친절한 우주론

우주를 알고 싶었다. 이런 소망 원래 하늘을 알고 싶었던 소박한 소망에서 비롯되었다.

그래서 천자문부터 시작해서 집우(宇) 집주(宙) 하는 식으로 하늘, 곧 우주를 언급한 여러 책들을 헤매고 다녔다. 날마다 기우(杞憂)에 젖어 살던 기(杞)나라 사람을 깨우쳐준 어떤 사람이 나도 깨우쳐준 덕분에 하늘은 결코 무너지지 않는다는 것도 알게 되었다.

그러자 광대무변(廣大無邊)한 우주론의 세계가 이제 눈 앞에 펼쳐지게 되었다.

그래서 우주론에 과한 책을 열심히 읽었고 이제 그걸 들고 하늘로 날아 올라가 샅샅이 살펴보고 싶은 마음은 굴뚝같은데, 그게 어디 가당키나 할까? 그저 글로, 문자로 우주를 설명한 책들, 열심히 읽으며 우주를 그냥 머릿속으로 상상만 하고 있었다. 물론 때로는 그림과 사진도 곁들인 책들 덕분에 우주에 어떤 것들이 떠다니고 있는지는 그래도 막연하나마 그려지게 된 것이 최근의 일이다.

그런데 이 책은 아예 ＜도표, 그림, 사진 등 비주얼 중심으로 명쾌하게 이해하는 우주의 실체!!＞ 라는 말을 내걸고 친절함을 바탕으로 해서 우주를 보여주고 있었다. 내가 바라던 바다.

그래서 이제는 글자 한 자를 읽으면 바로 그 옆의 그림과 사진을 비교, 참고해가면서 내 머릿속에 우주의 모습을 이미지화 해서 차곡차곡 채워놓을 수 있었다.

이런 설명을 시각화 해보면서 읽으니 이해가 더 빠르게 된다.

팽창하는 우주 : 허블의 법칙

허블의 법칙은 은하가 멀어지는 속도가 은하까지의 거리에 비례한다는 것이다.

이때 비례상수를 허블상수라 부른다.

그러면 허블의 법칙은 어떻게 해석할 수 있을까 

거리와 후퇴속도가 비례한다는 것은 우주가 전체적으로 균일하게 팽창하고 있다는 것을 의미한다. 그것은 다음과 같은 풍선의 표면을 생각하면 이해하기 쉬울 것이다,

 

풍선(우주)을 부풀리면 풍선은 전체적으로 팽창하는데 이때 풍선 표면에 붙여놓은 동전(은하)들의 멀어지는 속도는 거리에 비례한다. 다시 말하면 (............) 결국 우주는 전체적으로 팽창하고 있는 것이다. (66-67쪽)

그럼 팽창하는 우주 모습을 살펴보자. 이에 대한 설명은 228쪽에 나온다,

이게 평탄성 문제인데, 다음과 같이 설명할 수 있다.

관측을 통해 본 현재의 우주의 모습은 ’평탄형‘에 아주 가까운 것으로 알려졌다.

우주는 왜 이렇게 평탄한 것일까 

예를 들어 고무풍선을 단숨에 분다고 가정해보자. 풍선이 부풀기 전에는 구형이었으나 갑자기 부풀어서 커진 이후에는 ’평탄형‘과 구분하기 어려워진다. 이를 그림으로 이해하면 더욱 쉬운데 다음과 같은 그림을 살펴보자. (230쪽)

 

그렇게 그림으로 설명을 뒷받침하니, 설명이 머릿속으로 차분히 들어와 앉게 되는 것이다.

자연계의 네가지 힘 :

자연계에는 다음과 같은 네 가지 힘이 존재한다.

강력

전자기력

약력

중력

이런 네 가지 힘을 시각화해보면 다음과 같은 과정을 거쳐 생겨났을 것으로 추론할 수 있다.

초기의 우주는 푹 삶아진 상태로 모든 것이 녹아있는 상태였다.

우주가 팽창해 차가워지면서 먼저 중력이 다른 세 가지 힘과 나뉘어졌다.

그 후 우주의 온도가 더 낮아지면서 강력이 나뉘고

마지막으로 전자기력과 약력이 분리되면서

현재처럼 확실하게 네 가지 힘으로 나뉘어졌다.

이걸 그림으로 새겨보자.

화학에서는 물질의 상태가 온도에 따라 기체에서 액체, 그리고 고체로 변화하는 것을 상변화 또는 ‘상전이’라 한다. 똑같은 일이 우주 규모에서도 일어나는 것이다. (92쪽)

이것 역시 그림으로 살펴보자.

우주에도 사용되는 삼각 측량

삼각측량의 원리는 고대 이집트에서 파라미드를 설계할 때 사용했던 역사가 가장 오래된 수학 지식이다. 이는 현재에도 지구상의 측정뿐만 아니라 천문 관측 분야에서도 활용되고 있다.

프톨레마이오스 시대 이후 천문학자들은 삼각측량을 이용해 별의 거리를 측정해왔다. 고대 이집트에서는 1022개의 별들을 연주시차 1/6도까지 측정해 놀랍도록 정확한 표를 만들었다. (103쪽)

우주는 언젠가 사라질 것이다.

정말 그럴까 

우주의 가속팽창이 이대로 계속된다는 보장도 없다. 실제로 빅뱅 이전의 인플레이션도 눈 깜짝할 사이에 끝나지 않았는가? 현재 진행되는 가속 팽창의 원인인 암흑 에너지의 정체가 시간적으로 변화하는 퀀테센스라면 우주의 가속 팽창은 완만해질 가능성이 있다.

안드레이 린데는 우주에서 빅크런치가 일어날 가능성을 이야기하고 있다.

빅크런치는 우주가 팽창에서 수축으로 전환해 모든 공간과 물질이 소멸하는 상태를 말한다.

이를 그림으로 살펴보자. (289쪽)

다시, 이 책은 

이 책은 우주를 보여준다.

말하고자 하는 내용이 복잡할수록 말로만 전달하기보다는 직접 그림을 그려서 분류하고, 표로 만들어보는 ‘시각화’를 하면 내용을 명쾌하게 이해할 수 있을 때가 많다. 이책은 이제까지 나온 우주론 관련 서적 중에서 사진과 그림, 도표를 가장 많이 활용한 책이다. 거의 모든 이론을 설명할 때 그림으로 이해를 돕고 있으며 복잡한 수학적 연산은 그래프와 도표를 활용해 설명한다. 그런 점에서 이 책은 ‘시각화를 통한 명쾌한 이해’를 가장 잘 적용한 우주론이라고 할 수 있다. (7쪽)

우리 눈으로 볼 수 없고 이해할 수 없는 저 하늘, 우주의 일들을 어찌 우리 조그마한 뇌로 이해할 수 있으리요? 해서 제아무리 용쓰고 애써도 그게 그건데, 이 책이 제시하고 있는 시각화 방법은 그래도 뭔가 있다, 낫다는 생각이 절로 든다. 우리 저 위에 있는 우주, 조금이나마 이해할 수 있게 된 것, 이 책 덕분이라 할 수 있다.

“YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.”

처음은 쉬웠다. 정확히 몇페이지 정도만..

이후에는 설명을 아무리 쉽게 한다 한들 용어와 해석이 어려웠다. 그래서 하나하나 다 이해하려면 책을 덮을 수밖에 없을 듯하여, ‘그런게 있다.’ 라는 것만 알자. 라고 생각해서 흐름을 따라가는 걸로 마음을 바꾸니 책이 조금은 더 편해진 것 같았다.

제일 처음 소개에.

p.22

우(宇)는 공간, 주(宙)는 시간이라 정리할 수 있다. 현대식으로 말하면 ‘시공간’이라는 말로 표현할 수 있을 것이다.

여기까지만 하더라도 왠지 ‘시공간’ 이라 하면 SF적이고 애니메이션을 좋아하는 하는 한 사람으로써 괜지 시공간이 뒤틀린 이야기들이 펼쳐질 것만 같은 잠시 어린아이의 순수 호기심이 펼쳐졌다.

그와 동시에 왠지 그런식으로 이야기가 펼쳐질 것만 같았으나, 아무렴.. 이 책은 판타지물이 아니다.

몇 개월전부터 부쩍 천문학과 우주에 대해 호기심이 일고 있었다. 명왕성이 행성에서 제외되었다는 걸 책 제목으로 접한 후 해당 책을 읽게 되면서 ‘행성’에 관심이 갔고, 조금 더 멀리는 은하나 우주에 대해서도 관심이 넓어졌다. 작년 크리스마스에 제임스 웹 망원경이 발사되어 태초의 우주에 대해 알 수 있는 날도 머지 않았음을 느꼈을 땐 가슴이 두근거렸다.

조금 더 우주에 대해 알고 싶어졌고, 이 책을 접했으나 초보에게는 조금 어려운 것 같다. 다만 앞서 말했드시 그런게 있다. 라고 파도에 몸을 맡긴채 흐름만 파악해서 넘어가면 좀 더 수월했다. 개중 어디서 들어본적이 있는 무언가에 대해 설명을 해 줄 땐 ‘아! 이거구나!’ 라며 무척 반가웠다.

* 초신성 폭발이란 

초신성 : 별이 수명을 다해 폭발한 것이다. 태양보다 수억 배에서 100억 배 정도 밝기 때문에 갑자기 별이 생긴 것처럼 보여 이를 초신성 또는 초신성 폭발이라고 한다.

초신성이라고 들어는 봤으나 찾아볼 생각은 하지 않았던 나에게 초신성이 무언지를 알려줬다. 그리고 앞서 지구배경복사로 인해 빅뱅이론을 증명하게 되었다고 했다.

예전에 궁금했던 것 중 하나가.

우주를 본다한들 어떻게 태초의 우주를 알 수 있게 된다는건지 이해가 되지 않았었다. 그러나 책을 읽고 난 후 조금은 넓어진 지식으로 말하자면, 1광년은 빛의 속도로 1년을 간 거리를 뜻한다. 우주는 무한대로 넓어진 상황으로 수백광년 수천광년을 간 거리까지 대략적으로 알 수 있게 되는데, 그 거리는 빛의 속도로 수천광년이라 지금 내가 보는 관점에서 현재 그 곳의 모습을 볼 수 있는게 아니다. 멀어진 거리만큼 여기에 도달이 되기 위해선 시간이라는게 경과되게 마련이며 보여지는 거리만큼 우리는 과거의 그 곳의 모습을 볼 수 있게 되는 것이다. 우주는 무한대로 넓기에 곳곳에서 앞서말한 초신성들이 관측되기도 한다. 동시다발적으로 일어나는 현상은 아니기에, 초기의 초신성이 보일 것이고, 그 다음으로 예측가능한 지점이 보일 것이고 그것들을 연결해 나가게 되면 태초의 우주에 도달하게 되는 것이 아닐까 

어떻게 생각해 보면 태초의 우주를 알아서 뭐할 것인가? 라고 한편으로 생각들긴한다. 그런데 사람으로 태어나면 무의식중에 자신의 뿌리에 대해 생각하게 된다. 우리의 부모님은 누구이며, 그 부모님의 부모님은 누구일까 라는 식? 과거에 벼슬을 한 집안인지 농부의 집안인지. 조사를 하면 그 기원을 알게 되고 내 조상들은 무엇을 해 왔는지를 그려볼 수 있다. 그것의 연장선이 아닐까? 라 잠시 생각해본다. 근데 진짜 태초의 우주를 알게 되면 정말 어떻게 되는 것일까? 왜 우주는 탄생했을까? 근데 그 태초가 없었다면 ‘무’라는 공간이었을까? 에잇.. 제임스 웹 망원경이 하루 빨리 작동되었으면..하는 바람이 있지만, 지구에서 그 지점까지 가는데 한달. 그리고 반년동안 점검(?)을 거쳐 운영될 예정이므로 최소 7개월 이상이 흘러야 한다. 고까짓것 기다리지뭐. 하지만 은근 코 앞의 시간을 기다리려면 온몸이 쑤신다.

아, 그리고 허블망원경.

근래까지 나는 허블망원경은 지구내에 있는 줄 알았다. 굳이 관심이 가지 않았었고, 지구안에서 관측하는 망원경이라 생각했지만 아니었다.

허블망원경은 지구대기권 밖에 위치 해 있다. 즉, 우주공간속에 있다. 그 이유는 지구에서 관측을 하려니, 대기권으로 인해 굴절이 되어 정확한 계측이 어려웠다고 한다. 그래서 굴절이 되는 대기를 벗어나면 보다 선명한 우주를 알게 될 것이라 생각하여 위성처럼 지구밖으로 쏘아올렸다고 한다. 그리고 그 허블망원경은 새로운 많은 것들을 과학자들에게 안겨주었다고 한다. 그 예로 별들사이에 있는 아무것도 보이지 않는 검은 구간을 계속 비춰서 사진을 찍었는데, 허블망원경에서 수많은 별들의 무리가 담겨있었다고 한다. 눈으로 보이지 않는 아주 먼 거리의 별들이었다. 우리가 알고 있던 우주의 넓이가 그만큼 더 넓어진 것이다.

그런데 책을 읽다 아쉬운 점을 발견했다. 허블망원경에 대해 설명하다가.

P.116

허블우주망원경을 지구로 회수한 뒤에 새롭게 활약할 차세대 기종은 2014년에 쏘아 올릴 예정인 제임스웨브우주망원경(JWST)이다.

라고 나와 있었다.

제임스웹 망원경은 작년인 2021년 12월 25일에 발사되어 달을 지나 도착점을 향해 가고 있는 중인데.. 이 책에선 2014년에 쏘아 올릴 예정이라고 했다. 그렇다면 책이 쓰여진 시점은 2014년 이전이라는 뜻인데.. 란 생각에 이리저리 찾아보니, 이 책은 2010년에 출판된 ‘한 권으로 충분한 우주론’의 개정판이었던 것이다. 개정판을 준비하며 내용에 대해 전체적으로 수정이 되었을텐데 이 부분은 수정이 되지 않은채 나온 것 같다. 더욱이 얼마전에 제임스웹에 대해 너무 많은 정보가 쏟아졌기에 이 부분에서 내가 고개를 갸웃거리게 된 것 같다.

마지막장엔 Q&A가 있는데, 일반적으로 우주에 대해 많이 궁금해 하는 것들이 나와 있었다. 특히 화성으로의 거주지 이동. 이는 현재 무수한 SF소설속에서 많이 등장하고 있는데, 일단 화성으로 가는건 현재 가능하지만 정착하는건 최소 수백 수만년이 걸린다고 한다. 일단 이산화탄소가 많아서 헬멧을 쓰고 산소통을 메지 않고는 기지 밖을 다닐 수 없을뿐더러, 영하 53도가 평균기온.. 이기 때문에 온도를 높이는 방법을 찾아야 한다고 한다. 온실효과로 온난화 하는 방법이 있지만 수백년이 걸리는 부분이다. 일단 뭐 자앙기적으로 본다면 화성이주는 가능하다. 궁금증 해결되었다. 우주는 아직 우리가 알 수 없는 것들 투성이다. 그렇기에 더 흥미로우며 상상력을 더욱 더 자극하는 것이 아닐까 싶다. 갑자기 베르나르 베르베르의 파피용이 읽고 싶다.

평소에 우주 과학에 관심이 많았습니다. 그래서 고전이라고 하는 코스모스, 엘리건트 유니버스, 카오스, 부분과 전체, 현대물리학과 동양사상, 떨림과 울림, 시간은 흐르지 않는다 등을 완전히 이해하지는 못하지만 재미있게 읽었었죠. 어려서 천문대에가서 천체 망원경으로 셀수 없을 만치 많은 별을 쳐다보며 경이로움을 느꼈던 기억, 인터 스텔라, 마션, 그래비티 등 관련 영화도 빼놓지 않고 보았습니다.

친절한 우주론은 도표, 그림등 비주얼 중심으로 글자 크기도 부담없어 우주론에 관심 있으신 분들의 입문용으로 적당해 보입니다. 읽다 보면 난이도가 갑자기 어려워 지는 부분도 있지만 전체적으로 우주론 이론을 초기 고전에서 부터 최신 이론까지 소개 되어 있어 흐름을 이해하는데 많은 도움이 될 것입니다. 

도입부에서 우주의 나이가 137억년, 절대온도는 섭씨 -270도, 밀도는 진공상태 등 우주에 대한 기초를 닦아 주고 다음부터는 우리가 잘 알고 있는 프톨레 마이오스의 천동설, 코페르니쿠스의 지동설을 시작으로 본격적인 이론 소개가 이어집니다. 역시 우주론에 가장 기여한 두분을 꼽는다면 뉴턴의 중력이론과 아인슈타인의 상대성이론인것은 이론의 여지가 없는것 같습니다. 최근에는 양자론과 중력이론을 통합 하려는 통일장 이론(초끈 이론 등) 이 활발하게 연구되고 있구요. 이렇게 따라가다보면 고대 그리스나 동양 사상에 나오는 우주 관련 이야기들이 과학을 통해 검증된 이론과 일맥상통한다는 것도 너무나 신기했습니다. 무에서 창조되었다고 보는 견해등요.

물리학자들 대단하다는 생각 당연히 들면서 그럼에도 불구하고 우리가 우주에 알고 있는 사실이 4% 남짓 하다는데 앞으로 갈길이 멀다는 생각과 함께 천재 물리학자들의 등장도 기대됩니다. 친절한 우주론을 읽으면서 인간의 한계가 있지만 여기까지 도달한 그간의 물리학자들의 천재성에 감탄하게 됩니다.

“YES24 리뷰어클럽 체험단 자격으로 작성한 리뷰입니다."