“이 책은 제가 읽은 천문학 책 중에서 칼 세이건의 〈코스모스〉 다음가는 책이라고 생각합니다. 잠 안 오는 밤에 꼭 한번 읽어보시길 바랍니다!” |바람과******님의 글| “우주의 전 역사, 빅뱅부터 먼 미래까지 다 볼 수 있다는 말, 겁나 낭만적이다!” |gusd****님의 글| 우주의 탄생에서 양자론까지, 우주에 흠뻑 빠져들게 하는 색다른 우주 특강 27 우주는 138억 년 전 조그만 ‘원시의 알’이 대폭발을 일으켜 탄생했으며, 초신성들이 폭발해 남긴 별 먼지들이 우주를 떠돌다가 이윽고 우리 몸을 만들고 의식을 일구어왔다는 사실을 알게 된 것은 겨우 반세기밖에 안 된다. 말하자면 우리는 그전에는 ‘근본’도 모른 채 살아왔다는 얘기다. 현대 과학에 힘입어 우리는 ‘우리가 어디서 왔는가’ 하는 우리의 출발점을 알아냈고, 우주를 보는 것이 곧 우리 자신을 찾아가는 길이라는 사실도 깨닫게 되었다. 이처럼 우주는 나 자신과 떼려야 뗄 수 없는 근원적인 관계에 있다. 그러나 불행하게도, 많은 사람들이 이 같은 사실을 모른 채 살아간다. 자신의 출발점을 모르면 자신이 어디에 있는가를 알 수 없고, 자기가 있는 위치를 모른다면 자신의 삶을 온전히 살아내기가 어려울 건 뻔한 이치다. 이 책은 우주를 알아가는 데 있어 특히 중요한 토픽 27개를 골라 쉽고도 재미있게 서술했다. 별과 은하, 태양계 등 우주의 거시 세계에서부터 빛이나 원자와 전자 단위의 물질을 다룬 양자론의 미시 세계까지 다루어 우주와 세상을 보다 넓고 깊게 이해할 수 있게 했다. 책 제목을 『잠 안 오는 밤에 읽는 우주 토픽』이라 붙인 것도 읽으면 잠 잘 오는 책이란 뜻이 아니라, 잠 안 올 때 부담 없이 읽을 수 있는 우주 이야기란 뜻에서다. 우주를 읽고 사색하다가 하룻밤 꼴딱 지새운다면, 지구 행성에서 태어나서 그보다 뜻 깊은 추억이 어디 있겠는가! 잠 안 오는 밤, 이 책이 나와 우주를 사색하는 데 좋은 길라잡이가 되어줄 것이다. 나와 우주의 기원을 더듬는 시간! “우주를 읽고 사색하다가 하룻밤 꼴깍 지새운다면, 지구 위에 태어나서 그보다 아름다운 추억이 어디 있겠는가!” 저자의 천문ㆍ우주 기사가 게재될 때마다 종종 “감동적이다, 설레었다, 소름이 끼쳤다, 눈물이 났다” 등, 과학 기사에서 보기 드문 댓글들이 달린다. 경이로운 우주에 대해 신비를 넘어 감동을 느끼는 것은 어려운 천문학 얘기들을 그만큼 호소력 있게 전달해주기 때문일 것이다. 우리가 우주를 왜 알아야 하는지, 우주와 인간의 관계에 대한 저자의 통찰을 느낄 수 있는 몇 구절을 소개한다. ★ “천문학을 공부하고 우주를 사색하면 늘 생각이 가닿는 지점 한 곳이 있다. 이 영겁의 시간과 광막한 우주에 비한다면 사람은 참으로 찰나를 살다 간다는 생각이다. 인생은 길지 않다. 사람이 100년을 산다고 칠 때, 초로 환산하면 30억 초다. 애걔! 그것밖에 안 돼? 계산기 두드리면 금세 나온다. 더욱이 100년을 살기나 하나. 이것저것 빼고 나면 50% 정도일 것이다. 인생은 50% 세일이다. 그래서 15억 초. 지금 이 순간에도 째깍째깍 초들이 지나간다. 이게 15억 개가 지나면 한 인생이 대충 막을 내린다는 얘기다.” ★ “피 속의 철, 치아 속의 칼슘, DNA의 질소, 갑상선의 요오드 등 인간의 몸을 구성하는 원소 하나하나는 모두 별 속에서 만들어졌다. 수십억 년 전 초신성 폭발로 우주를 떠돌던 별의 물질들이 뭉쳐져 지구를 만들고, 이것을 재료 삼아 모든 생명체들과 인간을 만든 것이다. 우리 몸의 피 속에 있는 요오드, 철, 칼슘 등은 모두 별에서 온 것들이다. 이건 무슨 비유가 아니라 과학이고, 사실 그 자체다. 그러므로 우리는 어버이 별에게서 몸을 받아 태어난 별의 자녀들인 것이다. 말하자면 우리는 ‘메이드 인 스타(Made in stars)’인 셈이다. 멋지지 않은가? 이게 바로 별과 인간의 관계, 우주와 나의 관계인 것이다.” ★ “인간의 몸을 구성하는 원자의 2/3가 수소이며, 별과 행성 등 전 우주를 구성하는 원소들의 90%가 수소다. 모든 수소는 빅뱅 때 만들어진 것이다. 우주에서 빅뱅 공간 외에는 수소가 만들어질 장소가 없다. 그리고 나머지 원소들은 별 속에서 만들어져 초신성이 폭발하면서 우주에 뿌려진 것이다. 이것이 수십억 년 우주를 떠돌다 지구에 흘러들었고, 마침내 나와 새의 몸속으로 흡수되었다. 그리고 그 새의 지저귀는 소리를 별이 빛나는 밤하늘 아래서 내가 듣는 것이다. 별의 죽음이 없었다면 당신과 나 그리고 새는 존재하지 못했을 것이다. 따라서 별들이 없었다면 인간은 이 우주에 존재할 수가 없었을 것이다. 우주 공간을 떠도는 수소 원자 하나, 우리 몸속의 산소 원자 하나에도 100억 년 우주의 역사가 숨 쉬고 있는 것이다.” ★ “애초에 먼지에서 태어나 찬연한 빛을 뿌리며 살다가 장엄하게 죽어 다시 먼지로 돌아가는 것, 이것이 모든 별의 일생이다. 어떤 물리학자는 이러한 별의 일생을 다비 후 사리를 남기는 고승의 삶과 흡사하다고 표현하기도 했다. 행성들 역시 태양과 같은 소멸의 길을 걷게 되는데, 머나먼 미래에 태양 주변을 지나가는 항성의 중력으로 서서히 행성 궤도가 망가지고, 행성 중 일부는 파멸을 맞게 될 것이며, 나머지는 우주 공간으로 내팽개쳐질 것이다. 방대한 ‘태양왕조실록’ 속에 잠시 지구상에 생존했던 인류의 역사는 한 줄 정도로 기록되지 않을까 싶다. “인류라는 지성을 가진 생명체가 한 행성에 나타나 잠시 문명을 일구고 우주를 사색하다가, 탐욕으로 자신들의 행성을 망가뜨리고는 멸망에 이르렀다”는 식으로.” ★ “오늘날 알려진 원자의 핵은 원자 질량의 99.98%이지만, 부피는 원자 부피의 1/1조 정도다. 그러니까 원자는 핵을 빼면 거의 빈 공간이며, 전자가 거대한 돔 성당 안의 파리 한 마리처럼 그 둘레를 빠르게 돌고 있을 뿐이다. 원자가 구성하고 있는 세계는 이처럼 거의가 빈 공간이다. ‘색즉시공 공즉시색’이란 말이 맞았다. 천문학자 칼 세이건이 “신이 인간만을 위해서 우주를 만들었다면 공간을 너무 낭비한 것이다”라고 말했듯이, 과학자들은 “신이 원자를 만들면서 너무 공간을 낭비했다”고 말하기까지 했다.” 모 인터넷 신문에 연재, 독자들로부터 받았던 뜨거운 반응들 ㆍ 우주의 전 역사, 빅뱅부터 먼 미래까지 다 볼 수 있다는 말, 겁나 낭만적이다! _gusd**** ㆍ 엄청 유익한 내용이라 할 말을 잃었다. _soyu**** ㆍ 과학과 감성의 조화가 환상적인 기사. 완전 짱! _i3es**** ㆍ 너무나 멋진 표현들이 곳곳에 아름답게 또는 재미있게 표현되어 있다. 최근 읽은 천문학 글 중 최고다! _oj75**** ㆍ 별을 재료로 우리가 만들어졌다는 것. 우주가 나와는 상관없는 줄 알고 살았는데 사실은 난 우주 별의 일부였다. 이제 인생의 의미가 조금 다르게 느껴진다. _give**** ㆍ 글 읽으면서 소름 돋아보긴 처음이다. 아주 흥미롭고 재미있고 감동적이다. _cris**** ㆍ 아, 정말 잘 읽고 많이 배웠다. 오랜만에 피가 되고 살이 되는 글을 읽으니 눈이 다 시원하고, 저자의 놀라운 성찰 앞에 경건한 마음이 든다. _rlad**** ㆍ 물질이 빛을 휘게 한다, 신은 공평하다, 결국 내가 우주의 중심이다… 참으로 유익하고 멋진 기사 감사합니다. _바람** ㆍ 이 글을 읽으니 비 한 방울, 눈 한 송이 내리는 것도 눈물 나도록 아름답다. _foab**** ㆍ 캬~ 필력 보소. 과학 얘기인데 이런 감성을 품을 수 있다니 부럽습니다.?? _jodi**** ㆍ 좋은 내용 감명 깊게 읽었습니다! 여름밤에 아이들과 야영하면서 별 보며 이야기를 꼭 해주고 싶네요. _ka32**** ㆍ 우주는 참으로 위대하다. 자살하지 마라. 누가 잘살고 잘났고 다 필요 없다. 무의미하다. 살아 있는 거에 감사해라. _람보르** ㆍ 입이 다물어지지 않을 정도로 엄청난 우주 기술의 놀라운 능력을 간접적으로나마 느끼게 되어 기분이 참 묘하다. _some**** ㆍ 글을 읽는데 어느 순간 눈물이 났다. 왜지?! _07cr****

머리말 | 우리 시대 사람들은 행복하다 1장 우주를 한 바퀴 휘리릭~ 1. 우주의 ‘일체무상(一切無常)’… 경험해보실래요? -우주 속에 ‘제자리’는 없다 2. 우주 팽창, 이렇게 발견됐다! -20세기 천문학의 최고 영웅 이야기 3. ‘빅뱅’은 어디서 터졌나? -지금 당신이 있는 그 자리가 ‘빅뱅 현장’이다! 4. 은하는 왜 돌까? -초속 270km로 도는 우리은하 5. 은하도 진화한다 -우리은하가 안드로메다 은하와 충돌한다 6. 우주론 시간 여행 -고대의 ‘둥근 하늘’에서 현대의 ‘팽창 우주’까지 7. 우주는 ‘끝’이 있는가? -우주는 유한하지만, 그 경계는 없다 〈box〉 우주의 구조를 밝힌 괴짜 수학자 8. 우주는 어떻게 끝날까? -우주의 종말 시나리오 3종 세트 2장 우리들의 고향 ‘별’ 이야기 9. 별자리는 하늘 번지수 -당신을 우주로 안내하는 길라잡이 10. 북극성은 당신의 ‘위치’를 알고 있다 -재미있고 오묘한 북극성 이야기 11. 지구촌 밤하늘의 ‘유명 스타’ 아세요? -모르면 억울한 별들의 세계 〈box〉 우주에서 가장 큰 별 ‘톱10’ 12. 대체 별의 성분을 어떻게 알아냈을까? -별빛에 ‘답’이 있다! 13. 우리가 ‘별 먼지’라고? -별에서 온 당신 3장 우리가 미처 모르는 ‘태양왕조 실록’ 14. 아니, 태양계가 이렇다고? -지구, 태양계의 곰보빵 부스러기 15. 행성, 태양계의 ‘운수납자(雲水衲子)’ -언젠가 헤어질 지구의 오랜 ‘도반(道伴)들’? 〈box〉 ‘지구의 보디가드’ 목성 16. 달도 지구를 떠난다 -달에 관한 10가지 진실 17. 혜성, 우주의 ‘공포 대마왕’인가? -태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘태양계 화석’ 18. 물이 이처럼 유구한 역사를 갖고 있을 줄이야 -지구의 바다는 소행성이 가져왔다 19. 태양의 마지막 모습을 보고 싶다면… -70억 년 후 태양의 모습 4장 까마득한 우주 거리, 대체 어떻게 쟀을까? 20. 천문학자들의 줄자, ‘우주 거리 사다리’ -우주 거리가 가르쳐준 ‘지동설’ 21. 태양계의 크기, 이렇게 알아냈다! -목성의 별 이오가 가르쳐준 ‘광속’ 22. 우주의 끝을 밝혀준 ‘표준 촛불’ - ‘빅뱅의 첫 단추’를 꿴 불우한 여성 천문학자 23. 사람이 만든 것으로 가장 멀리 날아간 물건 -인류의 ‘우주 척후병’ 보이저 1호의 대장정 〈box〉 보이저 1호가 촬영한 태양계 ‘가족사진’ 5장 신비를 넘어 감동으로… 24. 현대판 ‘피사의 사탑 낙체 실험’ -‘낙하’에 이런 심오한 뜻이 있다니… 25. 물질이란 무엇인가? -생물이 하는 일은 ‘원자’도 한다 26. 암흑물질과 암흑 에너지 -우주의 96%는 암흑물질과 암흑 에너지다 27. 세계를 보는 눈을 바꾼 양자론 -신은 ‘주사위를 던졌다’

장대하고 찬란하며 격렬한 별의 여정은 대개 이쯤에서 끝나지만, 그 후일담이 어쩌면 우리에게 더욱 중요할지도 모른다. 적색거성이나 초신성이 최후를 장식하면서 우주 공간으로 뿜어낸 별의 잔해들은 성간물질이 되어 떠돌다가 다시 같은 경로를 밟아 별로 환생하기를 거듭한다. 말하자면 별의 윤회다. 영원할 것만 같은 별들도 수십억~수백억 년의 시간이 지나면 이처럼 죽음을 맞는다. 저 밤하늘에 반짝이는 별들도 태어나서 찬란한 빛을 뿌리며 살다가 죽는 것이다. 이 점에서는 생로병사를 겪는 사람과 다를 게 없는 셈이다. 하지만 수십억~수백억 년을 사는 별에 비한다면 사람은 겨우 찰나를 살다가 가는 셈이다. 별에 비한다면 하루살이다. (〈13. 우리가 '별 먼지'라고?〉 중 ‘우주의 드라마, 초신성 대폭발’ 141쪽) 별은 삶의 마지막 순간에 초신성 폭발과 함께 그동안 제조만 하고 갈무리해놓았던 온갖 원소들을 내놓는다. 게다가 대폭발 당시에는 엄청난 고온·고압의 상황이 만들어지는데, 이때 철보다 무거운 원소들이 만들어진다. 이른바 초신성의 중원소 합성이다. 그때 만들어진 초신성 물질을 지금 내가 하나 갖고 있다. 바로 금반지. 초신성 폭발의 기념품이다. 50억 년 이전 어떤 초신성이 대폭발을 일으켰고, 그 잔해들이 지구를 만드는 데 흘러들어와 금맥을 만들었고, 어느 광부가 그것을 캐어 금은방으로 넘긴 것이다. 그리고 그것은 지금 내 손가락에 끼워져 있다. 이건 공상이나 소설이 아닌, 어김없는 과학이다. 철보다 무거운 원소들, 곧 금, 은, 우라늄 같은 중원소는 모두 초신성 폭발 당시에 생성된 것이다. 그러니 규소나 철보다 금, 은이 귀한 것은 바로 이런 까닭이다. 이처럼 별은 우주의 부엌이라 할 수 있다. 수소, 헬륨을 제외한 모든 원소들은 별의 내부에서 만들어졌다. 수은 원자핵에서 양성자 한 개와 중성자 세 개를 빼내면 금이 된다. 이것이 연금술사들이 그토록 염원하던 변화의 본질이다. 연금술사들은 말하자면 물질의 거죽만 주물러서 금을 만들겠다고 헛고생한 셈이다. 초신성 폭발과 같은 엄청난 에너지만이 금을 만들 수 있는데 말이다. 그 헛고생한 사람 중에는 인류 최고의 과학 천재라는 말을 듣는 뉴턴도 포함돼 있다고 한다. (〈13. 우리가 '별 먼지'라고?〉 중 ‘별과 나와의 관계’ 144~145쪽) 원자핵의 크기는 얼마나 될까? 약 10-13cm다. 원자의 10만분의 1 정도다. 그럼 원자의 크기는 무엇으로 결정되는가? 원자핵을 중심으로 돌고 있는 전자 궤도가 결정한다. 고로 결론은, 원자는 그 부피의 10-15(부피는 세제곱), 곧 1천조분의 1을 원자핵이 차지하고, 그 나머지는 모두 빈 공간이라는 말이다. 원자가 잠실야구장만 하다면 원자핵은 그 한가운데 있는 좁쌀만 한 크기인 셈이다. 이처럼 물질은 내부가 텅 비어 있다. 10원짜리 동전 내부의 공간을 수소 원자의 핵인 양성자로 가득 채운다면 동전의 무게는 3,000만 톤에 달한다. 지구상의 모든 물질을 원자핵과 전자의 빈틈없는 덩어리로 압축한다면 지름 200m의 공을 얻을 수 있다. 자연은 원자를 제조하는 데 너무나 많은 공간을 남용했다고 해도 할 말이 없을 것 같다. 그야말로 색즉시공(色卽是空)이다. (〈25. 물질이란 무엇인가?〉 중 ‘만물은 전자막으로 둘러싸여 있다’ 255~256쪽) 20세기 초 원자 세계의 불확정성이 밝혀지기 전까지 모든 것은 뉴턴의 역학 법칙을 따르는 것으로 규정되었다. 사과가 땅으로 떨어지는 것이나, 달이 지구 둘레를 도는 것, 포탄이 궤적을 그리며 나는 것까지도 뉴턴 역학이 훌륭히 설명해주기 때문이었다. 세계는 엄격한 인과관계가 작용하는 결정론적 세계였다. 내가 아침 7시에 일어나 8시에 식탁 앞에 앉는 것도 이미 결정된 사실이고, 거기에 자유 의지가 끼어들 여지가 전혀 없는 세계였다. 그러나 20세기 초 인간이 처음으로 원자 세계를 들여다본 결과, 그 같은 생각은 터무니없는 환상임이 드러났다. 세계는 인과관계가 지배하는 결정론적 세계가 아니라 확률이 지배하는 극히 불확정적인 모습을 드러냈기 때문이다. 또 우라늄 같은 원자의 붕괴를 보면, 반감기마다 남는 원자는 반으로 줄어드는데, 원자는 늙지 않기 때문에 특정 원자가 언제 붕괴할 것인가에 대해서는 알아낼 방도가 없다. 그것이 언제 붕괴할 것인가에 대해 우리가 알 수 있는 것은 단지 확률뿐이라고 양자론은 말한다. 우주를 지배하는 것은 결정론이 아니라 우연이며, 확률인 것이다. 우리를 포함한 세계는 결국 모두 원자로 이루어져 있는 게 아닌가. 원자를 구성하는 전자 같은 아원자 입자들은 한순간에 여기 있다가도 다음 순간에는 저기에서 발견되는 등 정해진 자리가 없다. 심지어 어떻게 움직이는지조차 알 수 없다. 우리가 알 수 있는 것은 전자가 발견될 확률뿐이다. 이 확률이란 전자의 위치나 이동 경로가 관찰하기 전까지 어느 한곳에 결정되어 있다는 뜻은 아니므로 하나의 전자는 우주 어느 곳에나 존재할 가능성이 있고, 우주 어느 곳으로나 이동할 수 있는 것이다. 이는 우리의 인식이 불완전한 것이라 전자의 위치나 이동 경로를 정확하게 알 수 없다는 뜻이 아니라, ‘확률’이라는 개념은 자연이 본질적으로 그렇게 생겨먹었다는 새로운 20세기 과학 철학이다. 하이젠베르크의 불확정성 원리가 말해주는 것은 원자 세계의 불확정성이 실제로 자연의 본질이며, 진리라는 것이다. (〈27. 세계를 보는 눈을 바꾼 양자론〉 중 '하이젠베르크의 불확정성 원리' 316~317쪽 )