며칠 전에 세계 최초 개인 인공위성을 발사한 송호준이 ‘라디오스타’에 나왔다. 나는 다른 무엇보다도 자비를 들여 인공위성을 제작하여 러시아까지 가서 인공위성을 발사한 그의 노력에도 감동받았지만, 한편으로는 이제 개인이 인공위성을 쏘아올리는 첫 포문을 여는 시대를 내가 사는 동안 보게 되는 구나 싶어 감회가 새로웠다. 그렇다면 우리가 알고 있는 우주, 우리는 우주의 실체에 대해 어디까지 알고 있을까? 지구를 중심으로 우주가 돈다는 생각을 깨고 지구가 단지 태양을 중심으로 돌고 있는 행성중의 하나일 뿐이라는 충격을 준 코페르니쿠스의 혁명과도 같은 '21세기 우주론'을 소개하는 리처드 파넥의 ＜4퍼센트우주＞ 는  우주에 존재하는 미지의 영역으로서의 암흑의 우주론을 새롭게 선 보이고 있다. 암흑의 우주는, 신비한 23퍼센트의 무언가와  암흑에너지라 부르는 훨씬 더 신비한 73퍼센트의 무언가의 ‘암흑’ , 이제까지 보이지 않는 96퍼센트의 우주를 21세기에 들어서야  탐구하기 시작했음을 밝힌다. 그러니까, 우리가 알고 있던 우주는 고작 4퍼센의 우주였다는 말이다. 《4퍼센트 우주》(원제: The 4 Percent Universe)는 최근에야 밝혀진 보이지 않는 우주, ‘암흑에너지’ 를 탐구하기 시작하게 된 경위와 여정을 담은 기록이다.

아인슈타인의 일반상대성이론들과 뉴턴의 중력, 허블의 팽창하는 우주, 빅뱅이론을 절충하는 ‘진동하는 우주’의 피블스, , 젊은 엄마에서 천문학자가 되어 발견한 ‘눈에 보이는 게 전부가 아닌’ 우주, 이렇게 끊임없이 팽창하는 우주를 증명하기 위해서 물리학자들은 초신성 게임을 해야만 했다. 태양보다 더 큰별이 대폭발을 하고, 은하의 모든별을 합친 것보다 더 밝게 빛나는 초신성은 기존 우주론에서는 불가능한 , 찾을 확률이 희박한 것이지만, 과학자들이 머리를 맞대고 초신성 게임(어떤 초신성의 스펙트럼을 얻으려고 할 때 가장 먼저 해야 하는 ’은하를 빼는 것‘을 시도하여 초신성을 포함하는 은하 지역에서 스펙트럼을 찍은 다음, 초신성에서 멀리 떨어진 은하의 다른 지역에서 스펙트럼을 찍어서 첫 번째 스펙트럼에서 두 번째 스펙트럼을 빼야 한다. 그렇게 하면 전형적으로 초신성 자체의 스펙트럼이 드러난다)- 초신성을 표준화하는 작업에 착수하게 되는데 ’초신성을 필요한 만큼 얼마든지 발견‘ 한다는 결론에 다다르게 된다.

어릴 때 과학잡지 Newton을 꽤 오래 읽었는데, 당시에 흥미로운 이슈들이 많았지만 무엇보다도 가장 나를 매혹시켰던 것이 블랙홀, 우주와 관련된 분야였다. 마이클 크라이튼의 '쥬라기 공원' 이 인기를 끌면서 그와 비슷한 류의 작품들이 한참 많이 출간되었을 시기이기도 하고, 그와 더불어 공상과학 소설에 푹 빠져 있을 시기이기도 하다. 과학이 재미있는 이유는 내가 추리소설을 좋아하는 이유와 일맥상통하다. 결과를 추론해가는 과정이 있고, 그 과정에서 예상치 못한 결론이 나기도 하며, 뜻밖의 반전과 실패는 그 결과를 더욱 가치 있게 만들어준다. 과학과 관련된 스토리에서는 플롯의 화살표가 오로지 미래를 향한다고 해도 좋을 것이다. 과거를 연구하든, 현재의 무언가를 조사하든 간에 과학은 더 나은 미래를 위한 발걸음이 된다. 무슨 말인지 알아듣기 힘든 감상적인 넋두리 없이, 오로지 분명한 사실과 지금은 존재하지 않지만 언젠가는 존재할 미래에 대한 무한한 상상력이 어린 나를 두근거리게 만들었던 기억이 난다. 특히나 천문학과 관련된 이야기는 신기할 만큼 쉽게 읽히는 장점이 있다. 무한대의 우주란 끊임없는 이야기 거리가 쏟아져 나오는 곳이기 때문이다.

이 작품은 ＜4퍼센트 우주＞라는 제목부터 호기심을 자극했다. 오랜 시간 동안, 사람들은 눈에 보이는 것이 존재하는 전부라고 생각했다. 이후 갈릴레오의 등장으로 달의 산과 목성의 위성들, 그리고 수백 개의 별들을 발견하자, 탐구해야 할 새로운 우주가 생긴 셈이다. 이후 400년에 걸쳐 천문학자들은 새로운 위성들, 행성들, 수천억 개의 별들을 발견했다. 그러다 21세기의 첫 10년이 지날 무렵, 천문학자들은 완전히 새로운 개념을 깨닫기에 이른다. 우리가 우주의 모든 것이라 믿었던 물질, 바로 모든 위성과 별과 은하들을 구성하는 물질이 아주 미량으로만 존재한다는 것이다. 그렇다면 우주의 압도적인 대부분을 차지하는 나머지는 과연 무엇이란 말인가? 우주론자들은 그것을 '암흑'이라고 부른다. 인간과 별, 행성을 구성하는 물질은 전 우주의 단 4퍼센트에 불과하고, 나머지 96퍼센트는 완전한 미지의 영역이라는 것이다. 그 나머지는 암흑물질’이라 불리는 신비한 물질이 23퍼센트, ‘암흑에너지’라 불리는 훨씬 더 신비한 물질이 73퍼센트라고 밝혀졌다. 이 작품은 과학자들이 그런 놀라운 결론에 도달하게 되기까지의 매우 드라마틱하고도 생생한 이야기를 들려준다.

1981년 10월, 전 세계 우주론자들의 우편함에 황금 티켓이 배달되었다. 그러나 지정된 날짜와 시간에 들어가게 될 원더랜드는 윌리 윙카의 초콜릿 공장이 아니라 스티븐 호킹의 너필드 워크숍이었다.

놀랍게도 이 책은 천문학 미스터리를 마치 소설처럼 읽을 수 있도록 스토리를 풀어내고 있다. 과학자들이 어떻게 연구를 시작하게 되어, 어떤 과정과 실패를 거치면서 결론을 도출하는지, 그들 각각의 삶과 사고들은 매우 흥미롭다.  마치 소설을 읽을 때 우리가 캐릭터들에게 감정이입이 되는 것처럼, 이들 과학자들의 삶에 개입하거나 이해하고픈 생각이 들 정도로 말이다. 과학을 어렵게만 생각했던 사람들이라면 이 책이 새로운 접근을 할 수 있도록 도와줄 것이다. 그러니까 이런 식이다. ＜그녀가 발표를 마쳤을 때 AAS 회의장에 모여 있던 사람들의 반응은 거의 같았다. 전제는 기묘했고 데이터는 부실했으며 결론은 설득력이 없었다＞ ＜펄머터는 곧 '물리학'이 점점 어려워짐을 깨달았다. 대학 물리학은 고등학교 물리학과 거의 관련이 없었다. 물리학과 철학 모두를 잡으려면, 사회생활은 고사하고 다른 과목들을 공부할 시간도 없을 거라는 결론에 다다랐다. 그는 선택을 해야만 했다＞ 완벽해 보이는 과학자들에게도 부족했던 시절이 있고, 현실적이고 인간적인 고민을 하는 시기가 있다. 그리고 이런 사연들은 단순히 과학자들을 인간적으로 보이게끔 만드는 게 아니라 실제 과학 이론이 만들어지는 과정에 대해 추측할 수 있게 해주어 재미를 더해준다.

이제 아인슈타인이 일반상대성이론을 우주로 확장한 날부터 우주론에 늘 붙어 다니던 물음에 직면할 시간이 왔다. '우주가 왜 간단할까?'

기존에 과학자들은 물리학에 필요한 게 '또 다른 아인슈타인'이라고 말하곤 한다. 하지만 저자는 이제 과학에 필요한 것은 또 하나의 아인슈타인이 아니라 또 하나의 뉴턴이라고 말한다. ＜이 새로운 우주의 수학을 체계적으로 정리하고, 뉴턴이 하늘의 물리학을 지구의 물리학과 통합시킨 것처럼 매우 큰 물리학을 매우 작은 물리학과 통합시키고, 관측을 통해 우리는 상상할 수 없지만 향후 수 세기 동안 우리의 물리학과 철학 -우리의 문명-을 규정할 방식으로 우리 우주를 완전히 다시 이해할 사람(혹은 어떤 공동연구자들이나, 몇 세대는 지속될 권위 있는 이론)이 필요하다＞고 말이다. 제2의 뉴턴, 아인슈타인의 등장은 가능하다고 본다. 몇 달 전 뉴스에서 IQ 160의 천재소년에 대한 기사를 봤다. 멕시코의 10대 천재소년이 4개월 만에 고등학교 과정을 수료, 하버드대에 진학해 양자공학을 전공할 계획이라고 나왔다. 아인슈타인의 IQ가 160이었던 걸 감안해서 제2의 아인슈타인이라고 타이틀이 나왔을 것이다. 물론 세상에는 이 외에도 IQ가 높은 수많은 인재들이 있겠지만, 이 소년처럼 양자공학, 천체물리학 등을 공부하는 많은 인재들이 언젠가는 아마도 뉴턴, 아인슈타인 같은 업적을 이뤄내지 않을까 기대해본다.

[리뷰] 4퍼센트 우주(리처드 파넥: 시공사, 2013)

매혹적이고 과학사의 가장 중요한 이야기

  1610년 갈릴레오가 망원경을 통해 하늘을 관측하여, 우주가 눈에 보이는 것 이상이상이라는 사실을 발견했던 것처럼 21세기의 과학자들은 우리가 알고 있던 우주의 압도적인 부분들. 즉 '암흑물질'과 '암흑에너지'라는 존재를 발견하고 설명합니다.

  망원경이 새로운 지평을 열어주는 계기가 되었다면 오늘날에는 고감도 검출기가 새로운 지평을 열어줍니다. 또 다른 '뉴턴'과 '아인슈타인'의 탄생하여 '유레카'를 외치는 현장을 한권의 책으로 보면서 '경쟁'과 '열정'이 찾아낸 '발견의 산물'을 재미있게 감상해보시길 바랍니다.

 

  ＜4퍼센트 우주＞(시공사, 2013)의 저자는 버나드 칼리지 대학의 부교수이자 과학과 문화와 관련된 다양한 기고문을  남기고 있는 베테랑 작가 리처드 파넥입니다. ＜워싱턴 포스트＞지의 기자가 이 책을 가리켜 매혹적인 이야기라고 말했듯이 이 책의 저자는 '우주론'의 이야기를 단순히 과학사로 기술하기 보다는 '탐구 여정'을 중심으로 기술하여 '암흑물질'과 '암흑에너지'에 관한 흥미롭고 재미있는 이야기를 전하고 있습니다.

 

  이 책의 제목은 ＜4퍼센트 우주＞이지만 책의 내용은 96%에 해당하는 미스터리한 '암흑물질'과 '암흑에너지'에 관한 연구 과정과 발견 과정입니다. 지금으로서는 그리고 어쩌면 영원히 알 수 없다는 미지로서의 '암흑'과 '물질 및 에너지'에 관한 이야기는 21세기에 접어들면서 새로운 우주 패러다임이기도 합니다. 전혀 예상치 못한 발견에 관한 증거가 점차 축적되면서 만들어진 우주의 새로운 패러다임에 관한 저자의 긴 시간 동안의 방대한 조사와 집요한 취재 그리고 특유의 필력이 전하는 메시지는 다음과 같습니다.

 

  첫째, 눈에 보이는 것이 전부가 아닌 '암흑 물질'과 '암흑 에너지'를 통한 우주의 실체란 무엇인가?

  둘째, 오늘의 적은 내일의 협력자로 불리워지는 과학자들의 경쟁이 만들어낸 놀라운 업적과 과정이 우리에게 남긴 것은 무엇인가?

  셋째, 초신성 게임을 비롯한 우주의 팽창 그리고 가속을 비롯한 흥미진진한 우주연구론자들의 뒷이야기.

  넷째, 새로운 패러다임의 전환이 되어준 '암흑 미스터리'의 연구결과가 가져올 변화와 앞으로의 발전 방향에 관한 쉽고 재미있는 이야기. 

 

 

  전 우주의 96퍼센트 즉 23퍼센트의 '암윽 물질'과 73퍼센트의 '암흑 에너지'에 관한 이야기는 사실은 많이 알려지지 않은 이야기들입니다. 어쩌면 대부분의 사람들은 지금까지 눈에 보이는 그리고 관측이 가능한 우주의 물질 부분 이외의 이야기들에 관하여 모른채 살아갈지도 모릅니다.

  이러한 환경 속에서 우주론과 관련된 ＜4퍼센트 우주＞와 같은 책들은 평가를 받기 이전에 외면되기 십상이라는 점이 안타깝고 아쉽습니다. 베스트셀러에서 밀려난 교양과학 책들을 보면서 새로운 자극이 여기에 있거늘 아직 우리의 인지의 범위에서 벗어나있다는 점이 이들을 외면하게 만드는 건 아닐까라는 생각을 해봅니다.

 

  우리는 그들이 발견한 '결과물'과 그들이 경험했던 세상에 공개되지 않았던 뒷이야기를 평생 모르고 살아갈 수도 있습니다. 하지만 반대로 한권의 책으로 지금까지 알지 못했던 '결과물'들과 '그 뒷이야기들'을 알 수도 있습니다. 무엇을 어떻게 선택하느냐는 개인의 몫입니다. 하지만 '새로운 발견'과 '결과물'들이 기존의 것을 새롭게 대체하고 새로운 가능성을 열어주듯이 ＜4퍼센트 우주＞는 분명 독자의 교양을 한층 업그레이드 해주는 계기가 되어줄 것입니다. 그리고 이러한 확신 가운데 필자는 독자분들께 ＜4퍼센트 우주＞를 추천합니다.

우리가 모르는 것을 안다고 착각하게 만들어주는 신비한 능력을 가진 척척박사 빌 브라이슨의 책 "거의 모든 것의 역사"에 따르면 빅뱅 이후 최초의 3분 동안에 우주에 존재하게 될 모든 물질의 98퍼센트가 생성되었다. 그리고 그 빅뱅 과정에서 생긴 에너지 우주복사를 우리는 무심토 잘못 누른 TV화면에서 지직거림을 통해 볼 수 있다. TV는 대단하다 정말 빅뱅을 실시간 중계해주다니. 그런데 문제는 그렇게 만들어진 물질이 고작 이 우주에서 차지하는 질량은 "4퍼센트"밖에 되지 않는다는 것이다. 더 큰 문제는 나머지 96퍼센트가 무엇인지 아직도 모른다는 것이다. 그 나머지는 암흑물질이라고 부르는 23퍼센트와 암흑에너지라고 부르는 73퍼센트의 각각의 무엇인가가 차지한다.

우주의 크기과 생성 그리고 그 운영원리를 이해할 수는 없지만 이해하려고 노력하다 보면 동양철학 특히 성리학의 원리로 들어가게 된다.

주희의 우주론은 만물의 불변의 원리인 "이"가 물질적인 요소인 "기"를 낳으며, 기가 이에 의해서 형태를 취함에 따라 천지만물이 존재한다는 이원론이었다. 그러나 이 이원론 뒤에는 우주와 그 안의 만물에 충만해 있는 방대한 근원적인 힘인 도가 존재했다. - 신중국사, 존 킨 페어뱅크 에서

우주의 근원을 따지는 천체물리와 성리학이 일맥상통하는 것처럼 보인다. "이"가 4가지 힘이고 "기"가 물질, "도"가 에너지일까?

리처드 파넥의 "4퍼센트 우주"는 보이는 것이 전부가 아니라며 보이지 않는 무엇인가를 찾는 천체물리학자들의 여정을 다큐멘터리 영화처럼 실감나게 중계해주고있다. 비록 그들의 말을 알아들을 수는 없지만 중계방송만큼은 재미있다. 문장 하나 하나는 알겠는데 문단이 되면 이해가 어렵다.......

* 물리학 그중에서도 우주의 크기와 시작 그리고 끝을 이야기 하는 천체물리를 보고 있으면 이 책에서 크다고 강조하려고 늘어 놓은 "0"처럼 머리도 "0"이 된다. ㅋㅋ

4퍼센트 우주, 암흑 물질이라 부르는 신비한 23퍼센트의 무언가와 암흑 에너지라 부르는 훨씬 더 신비한 73퍼센트의 무언가를 제외한 우리 같은 물질이 우주에서 차지하는 비율. 처음 이 책을 접했을 때 놀랐던 것은 지금까지 우리 인류가 우주를 구성하는 물질 (태양이나 행성 등을 포함해서)에 대하여 알고 있는 비율이 어느 정도 작을 것이라 예상은 했지만 고작 4퍼센트밖에 되지 않는다는 것이었다. 그렇다면 우주에서 나머지 96퍼센트를 차지하는, 우리가 아직 알지 못하는 암흑 물질과 암흑 에너지는 무엇일까? 우주론자들이 부르는 암흑이란 “거리상 멀거나 보이지 않는다는 의미에서의 암흑”도 아니고 “블랙홀이나 깊숙한 우주에서와 같은 암흑”도 아니다. 그것은 “지금으로서는 그리고 어쩌면 영원히 알 수 없다는 미지로서의 암흑”이다. (P. 12). 이 책은 암흑 물질과 암흑 에너지가 무엇인지 어려운 내용을 서술하는 것이 아니라, 우주론자들이 우주의 시작과 끝을 탐구하고 우주 모형을 만드는 과정에서, 여러 연구팀들이 어떻게 팀을 꾸리고, 어떤 과정으로 연구를 했으며, 그 과정에서 발견된 사실은 무엇인가에 대해서, 즉 암흑 물질과 암흑 에너지를 탐구하는 연구자들의 여정을 묘사하고 있다. 여전히 사전 지식이 적은 비전문가 입장에서는 그 내용을 완벽히 이해하기에는 어려움이 있지만, 단지 뉴스를 통해서 과학자들이 어떤 발견을 했고 그게 무슨 의미를 가지는지 접하는 것과는 달리, 우리가 알지 못했던 과학자들의 탐구 과정을 그리고 그 과정에 얽힌 그들의 알력 다툼 등을 소설처럼 읽을 수 있는 점이 좋다.

 “1610년에 갈릴레오는 망원경이라 부르는 새로운 장비로 하늘을 관측하여, 우주가 눈에 보이는 것 이상이라는 사실을 발견했다. … 그 뒤 갈릴레오가 달의 산과 목성의 위성들, 그리고 수백 개의 별들을 발견했다. 갑자기 탐구해야 할 새로운 우주가 생겼다.” (P. 11). 갈릴레오 이전 하늘을 눈으로 관측하는 것이 전부였던 그 시절, 우리 눈에 보이는 우주의 운동을 설명하기 위해 정확한 관측 없이 우주 모형을 만들었었다. 그리고 1610년 갈릴레오의 망원경을 관측을 시작으로 우주에 대한 우리의 탐구 패러다임은 크게 변화하였다. “그러나 21세기의 첫 10년이 지날 무렵, 천문학자들은 이런 엄청난 통계적 수치조차도, 갈릴레오가 고대인들로부터 물려받은 다섯 행성의 우주만큼이나 케케묵은 것일지 모른다는 결론에 도달했다. 이 새로운 우주에는 우리가 우주의 모든 것이라 믿었던 물질, 즉 여러분과 나, 그리고 내 컴퓨터와 저 모든 위성과 별과 은하들을 구성하는 물질이 아주 미량으로만 존재한다. 우주의 압도적인 대부분을 차지하는 나머지는… 누가 알겠는가?” (P. 11-12). 위에서 언급한 것과 같이 우주론자들의 탐구 과정에서 암흑 물질과 암흑 에너지의 존재를 알게 되었고, 그것들이 우주에서 차지하는 비율은 무려 96퍼센트라는 사실을 도출하였다. 즉, 우리가 우주에 대해서 알고 있었던 것은 고작 4퍼센트밖에 되지 않는 것이었다. 결국, “또다시 1610년”인 것이다. (P. 13).

2011년, 사울 펄무터, 브라이언 슈미트, 아담 리스는 ‘슈퍼스타와 우주 가속팽창의 발견’이라는 타이틀로 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 이들은 우주의 생성원리, 현재, 그리고 미래를 설명하기 위해 초신성을 찾으며 표준촛불 관련 연구를 경쟁적으로 진행하고 결국 같은 결론을 내린 팀들에 소속된 인물들이다. 4퍼센트 우주, 이 책에서는 그 과학자들이 그러한 연구를 시작하게 된 계기, 과정, 그리고 그 안에서 벌어진 연구팀 사이의 내외부의 알력 다툼 등을 긴 시간 동안의 방대한 조사와 집요한 취재를 바탕으로 이야기를 풀어나간다. 이를 통해 우리는 우리 인류가 우주에 대해 알고 있는 것은 고작 4퍼센트뿐이고, 나머지 96퍼센트는 암흑 물질과 암흑 에너지라는 사실 이외에 그 과정에서 어떠한 연구와 시행 착오를 겪어왔는지, 그리고 관련된 사실들에 대해 알 수 있다. 저자 리처드 파넥은 특유의 필력으로 그 내용을 풀어 썼지만, 여전히 배경 지식이 부족한 독자들에게는 자세히 이해하기에는 어렵게 느껴진다. 책의 내용은 결국, 과학자들의 탐구 과정에서 우리가 알지 못하는 암흑 물질과 암흑 에너지가 존재하고, 그 미지의 물질은 아직도 정체가 밝혀지지 않았으며, 계속해서 연구하고 있다라는 것이다.

 “수천 년 동안 천문학자들은 하늘에서 빛을 조사하는 방법으로 우주의 작용을 이해하려고 애써왔다. 그 뒤 갈릴레오를 시작으로, 그들은 하늘에서 육안으로는 볼 수 없지만 망원경으로는 볼 수 있는 더 많은 빛을 찾을 수 있었다. 20세기 중반 무렵, 그들은 ‘빛’을 더욱 폭넓게 이해하면서 망원경으로 전자기 스펙트럼의 가시영역 너무-전파, 적외선 복사, X선 등-를 관측했다. 암흑물질의 증거를 받아들인 뒤, 천문학자들은 ‘조사한다’는 말을 더욱 폭넓게 이해할 필요가 있음을 깨달았다. 이제 우주의 작용을 이해하고 싶다면 더 폭넓은 의미로 조사하는 방법을, 어떻게든 탐색하는 방법을, 어떤 방식으로든 접촉하는 방법을 터득해야 했다. 그렇지 않다면, 그들은 고대 천문학자들이 오감을 확대해줄 장비가 없을 때 할 수밖에 없었던 일을, 외형을 구현하고 생각하고 이론화하는 일을 해야만 할 것이다. 그리고 암흑 물질은 모두 이론적이었다. 처음부터 그것에 대한 증거는 간접적이었다. 그것이 존재함을 ‘아는’ 까닭은 우리가 볼 수 있는 물질에 그것이 영향을 미치는 방식 때문이었다.” (P. 278). 우리 인류는 아직 암흑 물질 그리고 암흑 에너지가 무엇인지 알지 못한다. 그저 그것이 존재한다는 것을 알 뿐이며, 아직도 연구하고 있는 것이다. “2010년 초에 우리 우주를 규정하는 수를 최신 보정한 마이크로파 비등방 탐사선의 7년간의 결과가 나왔다. 허블상수는 70.4였고, 상태 방정식은 -0.98로 오차 범위 내에서 -1.0이었다. 그리고 우주는 편평했고, 72.8퍼센트의 암흑 에너지와 22.7퍼센트의 암흑 물질과 4.567퍼센트의 중입자 물질(우리의 원료)로 구성되었다. 이것은 우리의 무지의 깊이를 말해주는, 정교할 정도로 정확한 회계였다. 이 야이기가 어떻게 끝날지는 지금으로서는 알 수 없다. 그리고 아마도 영원히 알 수 없을 것이다. 우주 역사의 마지막 장을 쓰는 데 착수한 천문학자들은 ‘계속된다’는 더 신중한 결론에 만족해야만 했다.” (P. 358).

 “저는 대부분의 사람들이 물리학자들을 물리학의 길로 들어서게 한 게 우리가 이미 알고 있는 것을 이해하고 싶어서가 아니라, 정말로 이상하게 돌아가는 우주를 이해하기 위해서라는 걸 깨닫지 못한다는 생각이 들어요. 우리는 세상에 대한 우리의 보통 직관들이 터무니없이 잘못된 것일 수 있고, 세상이 정말로 이상하게 돌아갈 수 있다는 사실을 무척 좋아합니다. 세상이 그런 행동을 계속 되풀이하게 할 수 있다는 사실을 사랑해요. 그러면 우린 그저 밖으로 나가서 계속 그렇게 하게끔 할 수 있으니까요. ‘또다시 해봐! 또다시 해봐!’라고 소리치면서 말이죠 … 그들은 항상 한계를 시험하고 있는 거야. 그리고 그게 바로 우리가 하는 일이고, 우리는 우주의 아기들이고, 한계가 무엇인지 시험하는 게지.” (P. 359). 하지만, 이렇게 과학자들이 계속해서 연구한다면 언젠가는 불가능해 보였던 암흑의 정체를 밝혀내는 것이 가능하지 않을까 하는 희망을 품어본다. “만약 우리의 행운이 계속 되고, 또 다른 뉴턴이 나오고, 우주가 또다시 우리가 이전에 상상할 수도 없었을 방식으로 간단한 것으로 드러난다면, 솔 펄머터의 딸이나 베라 루빈의 손자의 손자들은 그들이 본 것과 똑같은 하늘을 보고 있지 않을 것이다. 왜냐하면 그들은 그것을 똑같은 방식으로 생각하지 않을 테니까 말이다. 그들은 똑같은 별들을 보겠고, 우리 은하 이외의 수천억 개나 되는 은하들을 보고 감탄할 것이다. 그러나 그들도 암흑을 감지할 것이다. 그리고 그들에게는 그런 암흑이 지식으로 향하는-우리 모두가 한때 천진난만하게 빛이라고 불렀던 그런 종류의 발견들로 향하는-길을 의미할 것이다.” (P. 359).

지하 깊숙한 곳에서 암흑 물질을 발견하기 위한 실험에서 얻은 데이터를 분석하는 과정을 컴퓨터 앞에서 지켜보는 많은 과학자들의 모습으로 시작하는 프롤로그부터 과학자들이 우주를 탐구하는 생생한 과정을 (저자의 각 과학자에 대한 뛰어난 인물 묘사와 철저한 배경 조사 덕분에) 마치 소설처럼 흘러가듯이 읽어가다 어느새 마지막 에필로그에 도착하면 앞으로 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 연구가 어떻게 결론을 맺을지 궁금해 관련 뉴스를 찾아보는 자신을 발견할 것이다. 어쩌면 기사를 보고 '아, 이 사람!'하며 반가워하게 될지도... :)

                                                           - 10월 (2)

1. 2005년 미국의 과학 저널 [사이언스]는 창간 125주년을 맞아 우주와 자연, 생명과 의식에 관한 가장 중요한 125개의 질문을 선정했다. 아마도 해가 거듭될수록 의문점은 더욱 많아질 것이다. 의학이 발달되면서 질병이 늘어나듯, 과학 전반에 대해 풀어야 할 숙제는 넓고 깊어질 것이다.

2. 2011년 노벨물리학상은 미국 버클리 캘리포니아대의 솔 펄머티 교수, 존스홉킨스 대 애덤 리스 교수, 오스트레일리아 국립대의 브라이언 슈미트 교수 등 세 명에게 돌아갔다. 흥미로운 것은 이들이 서로 치열한 경쟁관계였다는 점이다. 이들은 선의의 경쟁 끝에 같은 결과에 도달했다.

3. 이들의 공통 연구과제는 우주는 빠르게 팽창하고 있으며, 이렇게 우주가 가속 팽창하는 것은 물질들 사이에 작용하는 중력에너지보다 큰 에너지가 존재하기 때문이라는 것이다. 우주의 73퍼센트 가량을 차지하고 있는 것으로 알려진 이 에너지를 우주론자들은 '암흑에너지'라고 부른다.

4. 여기서 '암흑'이라는것은 '밝혀지지 않아 알 수 없는 무언가'를 의미한다. 우주에는 이처럼 '암흑물질'이라 불리는 물질이 23퍼센트, '암흑에너지'라는 더 신비한 물질이 73퍼센트 존재한다. 따라서 우리가 알고 있고 밝혀진 물질의 정체는 오로지 4퍼센트 밖에 안된다는 것이다. 몰라도 너무 모른다.

5. 이 책 [4퍼센트 우주]는 바로 나머지 우주, 미지의 96퍼센트 우주에 관한 이야기를 담고 있다. 이 책의 저자 리처드 파넥은 컬럼비아대 부교수로 재직중이며, [뉴욕타임스], [디스커버] 등 다양한 매체에 과학과 문화에 대한 글을 기고하고 있는 베테랑 작가라고 소개된다.

6. 이 책은 정통 과학서적으로 분류될 성질은 아니다. 이 책의 전반적인 흐름은 우리가 발견한 우주가 고작 4퍼센트 밖에 안된다는 겸허한 진실을 알아내고 받아들이기까지의 숨겨진 이야기들을 기록한 르포 형식의 책이다.

7. 그렇다면 미지의 96퍼센트는 여전히 숙제로 남겨둬야 할까? "그들이 종종 '근본적인 코페르니쿠스 혁명'이라 부르는 것이 바로 지금 일어나고 있다. 그 혁명은 고감도 검출기들이 이미 도달했거나 결코 도달한 적이 없는 어떤 가설적 입자의 포착을 기다리는 지하 광산에서 일어나고 있다. 그 혁명은 커피를 마시며 대화를 나누는 중에, 에스프레소 잔에서 피어오르는 김을 보며 다중 우주를 생각해내는 상아탑에서 일어나고 있다. 그 혁명은 망원경들이 빅뱅의 잔존 복사를 추적하는 남극에서, 노벨상 수상자들이 이미 미지의 영역과의 만남으로 인정받기 시작한 스톡홀롬에서, 편안한 거실 소파에 앉아 수백 광년 떨어진 별들의 실시간 자기소멸을 관측하는 전 세계 포스트닥터 연구원들의 컴퓨터에서 일어나고 있다. 그 혁명은 건강한 공동 연구로, 또한 우주는 본질적으로 다윈주의적 장소이기 때문에, 경력을 다투는 경쟁으로 일어나고 있다."  (pp. 12~13)

8. 책은 총 4부로 구성되어있다. '눈에 보이는 것보다 많다', '어찌된 일인가', '심부의 얼굴', '눈에 보이는 것보다 적다'. 겨우 4퍼센트만 간신히 밝혀낸 인간 지식의 한계를 두고 우주가 한 마디 할 것 같다. "애쓴다~"

9. 대부분의 학문 분야가 그러하지만 특히 과학분야는 평생의 과업이 그저 한 발 내디딘 흔적으로 그칠지도 모른다. 그렇지만 그 길을 뒤따라가는 후학들에겐 더없이 귀한 발자욱이다. 아울러 인간이 우주와 인간, 인간의 뇌에 대해 모르는 것이 많다는 사실을 인정하다면 더욱 겸손해질 일이다. 어깨의 힘을 빼고, 난 척하지 말아야한다. 내가 이 땅에 사는 동안 나는 인류의 안녕과 평안을 위해 무엇을 남기다 갈 것인가 생각해볼 일이다.

P.S 1번에 언급한 과학의 의문점(난제)들을 국내의 과학자들이 답안지를 작성해 본 책이 있다.       [인간과 우주에 대해 아주 조금밖에 모르는 것들 / 정재승 외 / 낮은산]
http://blog.yes24.com/document/7077936

금년 추석에는 모처럼 커다란 보름달을 보면서 소원을 빌 수 있었을 것입니다. 낮에 태양을 볼 때는 별 느낌이 없습니다만, 밤하늘을 바라보면 커다란(?) 달과 반짝이는 별들이 흩어져 있는 공간에는 무엇이 들어있을까 궁금하다는 생각을 한 적은 없으십니까?

바로 그 캄캄한 공간을 설명하는 책이 바로 ＜4퍼센트 우주＞입니다. 캘리포니아대학교 버나드칼리지의 리처드 파넥교수는 이 책에서 2011년 노벨물리학상을 받은 미국 버클리 캘리포니아대학교의 솔 펄머터 교수, 미국 존스홉킨스대학교의 애덤 리스 교수, 오스트레일리아국립대학교의 브라이언 슈미트 교수 등 세 사람이 암흑물질과 암흑에너지에 대한 개념을 밝혀온 과정을 정리하고 있습니다.

우리가 밤하늘에서 볼 수 있는 행성과 은하 등은 우주의 4퍼센트에 불과하다고 합니다. 그 나머지 공간을 ‘암흑물질’이라 불리는 신비한 물질이 23퍼센트, ‘암흑에너지’라 불리는 훨씬 더 신비한 물질이 73퍼센트 채우고 있다는 것입니다. 우리가 살고 있는 세상을 거슬러 올라가다 보면 결국은 우주가 처음 열리는 순간에 도달하게 됩니다. 우주가 시작하는 과정은 아리조나대학 천문학과 크리스 임피교수님의 ＜세상은 어떻게 시작되었는가; http://blog.yes24.com/document/7075555＞를 읽어 이해할 수 있었습니다. 흔히 빅뱅이론으로 우주의 시작을 설명할 수 있다고 생각합니다만, 임피교수님은, 빅뱅이론이 우리가 흔히 생각하는 우주의 모든 물질이 한 점에 집중되어 있다가 확산을 시작한 우주의 기원을 설명하는 것이 아니라 우주가 진화해가는 과정을 제대로 묘사할 수 있다는 점에 무게를 두어야 한다고 설명하고 있습니다.

그런데 빠르게 팽창하고 있는 우주가 이렇게 가속 팽창하는 것은 물질들 사이에 작용하는 중력에너지보다 큰 에너지가 존재하기 때문이라는 것이고, 우주의 73퍼센트 가량을 차지하고 있는 것으로 알려진 이 에너지를 우주론자들은 ‘암흑에너지’라고 부른다고 합니다. 위키백과사전은 암흑에너지를 다음처럼 설명하고 있습니다. “암흑 에너지(dark energy)는 우주에 널리 퍼져 있으며 척력으로 작용해 우주를 가속 팽창 시키는 역할을 한다. 우주 안에 있는 모든 물질들은 중력을 가지고 있기 때문에 만약 우주를 팽창시키는 암흑에너지가 없다면 우주 자체가 물질들의 중력에 의해 수축해야 한다. 그러나 현재 우주는 우주 안에서 물질들이 끊임없이 새로 만들어지고 있음에도 불구하고 계속 팽창하고 있으며 심지어는 그 팽창속도가 더 빨라지고 있기까지 하다. 이것은 우주 안에 있는 물질들의 중력을 모두 합친 것보다 더 큰 어떤 힘이 우주를 팽창시키고 있음을 의미한다. 이 힘을 암흑에너지라고 하며 어떤 것인지 모르기 때문에 암흑(dark) 이라고 부른다.”

암흑에너지의 본질을 조사하는 방법으로 네 가지 정도가 고려되어왔다고 합니다. 첫째는, 유형 Ia 초신성의 관측을 통하여, 둘째는 중입자 음향진동의 측정을 통하여, 셋째는 전경에 놓인 은하단들의 중력적 영향 때문에 먼 은하들의 빛이 뒤틀리는 렌즈효과를 측정하여, 마지막은 은하단을 이용하여 선야예프-젤도비치 효과를 탐지하는 방법 등입니다. 저자는 갈릴레오 갈릴레이에서부터 2011년 노벨물리학상을 수상한 세 명의 주인공에 이르기까지, 우주의 비밀을 찾기 위해 혼신의 노력을 기울인 수많은 과학자들의 이야기를 담고 있습니다. 특히 이들이 서로 어떻게 영향을 주고받았는지 방대한 양의 자료와 인터뷰를 통하여 얻은 에피소드를 조화시켜 흥미롭게 읽을 수 있도록 하고 있습니다.

책을 읽다 부부싸움을 중재하는 랍비의 이야기를 읽으면서(222쪽), 싸우는 두 종들의 이야기에 각각 네가 옳다고 말씀하셨다는 황희정승의 고사와 꼭 같다는 생각이 들었는데, 천문학자 베라 루빈이 전했다는 이 이야기가 어디에서 온 것인지 분명하게 밝히지 않고 있어 안타깝다는 생각이 들었습니다. 어쩌면 황희정승의 말씀을 유대 랍비의 이야기로 둔갑시킨 것은 아닐까 싶어서입니다.

저자는 프롤로그에서 “그동안 우주의 실체를 이해하지 못한 것은 우주를 구성하는 물질들이 눈에 보이지 않았기 때문이라는, 그리고 바로 그런 우주가 우리의 우주이며, 우리가 이제야 탐구하기 시작한 우주라는 합의에 도달했다.”고 적어 우주에 대한 진정한 연구가 시작하는 출발선에 서있음을 분명하게 했습니다.

밤하늘은 항상 매혹적이다. 그래서인지 우리의 전래 동화부터 그리스 신화, 인디언 신화 등 전 세계 곳곳에서 밤하늘의 별자리를 둘러싼 온갖 얘기들이 전해온다. 137억년의 역사를 지닌 우주의 96%는 칠흑 같이 어두운 암흑 물질로 이뤄져 있다고 한다. 지금까지 존재한다는 것만 알려졌을 뿐 단 한 번도 관측되지 않았던 이 암흑 물질을 스위스 유럽입자물리연구소가 국제 우주 정거장의 알파 자기 분광계를 이용해 암흑 물질로 보이는 새로운 입자의 활동을 찾아냈다고 발표한 것이다.

이 책은 미국 컬럼비아대 버나드칼리지 부교수인 과학전문 저술가 리처드 파넥이 우주의 대부분을 차지하지만 눈으로 볼 수도 손으로 만질 수도 없는 존재인 이 신비의 암흑물질·에너지를 과학자들이 알게 되고 인정하게 되는 과정을 담고 있다. 이 존재를 알아차리고 인정하게 되기까지 과학자들이 쏟은 엄청난 노력은 물론 그들 사이의 뜨거운 경쟁과 암투까지 생생하게 포착한다. 나아가 그들이 마침내 마주친 유레카의 순간과 끝내 도달한 막다른 골목 등 그간 세상에 알려지지 않았던 뒷이야기까지 자세히 공개한다.

우주는 약 137억 년 전 대폭발로 탄생했다. 우주는 마치 풍선이 부풀듯이 계속 팽창한다. 놀랍게도 팽창 속도도 계속 빨라지고 있다. 그런 가속 팽창의 원인은 ‘암흑 에너지’다. 이 암흑 에너지는 우주 전체의 약 72퍼센트를 차지한다. 그리고 우주의 약 23.3퍼센트는 ‘암흑 물질’이다. 원자와 같은 보통의 물질은 약 4.6퍼센트다.

저자는 이 책에서 “암흑물질은 모두 이론적이었다. 처음부터 그것에 대한 증거는 간접적이었다. 그것이 존재함을 ‘아는’ 까닭은 우리가 볼 수 있는 물질에 그것이 영향을 미치는 방식 때문이었다. 그것이 무엇인가에 대한 분명한 대답도 크게 다르지 않았다.”(p.278)고 말했다.

저자는 로버트 디키, 애덤 리스, 베라 루빈 등 암흑물질·에너지 발견의 숨은 공로자들이 내세운 우주론을 하나씩 점검하면서 이들의 가설과 이론이 계속 부정되고 입증되며 엎치락뒤치락하는 과정을 그려낸다.

우주의 구성 요소 중 3분의 2를 차지하는 암흑 에너지 역시 정확한 명칭은 ‘미지의 에너지’이다. 이 암흑 에너지는 암흑 물질보다 그 정체가 더욱더 아리송하다. 그래서 심지어 어떤 과학자는 암흑 에너지의 원천이 되는 미지의 물질을 ‘제5원소’라고 부른다.

우리는 우주의 단 0.5퍼센트만을 파악하고 있을 뿐, 나머지 99.5퍼센트는 그것이 무엇인지 아직 감도 못 잡고 있다. 그런데 왜 상당수 과학자는 우리가 이런 ‘미지의 것을 정밀하게 안다’고 큰소리를 치는 것일까? 도대체 그들의 자신감은 어디서 비롯된 것일까 

암흑물질에 대해 알지 못했던 아인슈타인은 우주의 붕괴를 막는 미지의 존재를 ‘람다(Λ)’로 표시할 수밖에 없었다. 10여년 후 이 물질이 천체학자 허블의 우주 관측을 통해 발견된 우주 팽창을 가능케 하는 힘으로 실체를 드러내는 과정은 지적 호기심을 자극한다.

이 책을 통하여 과학자들이 앞선 과학자로부터 어떤 영향을 받았고 이론을 어떻게 수정해 갔는지 과학자들의 선의의 경쟁과 좌절, 탄식 같은 인간적 면모와 만나는 재미도 느낄 수 있다.

다소 생소한 영화 속의 이미지로만 남아있던 우주에 관한 구체적인 실체에 대한 연구 실적 논문을 접하고 차일피일 하다가 이제야 마무리하게 되었다.

천문학자, 물리학자, 천체물리학자들의 노력으로 우주는 조금씩 베일을 벗겨내기 시작하여 최근엔 빅뱅이론을 비롯, 우주관련 이론들의 우후죽순격으로 쏳아지고 있다. 이런 가운데 4퍼센트 우주 역시 최근까지의 연구 내용을 끌어오기 까지의 과학자들의 노력을 담고 있다.

현대 우주론의 역사를 돌이켜보면 1964년 짐 피블스에게는 철학적으로 우스꽝스런 존재였고, 1978년 마이클 터너에겐 직업적으로 위험했으며, 우주 배경탐사 이전의 과학자들에겐 물리학적으로 의심스러운, 펄머터와 슈미트도 우주 못지 않게 젊었을 당시(1965년)였지만 지금은 너무도 상식적인 내용이 되어버린 지 오래이다.

400년 전 망원경 발명이후 천문학자들은 하늘 괸측과 수학 적용을 통해 우주의 작용에 접근하기 시작하여 달과 행성, 별과 은하의 발견에 뉴턴의 법칙을 적용하게 되고, 이를 수정하여 아인슈타인의 법칙으로 발전하고, 이를 통해 우주 팽창이론은 빅뱅우주로 귀결되는 상황을 맞이하게 된다.

2010년 초 우주를 규정하는 수를 최신 보정한 마이크로파 비등방 탐사선의 7년간의 결과가 나왔는 데, 허블상수는 70.4, 상태방정식은 -0.98, 우주는 편평했고, 72.8퍼센트의 암흑에너지와 22.7퍼센트의 암흑물질, 4.56퍼센트의 중입자 물질로 구성되었다고 회계상의 수치로 발표했다.

하지만 천문학자들의 결론은 ‘계속된다’였다. 아직은 끝이 아니란 얘기.

이러한 노력들은 이젠 암흑물질과 암흑에너지 발견까지 이르러 무한한 우주에 한 발자국 더 나아가게 되었음을 알리게 된다. 이 과제는 우리들의 세대를 거쳐 손자대에 이르러 또 다른 발견을 알리는 사건에 직면할 테고 우린 지금의 자리에서 해야할 더 많은 발견에 치중할 뿐이다.

암흑물질 발견과 더불어 이야기는 시작되는데, 시대적 흐름을 짚어가면서 우주이론의 발전 과정과 연구소간의 치열한 경쟁, 뉴턴, 코페르니쿠스, 아인슈타인, 스티븐 호킹의 이론에 이르기까지의 과정등 우주관련 내용을 다양하게 풀어가고 있어 우주에 관심을 가진 여러분들의 궁금증을 풀어주는 데 좋은 정보로 활용하기 충분하다.