트럼 역시 태양의 스펙트럼처럼 복잡하다. 용암 속에 수많은 중금속들이 있기 때문이다. 그렇기에 사람들은 태양을 구성하는 물질이 지구를 구성하는 물질과 다르지 않다고 생각했다.

“별 내부 혹은 빅뱅의 순간의 온도는 지상에 비해 매우 높고 이때 물질은 지상에서는 보기 힘든 새로운 상태에 도달하는데 이를 흔히 플라스마(plasma)라고 부른다. 원자는 원자핵과 그 주변의 전자들로 구성되어 있는데, 온도가 충분히 높으면 원자핵과 전자가 더 이상 묶여 있지 못하고 완전히 분리되고 만다. 플라스마란 이렇게 모든 원자가 완전히 이온화된 기체를 뜻한다.(p.130)” 온도가 높았을 때 원자핵과 전자는 둘 사이에 작용하는 전자기력에 거의 구애받지 않고 자유롭게 움직일 수 있다. 그러나 온도가 3000켈빈 이하로 떨어지면 더 이상 양성자와 전자가 분리된 상태로 머물지 못하고 서로 결합해 수소원자를 만든다. 자유전자가 이처럼 사라지면 빛은 더 이상 전자와 상호작용을 할 수 없기에, 이때부터 빛과 물질은 따로 행동하기 시작한다. 물질에 갇혀 있던 빛이 자유롭게 우주 공간에 퍼져나가기 시작하는 것이다. 이 빛을 우주배경복사라 부른다.

“우주 역사의 시발점은 앞서 이야기한 빅뱅이었다. 태초에 뜨겁고 조밀한 점에서 시작했던 우주는 폭발 후 계속해서 팽창했고 이 과정에서 물질이 생겨났다. 빅뱅은 오늘날에도 편만하게 어디에나 존재하고 있는 우주배경복사를 흔적으로 남겨놓았다. 천문학자들은 성공적으로 우주배경복사를 관측했고 빅뱅은 우주론의 정설이 되었다.(p.155)” 뜨겁고 조밀했던 우주는 138억 년 전 빅뱅을 시작으로 팽창해 우주배경복사라는 흔적을 남겼고, 여기에서 발견된 10만 분의 1이라는 미세한 밀도의 요동은 중력 불안정의 씨앗이 되었다. 시간이 흘러 우주가 더욱 팽창하면서 중력이 영향으로 국부적으로 밀도가 높은 곳에는 더욱 많은 물질이 쌓이게 되었고 별과 은하가 만들어지기 시작한다. 이처럼 우주는 균일한 상태에서 불균일한 상태로 진화했다.

“현대 천문학은 별의 탄생과 진화, 죽음을 통해 별과 물질이 끊임없이 순환하는 역동적인 우주의 모습을 보여준다. 정상우주론과 차이가 있다면, 빅뱅우주론에서 설명하는 우주는 시간이 지나며 별과 물질의 반복적인 순환에 따라 탄소, 산소, 철 등 중원소들의 함량비가 점점 더 높아진다는 점이다.(p.182)” 우리의 핏속을 흐르는 철, DNA를 구성하는 원소들은 모두 과거 언젠가에 별 속에서 생성되었다. 별들의 먼지로 구성된 우리 몸은 별의 탄생, 별의 진화, 별의 죽음과 초신성 폭발의 과정을 기억하고 있다. 그 과정에서 지구와 같은 행성도 만들어졌고 인체를 구성하는 원소들이 지구에 마련되었다. 우리 모두 아주 먼 과거에는 별 속에 있었다.

“성간얼음과 성간먼지들은 별 형성 과정에서 서로 뭉쳐 소행성과 혜성이 된다. 혜성에는 태양계가 형성되던 시점에 성간얼음에서 합성된 다양한 분자들이 포함되어 있고, 그 안에는 많은 물 분자와 유기분자들이 존재한다.(p.223)” 지질학적인 증거 또한 지구가 형성된 이후 약 8억 년 동안 지구와 소행성 및 혜성 간의 충돌이 매우 격렬했음을 보여주고 있다. 액체 상태의 물이 지구에 존재하기 시작한 것 역시 지구가 태어난지 약 7-8억 년 이후였다. 태양계의 최외각부인 명왕성 바깥쪽에 있는 천체 집단 영역인 카이벨트와 그 외각을 둘러싸고 있는 오르트 구름에는 행성으로 성장하지 못한 수많은 소행성과 혜성들이 존재하고 있다. 이 중 오르트 구름에 있는 혜성의 개수는 추정되는 것만 해도 1조 개에 이른다고 한다.

“태양계가 형성된 이후 생명이 등장하기까지 적어도 약 10억 년의 시간이 필요했다. 인간이 등장하기까지는 그 이후로도 약 30억 년의 시간을 더 기다려야 했다. 다행히 태양은 앞으로도 약 50억 년 동안 지금처럼 수소 핵융합반응을 통해 안정적으로 밝게 빛나며 생명에 필요한 에너지를 공급해줄 것이다.(p.227)” 하지만 별의 질량이 태양보다 두 배만 무거워도 그 별은 14억 년밖에 살 수 없다. 그런 별 주면의 행성에서는 박테리아 같은 미생물은 존재할 수는 있을지 몰라도 지구에서처럼 생명의 진화를 통해 고등 생명이 등장할 정도의 시간은 허용되지 않을 것이다. 만약 질량이 태양의 10배라면 이마저도 1000만 년으로 줄어든다. 이 경우에는 박테리아와 같은 미생물의 등장조차 기대하기 힘들다고 한다. 이처럼 생명이 탄생하는 데에는 여러 가지 까다로운 조건이 충족 되었을 때야 가능해 진다고 한다. 그렇지만 대우주 안에는 그럴 가능성을 가진 행성이 무수히 많다고 한다.

“만일 지구를 방문하는 외계인이 그런 문명을 1000년 이상 지속해왔다면, 그 오랜 ‘시간’이 주는 무게에 걸맞은 성숙함을 갖추었으리라 기대해도 좋을 것이다. 우리가 그들과의 만남을 두려워할 이유가 있을까?(p.259)” 빅뱅의 궁극적인 원인이 무엇인지, 우리 우주가 아닌 또 다른 우주가 존재하는지, 우주의 궁극적인 실체는 무엇인지 등의 질문에 답하기 위해서는 도 얼마나 많은 시간이 필요할지 가늠하기 어렵다. 아마 인류가 생존하는 한 이런 과학적 질문은 결코 멈추지 않을 것이다. 새로운 발견은 항상 새로운 질문을 낳기 때문이라고 저자는 설명한다.

“지구의 자전축을 조석력을 통해 안정적으로 붙잡아주는 달은 45억 년 전 지구가 또 다른 행성과 충돌할 때 만들어진 파편들이 모여 형성되었다고 추측된다. 6,500만 년 전 공룡이 멸종하고 포유류가 번성하게 만든 계기였던 지구와 혜성의 충돌 역시 역사의 예측 불가능성을 보여주는 또 다른 사례다.(p.265)” 인간의 역사도 우주 역사의 일부이며 인간의 모든 활동은 이 한계를 시험하고 있는 과정이다. 앞에 놓인 여러 가지 중요한 갈림길에서 인간이 택하는 여러 가지 선택이 전에는 볼 수 없었던 새로운 현상으로 이어질 것이기 때문이다. 이렇게 천체와 우주의 기원부터 현재까지 밝혀진 과학적인 이론들을 이 책에서 소개하고 있다. 저자가 서문에서 밝혔듯이 천문학의 안내서 역할을 충분히 하고 있다. 그렇기에 천문학에 흥미를 느끼는 사람들에게 읽어볼 것을 권하고 싶은 책이다

우리는 모두 별에서 왔다

윤성철

21세기북스/2020.1.29.

sanbaram

우리는 어디에서 왔는가? 다윈의 진화론을 믿는 사람들에게 이 문제는 원초적인 물음일 수밖에 없다. ＜우리는 모두 별에서 왔다＞에서는 인류의 발생과 함께 궁금하게 여겨왔던 우주에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 차분히 설명한다. 저자는 서울대학교 천문학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사, 네덜란드 위트레흐트대학에서 항성 진화 이론으로 박사학위를 받았다. 서울대학교 물리천문학부 교수로 재직하고 있으며, ＜과학하고 앉아있네 5: 윤성철의 마지막 모습, 초신성＞(공저), ＜빛: 렉처 사이언스 KOAS＞(공저)의 저서가 있다.

＜우리는 모두 별에서 왔다＞는 서울대학교 교양과목인 ＜인간과 우주＞ 수업의 내용을 4회로 압축해 진행한 ＜서가명강＞강연에 근거한 것이라고 한다. 1부 코페르니쿠스 혁명, 인간은 왜 우주의 미아가 되었는가. 2부 빅뱅, 우주는 어떻게 시작되었는가. 3부 별과 인간, 우리는 어떻게 만들어졌는가. 4부 외계 생명과 인공지능, 인류는 어디로 갈 것인가. 등이다. 책의 내용을 천문학에 입문하고 싶지만 어디에서부터 시작해야 할지 모르는 사람들에게 도움이 되는 방식으로 구성했다고 한다. 이 세상의 거의 모든 사물은 전파, 적외선, 자외선 등 여러 파장에서 스스로 빛을 내고 있다는 것이 이 책의 내용을 이해하는데 도움이 될 것이다. 천체의 탄생부터 지구의 생성 그리고 생물의 발생과 인류의 진화까지, 그리고 태양계와 은하계 및 대우주와 빅뱅 이론까지 천문학의 발달과정과 그 의미를 간단히 정리하고 있는 책이다.

“기원전 270년경에 이미 지구와 달 사이의 거리, 지구와 태양 사이의 거리, 지구의 부피, 그리고 태양과 달의 크기를 구한 바 있는 아리스타르쿠스는 지동설을 주장한 대표적인 학자였다.(p.31)” 이렇게 오래 전부터 시작한 천문학연구는 현재 관측 가능한 우주의 크기인 반경 약 465억 광년에 존재하는 은하들은 약 2조 개에 이를 것으로 추산된다. 은하 하나에 평균적으로 수천억 개의 별이 있으니, 우주 전체에 존재하는 별의 개수는 적어도 10²³개 이상인 셈이라고 저자는 말한다.

“2019년 기준 천문학자들이 추정한 우주의 나이는 138억년이다. 이는 현대의 지질학자들이 추정한 지구의 나이 46억 년보다 훨씬 더 긴 시간이다.(p.102)” 이렇게 형성된 우주에 있는 별들의 구성성분은 별빛의 스펙트럼 분석을 통해 알 수 있다. 태양의 주된 구성 성분으로 알려진 수소의 스펙트럼은 비교적 단순한 형태를 띠고 있다. 그러나 태양에는 철, 마그네슘, 칼슘 등과 같은 중원소들이 다양하게 분포하고 있기에 지저분해 보이는 흡수선들이 생기게 된다. 화산에서 분출된 뜨거운 용암의 스펙트럼 역시 태양의 스펙트럼처럼 복잡하다. 용암 속에 수많은 중금속들이 있기 때문이다. 그렇기에 사람들은 태양을 구성하는 물질이 지구를 구성하는 물질과 다르지 않다고 생각했다.

“별 내부 혹은 빅뱅의 순간의 온도는 지상에 비해 매우 높고 이때 물질은 지상에서는 보기 힘든 새로운 상태에 도달하는데 이를 흔히 플라스마(plasma)라고 부른다. 원자는 원자핵과 그 주변의 전자들로 구성되어 있는데, 온도가 충분히 높으면 원자핵과 전자가 더 이상 묶여 있지 못하고 완전히 분리되고 만다. 플라스마란 이렇게 모든 원자가 완전히 이온화된 기체를 뜻한다.(p.130)” 온도가 높았을 때 원자핵과 전자는 둘 사이에 작용하는 전자기력에 거의 구애받지 않고 자유롭게 움직일 수 있다. 그러나 온도가 3000켈빈 이하로 떨어지면 더 이상 양성자와 전자가 분리된 상태로 머물지 못하고 서로 결합해 수소원자를 만든다. 자유전자가 이처럼 사라지면 빛은 더 이상 전자와 상호작용을 할 수 없기에, 이때부터 빛과 물질은 따로 행동하기 시작한다. 물질에 갇혀 있던 빛이 자유롭게 우주 공간에 퍼져나가기 시작하는 것이다. 이 빛을 우주배경복사라 부른다.

“우주 역사의 시발점은 앞서 이야기한 빅뱅이었다. 태초에 뜨겁고 조밀한 점에서 시작했던 우주는 폭발 후 계속해서 팽창했고 이 과정에서 물질이 생겨났다. 빅뱅은 오늘날에도 편만하게 어디에나 존재하고 있는 우주배경복사를 흔적으로 남겨놓았다. 천문학자들은 성공적으로 우주배경복사를 관측했고 빅뱅은 우주론의 정설이 되었다.(p.155)” 뜨겁고 조밀했던 우주는 138억 년 전 빅뱅을 시작으로 팽창해 우주배경복사라는 흔적을 남겼고, 여기에서 발견된 10만 분의 1이라는 미세한 밀도의 요동은 중력 불안정의 씨앗이 되었다. 시간이 흘러 우주가 더욱 팽창하면서 중력이 영향으로 국부적으로 밀도가 높은 곳에는 더욱 많은 물질이 쌓이게 되었고 별과 은하가 만들어지기 시작한다. 이처럼 우주는 균일한 상태에서 불균일한 상태로 진화했다.

“현대 천문학은 별의 탄생과 진화, 죽음을 통해 별과 물질이 끊임없이 순환하는 역동적인 우주의 모습을 보여준다. 정상우주론과 차이가 있다면, 빅뱅우주론에서 설명하는 우주는 시간이 지나며 별과 물질의 반복적인 순환에 따라 탄소, 산소, 철 등 중원소들의 함량비가 점점 더 높아진다는 점이다.(p.182)” 우리의 핏속을 흐르는 철, DNA를 구성하는 원소들은 모두 과거 언젠가에 별 속에서 생성되었다. 별들의 먼지로 구성된 우리 몸은 별의 탄생, 별의 진화, 별의 죽음과 초신성 폭발의 과정을 기억하고 있다. 그 과정에서 지구와 같은 행성도 만들어졌고 인체를 구성하는 원소들이 지구에 마련되었다. 우리 모두 아주 먼 과거에는 별 속에 있었다.

“성간얼음과 성간먼지들은 별 형성 과정에서 서로 뭉쳐 소행성과 혜성이 된다. 혜성에는 태양계가 형성되던 시점에 성간얼음에서 합성된 다양한 분자들이 포함되어 있고, 그 안에는 많은 물 분자와 유기분자들이 존재한다.(p.223)” 지질학적인 증거 또한 지구가 형성된 이후 약 8억 년 동안 지구와 소행성 및 혜성 간의 충돌이 매우 격렬했음을 보여주고 있다. 액체 상태의 물이 지구에 존재하기 시작한 것 역시 지구가 태어난지 약 7-8억 년 이후였다. 태양계의 최외각부인 명왕성 바깥쪽에 있는 천체 집단 영역인 카이벨트와 그 외각을 둘러싸고 있는 오르트 구름에는 행성으로 성장하지 못한 수많은 소행성과 혜성들이 존재하고 있다. 이 중 오르트 구름에 있는 혜성의 개수는 추정되는 것만 해도 1조 개에 이른다고 한다.

“태양계가 형성된 이후 생명이 등장하기까지 적어도 약 10억 년의 시간이 필요했다. 인간이 등장하기까지는 그 이후로도 약 30억 년의 시간을 더 기다려야 했다. 다행히 태양은 앞으로도 약 50억 년 동안 지금처럼 수소 핵융합반응을 통해 안정적으로 밝게 빛나며 생명에 필요한 에너지를 공급해줄 것이다.(p.227)” 하지만 별의 질량이 태양보다 두 배만 무거워도 그 별은 14억 년밖에 살 수 없다. 그런 별 주면의 행성에서는 박테리아 같은 미생물은 존재할 수는 있을지 몰라도 지구에서처럼 생명의 진화를 통해 고등 생명이 등장할 정도의 시간은 허용되지 않을 것이다. 만약 질량이 태양의 10배라면 이마저도 1000만 년으로 줄어든다. 이 경우에는 박테리아와 같은 미생물의 등장조차 기대하기 힘들다고 한다. 이처럼 생명이 탄생하는 데에는 여러 가지 까다로운 조건이 충족 되었을 때야 가능해 진다고 한다. 그렇지만 대우주 안에는 그럴 가능성을 가진 행성이 무수히 많다고 한다.

“만일 지구를 방문하는 외계인이 그런 문명을 1000년 이상 지속해왔다면, 그 오랜 ‘시간’이 주는 무게에 걸맞은 성숙함을 갖추었으리라 기대해도 좋을 것이다. 우리가 그들과의 만남을 두려워할 이유가 있을까?(p.259)” 빅뱅의 궁극적인 원인이 무엇인지, 우리 우주가 아닌 또 다른 우주가 존재하는지, 우주의 궁극적인 실체는 무엇인지 등의 질문에 답하기 위해서는 도 얼마나 많은 시간이 필요할지 가늠하기 어렵다. 아마 인류가 생존하는 한 이런 과학적 질문은 결코 멈추지 않을 것이다. 새로운 발견은 항상 새로운 질문을 낳기 때문이라고 저자는 설명한다.

“지구의 자전축을 조석력을 통해 안정적으로 붙잡아주는 달은 45억 년 전 지구가 또 다른 행성과 충돌할 때 만들어진 파편들이 모여 형성되었다고 추측된다. 6,500만 년 전 공룡이 멸종하고 포유류가 번성하게 만든 계기였던 지구와 혜성의 충돌 역시 역사의 예측 불가능성을 보여주는 또 다른 사례다.(p.265)” 인간의 역사도 우주 역사의 일부이며 인간의 모든 활동은 이 한계를 시험하고 있는 과정이다. 앞에 놓인 여러 가지 중요한 갈림길에서 인간이 택하는 여러 가지 선택이 전에는 볼 수 없었던 새로운 현상으로 이어질 것이기 때문이다. 이렇게 천체와 우주의 기원부터 현재까지 밝혀진 과학적인 이론들을 이 책에서 소개하고 있다. 저자가 서문에서 밝혔듯이 천문학의 안내서 역할을 충분히 하고 있다. 그렇기에 천문학에 흥미를 느끼는 사람들에게 읽어볼 것을 권하고 싶은 책이다.

(리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성된 리뷰입니다.)