현대 우주론을 만든 위대한 발견들

찰스 세이프 저자(글) · 안인희 번역

소소 · 2005년 12월 30일

책 소개

수상내역/미디어추천

• 전문기관 추천도서 > 세종도서 우수학술도서 > 2006년 선정

작가정보

저자(글) 찰스 세이프

지은이
찰스 세이프 Charles Seife
예일대학교에서 수학 전공으로 석사학위를 받은 저널리스트다. 《사이언스》에 글을 기고하고 있으며, 《뉴 사이언티시트》, 《사이언티픽 아메리칸》, 《이코노미스트》, 《와이어드》, 《더 사이언시스》 등 많은 잡지에 기고하고 있다. 그의 이전 책인 《제로: 위험한 생각의 일대기 Zero: The Biography of a Dangerous Idea》는 논픽션 부문 펜/마르타 알브랜드 상(PEN/Martha Albrand Award)을 받았으며, 《뉴욕 타임스》의 주목할 만한 책에 선정되었다. 현재 그는 워싱턴 D.C.에 살고 있다.

옮긴이
안인희
한국외국어대학교에서 독문학을 전공하고 독일 밤베르크대학에서 수학하였으며, 1990년 문학박사 학위를 취득하였다. 1995년 쉴러의 《인간의 미적 교육에 관한 편지》로 제2회 한독문학번역상을 수상하였다. 저서로는 《게르만 신화 바그너 히틀러》가 있으며, 번역서로는 《히틀러 평전》, 《이탈리아 르네상스의 문화》, 《광기와 우연의 역사》, 《중세로의 초대》, 《초콜릿 전쟁》, 《성 아우구스티누스》, 《히틀러 최후의 14일》, 《생명의 나무》 외 다수가 있다.

번역 안인희

목차

• 들어가는 말
  
  제1장. 첫 우주론
  제2장. 우주론의 첫 번째 혁명
  제3장. 두 번째 혁명
  제4장. 세 번째 혁명이 시작되다
  제5장. 천구들의 음악
  제6장. 어두운 우주
  제7장. 더욱 어두운
  제8장. 우리 뒤뜰의 빅뱅
  제9장. 좋은 뉴들
  제10장. 초대칭
  제11장. 보이지 않는 것을 보기
  제12장. 물리학의 가장 깊은 신비
  제13장. 시공간의 주름
  제14장. 세 번째 혁명을 넘어
  
  부록 A. 지친 빛이 은퇴했다
  부록 B. 물질은 어디에서 오는가?
  부록 C. 노벨 물리학상
  부록 D. 주목할 만한 실험들
  
  주
  용어 해설
  참고 문헌
  감사의 말
  찾아보기
  

출판사 서평

오늘 우리는 우주의 가장 깊은 비밀을 발견하려는 순간에 있다! 이 책은 현대의 우주론이 정립되기까지의 과정을 신화에서부터 최근의 빅 스플랫 이론까지 세 번의 혁명으로 나누어 다루고 있다. 첫 번째 혁명은 코페르니쿠스 혁명이다. 지구 중심 우주론에서 태양 중심 우주론으로 바꾼 이 혁명은, 시계태엽장치처럼 정확히 그리고 호두껍질처럼 견고하게 돌아가는 아리스토텔레스 우주론을 부수어버렸다. 두 번째는 허블의 혁명과 우주배경복사의 발견에 의해 일어났다. 이 두 번째 혁명으로 우주가 시작과 종말을 갖는다는 사실을 알게 되었다. 마지막으로 초신성에 의해 세 번째 우주론 혁명이 진행되고 있다. 이 혁명으로 우리는 우주가 어떻게 끝날지를 알게 되었다. 이 혁명 과정에서 우주가 빅뱅이 아닌 빅 스플랫에 의해 시작되었다는 주장이 등장했다. 이 이론에 의하면 우주가 평평한 막으로 되어있다고 보며, 한 점과 같은 빅뱅 대신에 막들이 크게 부딪쳐서 시작되었다고 본다. 우주 혁명의 최전방에서 전 세계 관측소와 연구소 소속 과학자들은 우주가 태어난 요람과 죽어 묻힐 무덤을 실제로 보고 있다. 은하계 사냥꾼, 우주배경복사 염탐꾼, 중력 이론가, 입자 가속기 연구자인 이들은 암흑물질, 암흑에너지, 그리고 입자 동물원에 살고 있는 거주자들의 흔적을 추적하고 있다. 그들의 발견은 인간게놈을 해독하는 성과를 넘어 과학 역사상 가장 위대한 승리가 될 것이다. 《제로: 위험한 생각의 일대기》와 이 책을 쓴 찰스 세이프는 과학 이론과 최신 이론을 명확한 언어로 설명하고 있다. 이 책을 쓴 찰스 세이프는 수학 교육을 받은 과학 저널리스트로서 《오리진》의 저자인 닐 디그래스 타이슨과 《코스모스》의 저자인 칼 세이건과 비교할 때, 이 책의 저자는 우주론에 낯선 일반인들과 동일한 높이의 시선에서 우주론을 탐색하고 있으며 그것을 쉽게 설명하고 있다. 또한 독자의 이해를 돕는 명확하고 상세한 그림들이 이 책의 강점이다. ■ 신화로 이해하는 우주론 문명의 새벽이 동 트기 전에도 사람들은 하늘을 바라보고 궁금하게 여겼다. 누가 저 하늘의 별들을 만들었을까? 우주는 어떻게 태어났을까? 끝나기도 할까? 만일 끝난다면 어떻게 끝날까? 이것은 가장 오래된 인류의 질문들이다. 천년들이 수없이 지나는 동안에 이 수수께끼에 답변할 유일한 방법은 신화를 통한 것뿐이었다. 하늘을 통해 천천히 구불구불 움직이는 행성들은 신들의 이름을 달고 있다. 붉은 마르스(화성)는 전투의 피로 흠씬 젖었고, 밝은 비너스(금성)는 이른 아침 사랑의 여신의 매력을 지니고 빛난다. 모든 문명권은 우주의 창조와 밤하늘의 별들을 설명하기 위해 각기 자신들의 신들을 동원한다. 그리고 종종 우주의 최종적인 파괴까지도 설명한다. 대체 누가 저 공간을 만들었을까? 문명권마다 이 물음에 대한 답이 달랐다. 민족들은 각기 창조의 이야기들을 만들었고, 그런 이야기는 신들이 어떻게 나타났으며, 그들이 어떻게 우주를 창조했는지를 들려주었다. 북유럽 사람들은 우주가 얼음에서 생겨났다고 생각했다. 서리가 거대한 불을 만나 녹으면서 거인 하나가 만들어 졌는데, 이 거인의 이름은 이미르였다. 최고신 오딘과 그의 형제들이 이미르를 죽이고 그 두개골을 가지고 둥근 지붕 하늘을 만들었다. 그런 다음 이미르의 살로 땅을 만들고, 그의 피로 바다들을 만들고, 그의 두뇌로 구름을 만들었다. 행성들을 하늘로 보내고, 빛나는 해와 달의 마차들이 둥근 지붕 하늘에서 서로의 뒤를 따라 달리게 하였다. 이들은 제각기 늑대의 추격을 받았다. [숨은설명:시작] [숨은설명:끝] 북아메리카 중앙부에 살던 포니 인디언은 옥수수가 만물의 어머니라고 여겼다. 어머니 옥수수가 인류에게 생명을 주었다. 인류는 포니 족이 먹고사는 옥수수처럼 땅에서 올라왔다. 우주의 창조에 대해서 다양한 이야기들이 있다. 하지만 그들 대부분은 동일한 사건에 초점을 맞춘다. 신들의 탄생, 하늘과 땅과 별들의 창조, 남자와 여자를 만드는 것. 이러한 요소들은 모든 종교의 기반을 이루고, 인류가 시간의 새벽 이후로 줄곧 물었던 근원적인 질문들에 답을 해 준다. ■ 세 번의 우주론 혁명 1. 코페르니쿠스에 의한 첫 번째 혁명 코페르니쿠스는 전문적인 천문학자가 아니라 의사였다. 당시의 의사들은 점성술 기술을 갖고 있어야 했다. 질병을 추론하고 신체의 체액 균형을 회복시키기 위해서였다. 하지만 코페르니쿠스가 점성술 차트를 준비하기 위해 프톨레마이오스의 도표를 이용하다 보니 그의 우주가 복잡하고 만족스럽지 못한 것임을 알았다. 이 의사는 생애의 많은 시간을 바쳐서 별들의 운동에 대해 더 명료하고 단순한 설명을 만들어내려고 애썼다. 그러나 그것은 힘든 일이었다. 프톨레마이오스 체계는 잘 알려진 다섯 개의 행성들, 즉 수성, 금성, 화성, 목성, 토성의 복잡하고 앞뒤로 오가는 운동을 잘 설명하고 있었다. 하늘의 태엽 장치가 원래 그렇게 복잡한 것처럼 보였다. 지구가 우주의 중심이라는 아리스토텔레스의 자연학 법칙을 따르는 그 어떤 체계도, 반드시 원 안에 있는 원들이라는 비잔틴 방식 복잡함을 동원해서만 행성들의 운동을 설명할 수 있었다. 코페르니쿠스는 과격한 해결책을 찾아냈다. 결국 그는 프톨레마이오스 체계가 부적절하게 지구를 우주의 중심에 놓음으로써 그토록 복잡해졌다는 것을 알았다. 지구 대신 태양을 중심에 놓고 행성들이 지구가 아니라 태양을 중심으로 돈다고 봄으로써, 코페르니쿠스는 행성들이 선회하는 주전원의 숫자를 80개에서 30개로 줄였다. 코페르니쿠스의 태양 중심 체계는 더 명료하고 단순했지만 완벽한 것은 아니었다. 프톨레마이오스의 지구 중심 체계가 행성들의 운동을 예측하는 데서는 더 정확했다. 과학자들이 예측의 질이라는 점을 기준으로 하나의 체계를 선택해야만 한다면, 고대 그리스의 태엽 장치가 폴란드 의사의 그것보다 훨씬 더 복잡해도 프톨레마이오스 체계를 선택했을 것이다. 그렇지만 코페르니쿠스 체계는 다가오는 폭풍우를 알리는 천둥 소리였다. 지구가 아니라 태양을 우주의 중심에 놓음으로써, 아리스토텔레스 우주론에 도전한 것이었다. 코페르니쿠스 우주론에서 지구는 다른 모든 행성들과 마찬가지로 하늘에 떠 있다. 만일 지구가 하늘에 떠 있는 것이라면 흙과 물이 우주의 중심으로서 아래로 가라앉는다는 생각 자체가 맞지 않는 것이 된다. 하지만 코페르니쿠스의 시대에 태양 중심 체계는 아직 완벽한 것이 아니었고 교회는 그것이 드러내는 위험의 냄새를 아직 맡지도 못하였다. 1543년에 코페르니쿠스는 《천체들의 회전에 대하여》를 출간하면서 그것을 교황 바오로 3세에게 바쳤다. 하지만 코페르니쿠스는 신중한 사람이었다. 죽음의 침상에 누워서야 그것을 출간한다는 예방책을 선택했던 것이다. 2. 허블과 우주배경복사에 의한 두 번째 혁명 허블은 혁명을 시작하기 위해 무기가 필요했다. 1917년에 지름 100인치짜리 거대한 판유리 거울이 윌슨산 꼭대기에 도착하면서 이 무기의 핵심이 주어졌다. 4.5톤짜리 거울은 세계에서 가장 큰 망원경의 핵심 부품이 되었다. 허블은 표준촛불 방법을 이용해 안드로메다 별구름까지의 거리를 측정할 수 있었다. 허블의 계산은 그 별구름이 수십만 광년 떨어진 것임을 보여주었다. 이것은 우리 은하계의 가장 바깥쪽보다 훨씬 더 먼 거리였다. 안드로메다 별구름은 은하계 안에 있는 물질 덩어리가 아니라, 그 자체가 하나의 은하계였다. 우리 은하계만큼이나 거대한 별들의 집합체였던 것이다. 허블의 두 번째 발견은 별들의 ‘지문’에 관한 것이었다. 모든 별들은 본질적으로 뜨거운 가스공이며, 이 뜨거운 가스는 여러 가지 색깔의 빛을 내뿜는다. 실제로는 각각의 가스가 특정한 색깔을 갖는다. 나트륨 불빛은 노랗고, 네온 불빛은 붉다. 프리즘을 이용해 빛을 나누어 원래의 구성성분으로 되돌리면 여러 색깔의 줄무늬를 볼 수 있는데, 그것은 우리가 보는 것이 무엇인지를 알려준다. 허블은 이 기술을 이용하여 다른 은하계에서 온 빛을 프리즘에 통과시켜서 그들의 화학적 지문, 특히 수소를 보았다. 수소는 우주에서 압도적으로 많은 성분이다. 그는 줄무늬들이 이상하게도 약간씩 제자리를 벗어나 있었다. 지문에서 줄무늬들의 상대적인 위치는 정확하지만 그들은 모두 약간씩 스펙트럼의 붉은색 쪽으로 쏠려 있었다. 그는 적색이동을 보고 있었으며, 이것을 도플러 효과라고 한다. 별들의 지문이 보통보다 붉은 것을 보았을 때, 허블은 은하계들이 지구에서 멀어지고 있음을 보았던 것이다. 그는 모든 은하계들이 멀어지고 있다는 사실에 깜짝 놀랐다. 그보다 더 이상한 것은 멀리 떨어진 은하계일수록 더욱 빠른 속도로 멀어진다는 것이다. 이것은 우주가 확장되고 있다는 뜻이었다. 충격적이지만 두 번째 우주론 혁명의 폭탄이었다. 이것은 변치 않는 영원한 우주라는 생각을 항구적으로 파괴했다. 우주는 불의 벽을 갖고 있다. 천문학자가 망원경으로 어디를 향하든 멀리서 우리를 둘러싸고 있는 빛의 층을 보게 된다. 우리는 빅뱅의 희미한 잔광인 우주배경복사에 붙잡혀 있다. 우주는 계속 커지고 있다. 재결합 때 생겨난 빛은 아직도 우주 주위를 돌아다니지만 시공간 천이 팽창하면서 빛도 팽창했다. 수십억 년이 넘는 기간 동안 강력한 에너지인 감마선이 늘어나 눈에 보이는 엑스선이 되고, 재결합 이후로 140억년이 지난 지금은 마이크로파가 되었다. 이것은 절대 0도에서부터 따져 2.7도의 온도를 가진 희미한 빛이 되었다. 이것이 우주배경복사로서 우주의 배경을 이루는 발광 부분이다. 우주배경복사의 발견은 두 번째 우주론 혁명에서의 마지막 한 방이었다. 1920년에 과학자들은 우주가 시작 또는 끝이 있는지 거의 알지 못했다. 그것은 과학의 한계를 넘어서는 질문이었다. 45년 뒤인 1965년에 펜지어스와 윌슨이 우주배경복사를 발견했을 때 과학자들은 창조의 얼굴을 처음으로 직접 보았다. 하늘의 모든 방향에서 나타나는 우주배경복사는 우리 우주의 갓난아기 시절 스냅 사진이다. 빅뱅이 일어나고 겨우 40만 년 되었을 때의 모습인 것이다. 이제 어떤 우주론자도 영원하고 변치 않는 우주라는 모습으로 자신을 위로할 수 없게 되었다. 오늘날 과학자들은 우주가 탄생의 시점을 갖는다는 것을 안다. 우리가 우주의 아기 시절 사진을 보았기 때문이다. 3. 현재 진행 중인 세 번째 혁명 세 번째 우주론 혁명이 과학자들을 깜짝 놀라게 했다. 그들은 우주가 어떻게 작동하는지 자기들이 꽤 잘 안다고 생각했기 때문이다. 우주배경복사가 발견된 이후로 과학자들은 우주의 탄생에 대해 큰 틀은 대충 알고 있었다. 빛이 단 한 번 번쩍하면서 우주가 태어났다는 것과, 우주를 만들어낸 대변혁으로 인하여 시공간 천이 팽창하고 있다는 것 등을 알고 있었다. 하지만 세부사항은 많이 알지 못했다. 팽창비율을 정확하게 알아야 우주의 정확한 나이를 알 수 있다. 그런데 팽창비율을 측정하기란 매우 어려웠다. 또한 과학자들은 우주의 최종적인 운명에 대해서도 제대로 알지 못했다. 우주가 영원히 팽창할 것인지 아니면 빅뱅의 반대인 ‘빅 크런치’와 함께 다시 붕괴할 것인지 정확하게 몰랐다. 1980년대와 1990년대 초에 우주 이야기는 시작에 대해서는 불확실하게 알고, 종말에 대해서는 모르는 상태에 있었다. 수십 년 동안이나 과학자들은 이런 불확실성의 일부를 없애기 위해 허블상수를 더욱 정밀하게 측정하려고 노력했다. 팽창속도를 정확하게 알수록 우주의 나이를 제대로 알고, 우주의 탄생을 더 잘 이해할 수 있다. 하지만 1990년대 말에 터벅터벅 걸어가던 발걸음이 갑작스런 흥분으로 바뀌었다. 이미 존재하는 허블상수를 더욱 정확하게 다듬는 것이 아니라, 우주의 절반 저편에 있는 초신성들이 우리가 우주를 바라보는 방식으로 바뀌었다. 그리고 우주가 어떻게 태어났는지 뿐만 아니라 그것이 어떻게 끝날 것인지도 보여주기 시작했다. 거듭된 실험들이 우리가 꿈꾸었던 것보다 우주가 훨씬 더 이상하다는 것을 보여주면서 과학계는 열광으로 후끈 달아올랐다. 1997년에 우주론의 세 번째 혁명이 시작되었으며, 아직도 진행 중이다. 우주는 탄생 순간에 엄청난 충격을 받았기 때문에 팽창하고 있다. 그것은 방망이에 맞은 야구공과 같다. 한방 멋지게 딱 맞고 나서 수직으로 공중을 향해 날아오른 것이다. 하지만 시간이 흐르면서 중력이 그것을 잡아끌기 때문에 야구공의 속도가 점점 떨어진다. 어느 지점에서 야구공의 수직운동이 완전히 멈추고 공은 다시 땅으로 떨어진다. 일부 우주론자들은 우주가 그와 비슷하게 작동한다고 생각했다. 원래 한방을 맞은 다음 우주의 팽창이 점점 느려지다가 어느 순간에 멈춘다. 그런 다음 중력의 영향을 받아 움츠러들기 시작한다. 하지만 우주론자들은 또 다른 가능성을 생각했다. 이론적으로만 생각해 볼 때 공을 충분히 강하게 친다면, 그것은 지구의 중력권 밖으로 나가게 된다. 공은 속도가 느려지지만 그래도 충격의 힘이 충분히 남아 있어서 우주공간으로 나가게 된다. 이 경우 공은 다시는 지구로 돌아오지 않는다. 그것은 점점 더 느려지면서도 더욱 깊은 우주 공간으로 날아가 태양계를 벗어나게 될 것이다. 일부 우주론자들은 우주가 이와 같이 작동한다고 믿었다. 계속 팽창하면서 차츰 속도를 잃기는 하지만 그 자체로는 절대로 붕괴하지 않는다. 우주는 점점 커지면서 차가워지고, 별들이 마지막 연료까지 다 태우고 나면 마침내 죽게 될 것이다. 결국 우리의 운명은 차가운 죽음인 것이다.

기본정보

ISBN	9788990247247
발행(출시)일자	2005년 12월 30일
쪽수	336쪽
크기	152 * 223 mm
총권수	1권