블랙홀과 우주론

웜홀에 대하여

이런 글을 읽은 적이 있다.

웜홀이 재조명받게 된 것은 우연한 사건 때문이었다. 항해 중이던 우주 탐사선 한 대의 신호가 갑자기 소멸되었는데, 아무리 경로 추적을 해도 도저히 찾을 수가 없었다. 탐사선은 아주 엉뚱한, 거의 우주의 반대편이라고 말할 법한 장소에서 발견되었다. 한 물리학 연구팀은 이 신호 소멸을 끈질기게 추적했다. 그리고 마침내, 당시 탐사선이 연구 목적으로 발생시켰던 특수한 액시온 입자선이 우주 공간의 웜홀을 활성화했다는 사실을 밝혀냈다. 이어진 후속 연구는 우주 개척의 패러다임을 바꾸었다. 웜홀은 원래 아주 불안정해서 우주선과 같은 거대한 물체와는 상호작용하지 않는다는 정론이 뒤집혔고, 실종된 탐사선의 사례를 따라 웜홀을 안정화할 수 있는 기술이 속속들이 발표되었다.

우리 우주에는 이미 셀 수 없이 많은 웜홀들이 있었다. 인류는 단지 이 통로들을 이용하기만 하면 되었다.

천문학 학술지에 등재된 논문인가?.

천만에. 위에 인용한 글은 김초엽의 『우리가 빛의 속도로 갈 수 없다면』이란 소설집에 수록된 같은 제목의 SF 소설의 한 대목이다. (위의 책, 162-163쪽)

거기 소개된 ‘웜홀’은 과연 사실일까 

웜홀을 통해서 ‘우주의 반대편이라고 말할 법한 장소’로 이동하는 것이 가능한 것일까 

웜홀이란, 실제로 존재하는 개념이다. 이 책에서 웜홀을 설명하는 것을 들어보자.

블랙홀 2개를 이어놓은 것을 웜홀이라고 해, 웜홀은 중력이 만드는 통로인데 영어로 ‘worm hole’, 즉 벌레 구멍이라는 뜻이야. 이 학술용어는 사과의 한 쪽 표면에서 다른 쪽 표면으로 기어가는 벌레가 구멍을 통해서 더 빨리 갈 수 있다는 것에서 비롯됐지. 뉴턴 때문에 중력을 설명할 때 늘 사과가 인용되는데 덕분에 사과 속 벌레까지 출세했어. (109쪽)

그러니 사과 한 쪽 표면에서 중심부를 통과하는 구멍을 파고 들어가면 반대편 표면으로 나오는 것, 가능하다는 것이다. 그래서 웜홀이라는 개념이 우주 이동에서 활용되는 것이다. 그런데 그게 이론상으로는 가능할지라도 과연 실제로도 가능할까 

이에 대하여 저자는 이런 설명을 하고 있다.

일반상대성이론에서 웜홀은 원래 블랙홀과 블랙홀을 연결하는 통로야. 중력장 방정식을 풀면 웜홀에 대한 답이 엄연히 있어. 그런데 문제가 있었지. (110쪽)

 

그러니 애초부터 웜홀이란 개념은 블랙홀을 전제로 하는 것이다. 그저 우주 아무 데서나 한 쪽 표면을 파고 들어가 다른 쪽 표면으로 짠 하고 나오는 게 아니라는 것이다,

문제가 있다고 했는데, 그 문제가 무엇일까 

한쪽에서 블랙홀로 들어가 살아남아서 다른 쪽 블랙홀에 도달한다고 해도 빠져나갈 수가 없기 때문이지. 따라서 이번에는 무엇이든지 내놓기만하는 ‘화이트홀’이 출구에 있어야만 했어. 그래서 SF 작가들은 화이트홀을 발명했지. 즉 블랙홀과 웜홀은 과학적 근거가 있지만 화이트홀은 없어. (110쪽)

그러니 인간이 블랙홀로 들어가 다른 쪽 출구인 화이트홀로 나올 수는 없으니, 웜홀은 어디까지나 SF속에서나 가능한 장치일 뿐이다.

그러나 여기 호킹이 한가지 여지를 남겨두었다.

화이트홀은 한동안 우리의 희망 사항으로 남아있었지만 호킹이 작은 블랙홀은 화이트홀과 다름이 없다는 사실을 보여서 다소 과학적인 입지를 차지하기 시작했어. (110쪽)

그것이 SF 작가들에게 희망가가 되었음은 물론이다.  

그게 SF 작가들에게는 대단히 희망적인 뉴스가 아닐 수 없었다. 오늘날 우주를 배경으로 하는 SF나 영화치고 웜홀을 통한 시공간 여행을 빌리지 않는 것은 거의 없다. 또하나 이런 전제가 붙으면 SF 작가들에게 웜홀은 이미 있는 것이나 마찬가지다.

설사 우리 인류가 과학이 덜 진보해 웜홀을 통한 여행을 할 수 없다하더라도, 우리보다 더 발전한 외계 고등 생명체가 웜홀을 통해 우리에게 올 수 있다는 가정이 많은 SF 의 토대가 되고 있다. (110쪽)‘

 

그러니 김초엽 작가의 소설 『우리가 빛의 속도로 갈 수 없다면』의 시대 배경은 현재가 아닌, 엄청한 과학 기술이 발달한 시대로, 시대가 다른 것이다.

어떤 시대인가? 이런 시대다.

인류가 고작해야 달이나 화성에 발을 내디디고 태양계 밖으로는 무인 탐사선만 날려보내던 시기를 지나, 진정한 의미에서 우주 곳곳을 개척하게 된 계기가 바로 워프 항법이었다. (김초엽 위의 책, 156쪽)

그런 시대이니 블랙홀도 화이트홀도 문제가 될 게 없다. 따라서 웜홀은 ’고차원 웜홀‘(의의 책, 161쪽)도 가능한 것이다.

그러나 어디까지나 현실과 SF는 엄연히 다른 법, 우리의 현실은 이 책에 기반을 두고 있다.

SF를 읽는데도, 현재 기술을 이해하는데도

이 책은 SF를 읽는데도, 또한 현재 기술을 이해하는데도 유용하다.

다음 사항을 설명해보라는 질문을 받는다고 해보자.

a. 특수상대성이론과 일반상대성이론을 구분해보라. (18쪽)

 

b. 지구인이 왜 그렇게 화성을 짝사랑해왔는지 설명해보라. (156쪽)

 

c. 뉴턴의 중력이론과 아인슈타인의 중력이론의 차이점은? (159쪽)

 

d. 지구 탈출속도는? (27쪽)

이런 것도 재미있는 질문이 될 것이다.

e. 10,000,000을 10의 거듭제곱으로 나타내라 (39쪽)

 

f. 가수 이정현이 부른 블랙홀 노래는? (148쪽)

다시, 이 책은 

위의 질문에 대한 답을 해보자.

a. 특수상대성이론은 ’특수한‘ 경우에만 적용되는 쉬운 이론이고, 일반상대성이론은 ’일반적으로‘ 적용되는 어려운 이론이다.

특수상대성이론은 1905년에 발표되었고, 일반상대성이론은 10년 뒤인 1915년에 발표되었다.

b. 화성이 여러 면에서 지구와 비슷하기 때문이다. 화성의 하루는 24시간 40분으로 지구의 하루와 비슷하다. 공전궤도면에 대한 자전축의 경사각도 24도로 지구의 23,5도와 별반 차이가 없다.

c. 뉴턴의 중력이론에서는 천체가 낙하하는 물체를 잡아당긴다고 생각하는데, 아인슈타인의 중력이론에서는 천체가 휘어놓은 시공간으로 물체가 들어간다고 한다.

d. 초속 11.2 km.

e. 솔직히 이 문제를 읽고 당황했었다. 거듭제곱은 고등학교 시절에 배우던 것 아닌가? 그런데 이 책에서 답을 읽으니 그렇게 쉬운 것을 공연히 미리 겁먹고 쫄았다 싶다. 답은 0이 7개니까 10의 7제곱이다.

f. 이정현의 이런 노래 있는 줄 처음 알았다. 노래 제목이 ’GX 339 ? 4’

가사는 이렇다.

가시가 저 꽃에 찔려 가시가 다시나 탐이나

가 다시 나 네가 나와 나 네가 다시 나되고서

 

(RAP) 지금 다가오는 아픔을 즐기며

너의 힘 때문에 한점으로 오므라든

너의 힘 안쪽의 막대한 힘 때문에

난 저 빗속으로도 탈출 못하지

 

야 야 빅뱅야 빅뱅야빅뱅야 빅뱅야

 

가시가 저꽃에 찔려 가시가 다시나 탐이나

가 다시 나 네가 나와 나 네가 다시 나되고서

 

(RAP) 지금까지 난 우물 안의 개구리였지

어떡하지 나 그만 밖으로 나왔어

우물안의 개구리라 말했기 때문이야

사상의 지평면 그곳은 나의 별야

 

야 야야 야야 야야 야야

야 야야 야야 야야 야야

가사 곳곳에 음미할 부분이 보인다. 빅뱅과 블랙홀에 대한 적절한 가사다.

심지어 ‘사상의 지평면’이란 가사를 읽으면서, 대단하다고 말할 수밖에.

‘사상의 지평면’이란, 블랙홀의 표면을 말하는 것이다

event horizon 이다. (이 책 33, 110쪽을 참고하시라)

이 책, 나의 하늘에 대한 눈을 더 크게 뜨게 해주었다.

책제목: 블랙홀과 우주론

저자: 박석재

출판사: 동아엠앤비

총 179쪽

일단 처음 손에 집어 들고 읽었을 때 술술 읽히는 것을 보고 금방 다 읽겠다 했는데, 어찌 저찌 바쁘게 시간을 흘려보내며 책을 멀리하다보니, 읽기 시작하고 한 달이 지나 버렸다..;; 꾸준하게 읽는 노력이 필요하구나..;;

이 책을 읽기 시작했을 때, 이렇게 쉽게 블랙홀과 우주론에 대해서 쓴 책이 있을까 싶었다. 내가 본 책 중에 가장 쉽게 설명했다고 해도 과언이 아니다.

이 책의 형식 또한 재미있다. 우주 여행을 간접적으로 경험해하게 해주는 지구의 코스모스 군도 여행 이야기가 있고, 그 이야기 속에 블랙홀과 우주론에 대한 이야기를 술술 풀어놓았다. 여행 속에서 우주를 탐험하면서 배우게 되는 이야기이다. 그리고, 정말 재미있는 것은 이 저자가 음악을 좋아하거나 미련과 같은 관심이 있나보다. 직접 작곡을 하셨는지 모르겠지만 음악도 곁들어 상상할 수 있는 악보도 종종 나온다.^^ 한 번 피아노로 처보려다 그냥 흥얼흥얼 악보를 보며 노래를 불러보는 것으로 넘어갔다. 작가의 다양한 관심과 사상을 느낄 수 있는 책이었다.

이 책에서는 세 신령이 나온다. 지구 신령, 은하 실령, 우주 신령. 작가가 어떤 사람인지 느껴지지 않는가.^^ 작가가 이런 말을 한다.

"과학이 남의 것처럼 느껴지는 분위기에서 위대한 과학자들이 나오기 어렵다고 생각한다"

＜블랙홀과 우주, 머리말＞

이런 생각에서 세 신령을 등장 시켰나보다. 마지막에 '사족'이라는 장으로 저자의 생각을 드러내는데, 거기에서 저자가 단군 이야기를 하며 식민사학자들과 싸우고 있다고 말하는데, 블랙홀 박사인 박석재 저자는 천문학으로 역사를 바로 잡는 일도 하고 있다고 한다. 이 사람의 종교나 사상은 둘째 치고, 우리 과학의 정체성을 갖는 것은 좋은 것이라 생각한다. 절대 천문학에 있어서 세계 역사에서 뒤쳐지지는 않았었으니 말이다.

일단 세 신령과 코스모스 군도 여행을 가게된 '나'의 이야기로 블랙홀과 우주론의 역사를 있게 한 여러 인물들을 곁에서 만날 수 있는 사람처럼 친근하게 다가가게 해준다. 이 진행은 물리는 딱딱하고 어려운 이야기라는 경계심을 조금은 풀게 해주고, 실제로 이 이야기들을 쉽게 느끼게 해준다.

저자는 상대론 이야기를 시작하며 블랙홀을 이야기 시작한다. 상대론 이야기를 한 이유는 시공간에서 물체의 운동이 힘이라는 장치보다 시공간의 이야기를 풀어가기 위해서다. 즉, 빛의 운동을 휘어진 시공간으로 설명하며, 이 빛조차도 빠져나가지 못하는 구멍을 만드는 블랙홀 이야기를 한다.

그리고, 우주 전체의 구조와 진화를 연구하는 학문인 우주론 이야기를 풀어낸다. 별의 진화와 종류, 팽창우주, 인플레이션, 빅뱅 우주, 과거에 생각했던 연속창생(Continuous Creation, CC) 우주론, 암흑에너지 등, 여러가지 우주론의 재미있는 이야기들을, 아주 아주 쉽게 중요한 이야기들을 소개해주고 있다.

사족에는 송유근에 대한 이야기도, 저자의 안타까움도 풀어내고 있다. 제자를 사랑하는 마음이 느껴져 이 부분이 가장 기억에 남을지도 모르겠다. 저자가 말했듯이, 이런 영재들을 키워내는 시스템이 갖춰져 있지 않다보니, 송유근이라는 영재가 언론을 통해 세간의 관심을 너무나 많이 받게 되어 이런 일이 생겼다는 것에 나도 한 표를 주고 싶다. 그렇지만, 이런 어려움도 잘 이겨나가며 그는 더 큰 학자가 될 수 있을거라 생각한다. 이 또한 송유근의 몫이겠지..

아무튼 이 책이 정말 정말 쉽게 우주론과 블랙홀을 설명한 책이라는 것은 분명한 사실이다.^^ 그래서, 재미있게 읽을 수 있었다. 가볍게 풀어내지만 그 내용은 절대 가볍지 않은 좋은 책이다.

2023년 3월~4월

* 이 책은 미자모 카페 서평단으로서, 순수하게 관심이 있어 지원하여 받은 책으로, 이 책을 읽고 솔직하게 서평을 적었습니다.

＜블랙홀과 우주론＞의 저자 박석재 박사는 서울대학교에서 천문학을 공부하고 텍사스 대학교에서 블랙홀 천체물리학으로 박사 학위를 받았다. 초등학교 저학년 때 하늘의 반짝이는 별들을 보고, 별을 공부하자는 마음을 품었다고 한다. 1960년대에는 관련한 마땅한 책이 없었기에 '블랙홀 박사'라는 별명을 가진 저자는 우리나라에 별, 블랙홀 관련 서적을 집필하고 소개하자,라는 사명을 갖고 있다고 한다. 많은 책들을 집필해왔고, 천문학 대중화를 위해 노력하였고, 한국천문연구원 원장도 역임했다. 그리고 천문학과 더불어 역사에 관련한 유튜브와 블로그를 운영 중이다.

얼마 전 강원도 여행 중에 만난 밤하늘의 별을 보고, 별과 우주에 대한 궁금증이 더해졌다. ＜블랙홀과 우주론＞은 블랙홀과 우주에 관련한 지식이 없는 문과 출신인 나 같은 사람들에게 신령 할아버지의 목소리를 빌어 우주와 별, 블랙홀에 대해 쉽게 설명해 준다. 이론들은 어렵지만, 그림과 예시를 들어 되도록이면 쉽게~ 쉽게 풀어준다. 모든 것을 이해할 수는 없지만, 신령의 강의 책을 읽다 보면 블랙홀과 우주, 상대성이론까지.. 어렴풋한 지식이 쌓이는 것을 느낄 수 있다. 물론 이 분야에 관심이 있는 누군가에게는 명확하게 말이다.

중간중간에 있는 [코스모스 군도 여행] 짧은 소설은 앞선 내용에 대해 설명을 더해주기도 하고 재미의 요소를 더해 흥미를 더한다. 여기서 여행을 하려면 우주에 관한 지식 시험을 치러야 한다. ㅠㅠ미래의 우주를 여행하는 여행자가 될 수도 있을까?

대략의 목차는 다음과 같다.

1. 상대성이론이란 무엇인가?

2. 미운 오리 새끼 블랙홀

3. 우주의 구조

4. 별의 일생

5. 백조가 된 블랙홀

6. 우주의 진화

"물리학을 완전히 바꿔버린 특수상대성이론의 출발도, 처음에는 한심하게 들리는, 순수한 시간과 공간에 대한 의문으로 시작됐어. 예를 들면, '버스가 내 앞을 지나 갈 때 그 버스 안에 흐르는 시간과 내 시간은 같은가?'질문에 답하는 것이 특수상대성이론이다. 이 질문에 대한 정답은 '다르다'야. ... 여기서 특수상대성이론은 '시간+공간'의 이론임을 쉽게 알 수 있어. 물질은 전혀 고려하지 않았기 때문이지. 이처럼 시간과 공간은 서로 독립돼 있지 않고 항상 같이 변해. 그래서 상대성이론에서는 시간과 공간을 묶어 시공간이라고 불러. 또한 3차원 공간에 1차원 시간이 합쳐졌다는 개념으로 4차원 시공간이라고도 해."

"별은 왜 빛날까? 어떻게 생각하면 다시 한번 한심하게 들리는 이 질문에 대한 정답을 20세기 초까지만 해도 몰랐어. 아인슈타인이 공식 E=mc ² 을 발견한 것이 1905년이니까. 별이 빛나는 이유는 핵에너지, 즉 핵융합 때문이야. "

우주와 블랙홀에 관한 책이지만 우주와 블랙홀 사진이나 이미지는 없다. 다만 이론에 대한 설명과 그 이해를 돕는 그림이 있을 뿐이다. 그래서 이 책의 제목 앞에 우주 학당 강의노트라고 적혀져 있지 않은가.

블랙홀, 초신성, 웜홀, 백색왜성, 허블, 상대성이론 등 익숙하지 않는 우주와 관련한 용어, 어려운 이론적 내용들을 쉽게 풀어주는 책이고, 부담스럽지 않는 양이어서 우주와 블랙홀 입문서로 읽기에 좋았기에 추천한다. 

** 출판사의 도서 지원을 받아 작성한 글입니다.

요즘 중등 과학 공부를 시작하며

지구와 우주의 신비에 푹 빠진 둘째를 위한

흥미진진한 과학 신간

블랙홀과 우주론에 대한 후기입니다!

특히 블랙홀은 워낙 신비로운 내용이 많아

평소 더 블랙홀에 관해 더 많은 책들을 찾아 읽기도 할 정도로

좋아하는 분야였는데

이 책은 최고의 블랙홀 박사가 만든 국내 유일한 블랙홀 전문서라니

읽지 않을 수가 없겠죠!!

블랙홀 박사로 유명한 저자가 평생 연구해 온 블랙홀 자료 중

반드시 알아야 할 내용만 집약해서 담은 책 답게 내용이 아주 알차답니다!

하지만 블랙홀의 개요를 보통 사람들이 이해할 수 있게 설명하는 것은 결코 쉬운 일이 아니라고 해요

난해하기로 소문난 아인슈타인의 상대성이론을 근거로 하고 있기 때문인 까닭인데

이 책의 저자는 청소년부터~ 어른까지 모두 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록

만화를 통해 설명하고 있어서 블랙홀에 대해 알고 싶다면

정말 꼭 추천하고픈 책이랍니다!

이 책을 쓰신 저자는 서울대학교 천문학과를 졸업하고

미국 텍사스 대학교에서 블랙홀 천체물리학으로 박사 학위를 받았다고 해요

다수의 천문학 서적과 소설을 집필하는 등 천문학 대중화에 헌신했고

2005년부터 2011년까지는 한국천문연구원 원장도 역임했다고 하니

책의 내용이 아주 깊이 있고 흥미로울 수 밖에 없네요!

상대성이론이란

블랙홀(미운오리~에서 백조가 되는)

우주의 구조

별의 일생

우주의 진화

재미있는 내용을 쭉 읽고 이해하고 나면

우주학당 블랙홀과 우주론 과목을 이수한 졸업장을 땅땅!! 받게 되는 재미있는 책 구조랍니다 ^^

신비로우면서도 아득한 공포의 대상이기도 했던 블랙홀!!

재미있고 흥미진진한 블랙홀과 우주에 관한 이야기를 만나보세요! ^^

-제공받은 도서로 솔직히 작성한 후기입니다-

요즘 과학 서적이 정말 괜찮다. 변명 같지만 독자는 학교 다닐 때 과학 과목과 친하지 못했다. 다른 과목에 비해 유독 과학과 수학이 약했다. 결국 대학도 문과를 갔고 이후 사회 생활도 수학과 물리와 상관 없는 인문 지식만으로 하는 곳에서 하고 있다. 학교에서 친하지 못한 과학이나 수학이 뒤처지자 직장 생활하면서 책으로 보충한다는 것은 생각보다 어려웠다. 부족한 과학 실력은 영화를 볼 때, 또 요즘 쏟아져 나오는 SF 소설을 읽을 때마다 걸림돌이 됐다. 작가들이 아무리 쉽게 풀어쓴다 할지라도 중력이나 우주의 물리법칙을 이해하지 못하면 상상만으로 그치니 그마저도 그냥 눈으로만 읽고 말게 된다. 그러니 흥미도 떨어지고 몰입도 안 된다. 과학을 쉽게 이해하도록 쓴 책을 찾다보니 청소년 대상 과학책부터 읽어볼 생각이 들었다. 찾아보니 요즘 과학책은 굉장히 알기 쉽고, 재밌게 기술되고 있다. 이 책 『블랙홀과 우주론』은 청소년을 대상으로 펴낸 책이니만큼 이 정도는 알아야겠다는 생각에서 읽게 됐다.

공상과학 소설이나 영화에 단골손님으로 등장하는 블랙홀이 표제어 속에 포함돼 있다. 아마 블랙홀이라는 단어를 들어보지 못한 사람은 거의 없을 것이다. 독자 역시 들어는 봤지만 설명해봐라 하면 우물쭈물 할 수밖에 없다. 이 책을 읽고서야 천천히 조금씩 깨우치게 됐다. 책은 블랙홀이란 엄청난 중력으로 인해 빛도 시간도 왜곡된다는 상식 밖의 존재로 설명한다. 특히 블랙홀은 우리가 알고 있는 모든 물리학의 법칙이 성립되지 않는 기묘한 공간이라고 한다. 또 외부 관측자가 안을 들여다볼 수조차 없다는 이 ‘이벤트 호라이즌’에 대해 더 자세하게 알고 싶다면 이 책을 펼치면 넉넉 잡고 두세 시간이면 블랙홀 개념 정립해 성공할 것이라고 독자는 믿는다. 이 책은 블랙홀 박사로 유명한 저자가 평생 연구해 온 블랙홀 자료 중 반드시 알아야 할 내용만 집약해서 담았다. 하지만 블랙홀의 개요를 보통 사람들이 이해할 수 있게 설명하는 것은 결코 쉬운 일이 아니라고 한다. 난해하기로 소문난 아인슈타인의 상대성이론을 근거로 하고 있기 때문이다.

저자는 이를 ‘행복하고 즐겁게’ 읽을 수 있도록, 직접 그리고 작곡한 삽화와 노래를 길잡이로 삼아 독자의 눈높이에서 이야기를 들려준다. 청소년은 물론 어른까지 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록 만화를 통해 우리 할아버지 모습의 신령들이 우주를 여행하듯 다양한 우주론과 별의 일생, 블랙홀의 구조와 성질, 우주의 신비를 하나하나 풀어냈다. 다가오는 뉴스페이스 시대를 대비해 우주에 관심이 있는 사람이라면 꼭 읽어 둬야 할 책이다. 이 책을 읽다가 보니 몇년 전 TV 케이블방송에서 봤던 영화 〈인터스텔라〉가 생각난다. 사실 이해되지 않은 부분도 있었으나 큰 관심을 끌고 화제가 될 정도로 흥행에도 성공한 영화라고 해서 참고 보았다.

영화 〈인터스텔라〉는 가까운 미래, 전 지구적 규모의 식량난과 환경 변화에 의해서 인류가 멸망하는 카운트다운이 진행되는 상황 설정부터 시작된다. 이 상황에서, 어느 중요임무의 수행자로 자신이 살아가는 시대에 환영받지 못하는 엔지니어이자 과거 우주선 조종사였던 사람이 발탁된다. 멀지 않은 미래의 지구는 인류의 잘못으로 황폐한 땅으로 변해 버렸다. 병충해가 심해져서 작물이 차례대로 멸종의 길을 걷고, 기껏해야 옥수수를 재배하는 일이 유일한 희망으로 남았다. 식량 문제와 더불어 고갈되는 자원이 인류의 재앙으로 떠오른다. 각국의 정부와 경제가 무너진 상태이고, 피폐해진 사회에서 벌어지던 약탈은 간신히 진정 국면을 맞았다.

딸과 아들을 지키려는 주인공은 아버지로 살아가면서도 자신의 꿈이 좌절되자 공허함을 느낀다. 세계는 기근을 해결하고자 농업을 다시 활성화하려 노력하고, 미국 항공우주국(NASA)도 해체되면서 우주여행은 불필요한 분야로 잊혀져가는 상황이기 때문이다. 그러던 중, 이상 중력 현상으로 비밀리에 연구를 진행하던 NASA팀을 발견한 주인공은 뜻밖의 소식을 듣게 된다. 태양계의 토성 뒷면에 '웜홀'이 생성되었고, 이를 통해 다른 은하계로 가는 인류의 탈출구를 찾는다는 계획이었다. 절멸의 과정에 놓인 인류의 미래를 위해 쿠퍼는 자녀를 두고 우주로 나아간다. 그는 반드시 돌아오겠다는 딸과의 약속을 지킬 수 있을까? 인류는 쿠퍼의 말처럼 '늘 그랬듯이 길을 찾을 수' 있을까?

〈인터스텔라〉를 보면 중력 이상과 시공간의 왜곡으로 인한 시공간여행이 나온다. 물론 블랙홀 속에 사람이 들어가면 살아서 나올 수는 없겠지만 영화적 허용으로 받아들이고 넘긴다. 중요한 것은 블랙홀이라는 존재가 인간이 수천 년간 쌓아온 학문과 상식으로는 그 실체를 가늠하기 힘든 현상이라는 점이다. 영국의 소설가 아서 매컨이 창시한 코즈믹 호러라는 장르는 인간이 감히 맞설 수 없으며 이해의 범주를 까마득히 넘어선 존재에게서 오는 무력함과 무가치함을 소재로 한다. 특히 우주에서 인류가 얼마나 보잘 것 없는지 적나라하게 묘사하며 그로 인한 압도적인 공포를 느끼게 해준다. 마블 영화에서 조금씩 언급되는 셀레스티얼 같은 우주적 절대자가 그 좋은 예라 하겠다. 블랙홀 역시 이러한 코즈믹 호러의 대상이 되기에 충분한 존재이다.

이 책 『블랙홀과 우주론』을 읽으면 읽을수록 신비로 가득한 우주와 블랙홀에 대해 경외감이 느껴진다. 그리고 인간의 지식으로 가늠하기 힘든 우주와 블랙홀의 실체를 다양한 각도와 방법으로 접근해 과학적으로 파헤치려는 저자의 노고에 감사할 따름이다. 그렇게 얻은 지식의 정수를 우리 모두에게 알기 쉽게 설명해 주고 때로는 재미와 함께 공유하려 하는 노력에 박수로써 응원한다. 인간은 불확실성을 두려워하는 생명체라고 한다. 미지에 대한 두려움은 불안과 공포로 다가온다. 그러나 마냥 겁에 질려 있을 필요는 없을 것 같다. 이 책을 전부 읽었을 때쯤이면 독자는 우주와 블랙홀에 대해, 누구보다도 잘 알고 누구보다도 더 박식한 사람이 되어 있을 것이기 때문이다. 알면 두렵지 않다. 적극적으로 해결책을 찾아 나선다. 그게 인류가 발전하고 살아온 방식이다.

이 책은 모두 6장으로 이루어져 있다. 1장 「상대성이론이란 무엇인가」, 2장 「미운 오리 새끼 블랙홀」, 3장 「우주의 구조」, 4장 「별의 일생」, 5장 「백조가 된 블랙홀」, 6장 「우주의 진화」 등이다. 책을 읽다보면 3개의 「코스모스 군도 여행」이 나온다. 과학책 하면 어렵고, 이해하기 힘들어 독자처럼 아예 거들떠보지도 않은 사람이 꽤 많은가보다. 저자는 과학책에 쉽게 설명하기 위해 작중 인물로 등장할 경우 서양 과학자 모습을 한 것도 어렵다는 선입견을 조금이라도 덜기 위해 스스로 '신령'으로 등장한다. 이 책에는 모두 세 명의 신령이 있다. 저자는 직급이 가장 낮은 '지구 신령'이어서 이 책의 설명을 맡았다. 쉽고 친근하게 하기 위해 스스로 신령으로 설정했다. 저자는 먼저 앙케이트 문항을 제시하고 두 항목 이상 해당한 독자는 이 책을 읽지 않아도 좋다고 말한다. 독자는 당연히 두 항목이 훨씬 넘는다. 저자는 책을 재미있게 만들기 위해서 하나의 장치를 더 책 속에 집어넣는다. 「코스모스 군도 여행」이다. 책 중간중간에 끼워넣었지만 본문보다 더 어렵게 느낄 독자들을 위해 일부러 하와이 비슷하게 섬들을 배치했다고 밝힌다. 조금이라도 더 집중해야 할 일이다.

아인슈타인의 '상대성이론'은 물리학이나 우주에 대해 문외한이라도 들어본 적은 있을 것이다. 특히 원자폭탄 관련해서 이야기가 나오는 전쟁 다큐멘터리 등에는 그의 이름이나 이론이 필수적이기 때문이다. 상대성이론은 두 개의 이론을 아우르는 말이다. 특수상대성이론과 일반상대성이론이 그것이다. '특수'자가 붙은 이론이 더 어려울 것 같지만 정반대다. 특수상대성이론은 아인슈타인 혼자만의 이론은 아니지만 시간과 공간에 대한 의문으로 시작됐다고 저자는 알려준다. 쉽게 표현하자면 '버스가 내 앞을 지나갈 때 그 버스 안에 흐르는 시간과 내 시간은 같은가?' 정답은 '다르다'이다. 특수상대성이론은 '시간+공간'의 이론이다. 물질은 전혀 고려하지 않았기 때문이다. 시간과 공간은 서로 독립돼 있지 않고 항상 같이 변한다고 한다. 이를 묶어 시공간이라 한다. 또한 3차원 공간에 1차원 시간이 합쳐졌다는 개념으로 4차원 시공간이라고 한다고 설명한다.

책에 따르면 특수상대성이론의 결과로 유명한 공식은 E=mc2('2'는 거듭제곱＜자승＞)이다. 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는 광속을 의미하므로 에너지는 질량으로, 질량은 에너지로 서로 전환될 수 있다. 광속의 제곱이 곱해지므로 작은 질량이라도 큰 에너지를 낼 수가 있는 것이다. 이것이 바로 인간이 제조하고 있는 원자폭탄, 수소폭탄의 원리이기도 하다. 이에 비해 일반상대성이론은 '시간+공간+물질'에 관한 이론이어서 훨씬 어렵다. 물질은 해, 달, 별, 은하와 같은 천체를 이루며 중력을 행사하므로 일반상대성이론은 새로운 중력이론이 된다. 아인슈타인의 상대성이론이 전통적으로 내려오던 뉴턴의 중력이론과 가장 크게 다른 점은, 질량이 시공간을 휘게 해 중력장이 형성된다고 보는 관점이다. 뉴턴의 중력이론에서는 물체가 천체의 중력에 이끌려서 천체를 향해 떨어진다고 해석했다.

일반상대성이론에서는 물체가 천체의 중력이 휘어 놓은 시공간 안에서 운동한 결과로 천체에 떨어진다고 풀이한다. 예를 들어 얇은 고무 막에 무거운 구슬(천체)을 올려놓으면 고무 막은 휘게 된다. 무거운 구슬에 의해 휘어 있는 고무 막에다가 작고 가벼운 구슬(물체)을 또 굴리면 구슬은 큰구슬 쪽으로 돌면서 굴러 떨어지게 된다. 중력장 주변에서 빛이 휘는 현상도 이처럼 자연스럽게 설명할 수 있다. 뉴턴 이론에서는 빛(광자)은 질량이 없으므로 중력에 의해 영향을 받을 이유가 전혀 없다. 하지만 상대성이론에서는 빛이 휜 시공간을 진행하면 저절로 궤적이 휘게 돼 아무런 문제가 없다. 빛은 두 점 사이의 최단거리를 여행하는 데 휜 시공간에서 그 궤적은 직선이 아니다. 빛이 휜다는 것은 당시로서는 상상도 할 수 없는 일이었다. 이 때문에 대부분의 과학자는 일반상대성이론의 결과에 대해 의심을 하고 있던 중 1919년 에딩턴이라는 영국의 천문학자가 주축이 된 일식 관측 팀이 개기일식을 완전하게 관측할 수 있는 아프리카에 갔다. 개기일식이 일어나면 보름달이 떠 있는 밤처럼 어두컴컴해지고 밝은 별들이 보인다. 이때 별들의 겉보기 위치는 아인슈타인과 슈바르츠실트가 옳다면 실제 위치보다 해로부터 더 멀리 떨어져 있어야 한다. 에딩턴은 이런 현상을 실제로 관측해서 해 주위에서 빛이 휜다는 사실을 증명했다.

블랙홀 속에서 일어나는 일은 외부 관측자가 볼 수 없어. 이는 우리가 지평선 너머에 있는 물체를 볼 수 없는 것과 같지. 이런 뜻에서 블랙홀의 표면을 ‘사건의 지평선’, 영어로 ‘event horizon’이라고 불러. 사실 사건의 지평면이 더 정확한 표현이지만 관용적으로 사건의 지평선이라고 부른 거야. 따라서 블랙홀의 표면이라는 말도 단순히 사건의 지평선을 의미하는 것으로 해석해야 해, 거기에 어떤 바닥이 있는 게 아니야. 그런데 블랙홀 내부 구조는 의외로 간단해. 중앙에는 특이점, 영어로 ‘singularity’라고 불리는 밀도가 무한대인 점이 있고, 다른 곳에서는 물질을 찾아볼 수가 없어. 왜냐하면 사건의 지평선을 넘어서 들어온 물질은 결국 모두 중앙의 특이점으로 끌려 들어가기 때문이지. 특이점에서는 현재 우리가 알고 있는 어떠한 물리학의 법칙도 성립하지 않아.(p.33)

전화나 전보가 없던 조선시대 두 전령이 평양과 전주로부터 그 당시 가장 빠른 운송 수단인 말을 타고 최대한 빨리 달려와 임금에게 올린 정보가 완벽하게 똑같다면 이해가 갈 수 있어? 이런 수수께끼의 해답으로서 미국의 구스(Guth)는 인플레이션(inflation) 우주론을 도입했지. 인플레이션이라는 말은 태초 어느 순간 우주가 갑자기 비정상적으로 엄청나게 커졌다는 것을 의미해. 즉 처음에는 느리게 팽창하다가 인플레이션이 일어나 부쩍 더 빨리 팽창한 후 다시 느린 팽창으로 돌아갔다는 말이야.(p.129)

저자 : 박석재

서울대학교 천문학과를 졸업하고 미국 텍사스 대학교에서 블랙홀 천체물리학으로 박사 학위를 받았다. 다수의 천문학 서적과 소설을 집필하는 등 천문학 대중화에 헌신했고 2005년부터 2011년까지는 한국천문연구원 원장도 역임했다. 저서로는 『해와 달과 별이 뜨고 지는 원리』, 『이공대생을 위한 수학특강』, 『개천혁명』, 소설 『개천기』 시리즈 등이 있다. 현재 역사광복을 추진하는 사단법인 대한사랑의 이사장직을 수행하고 있다.

블로그 http://blog.naver.com/dr_blackhole

＜출판사로부터 도서를 제공받아 작성된 리뷰입니다.＞

지난해 말부터 우주 관련 교양서를 몇 권 읽게 되었는데 순수한 문과의 눈으로 우주를 이해하는 것이 얼마나 어려운 일인지를 잘 깨닫는 계기가 되었다.

콩나물시루에 물 빠지듯 읽은 후 기억에 얼마 남지는 않아도 계속 읽다 보면 무언가 남는 게 있겠지 싶어 쉬워 보이는 우주 과학 책이 나오면 읽어보려고 시도하는 편이다.

이 책 역시 그런 시도의 연장선에서 읽어보게 되었다.

'블랙홀 박사'라고 불릴 만큼 평생을 블랙홀 연구에 바쳐온 저자가 청소년은 물론 나 같은 문돌이 성인들을 위해 블랙홀의 정체를 알기 쉽게 설명해 주는 책이다.

책 표지에 세 명의 할아버지 도사들이 등장하는데 이들이 중간중간 중요한 개념들을 그림으로 보여줄 때 등장해서 이해를 돕는다.

우주 과학 서적에는 흔히 아인슈타인을 닮은 캐릭터가 등장하기 마련인지라 저자가 한국스러운 캐릭터가 나와서 설명하는 것이 과학을 더 친근하게 느낄 수 있지 않을까 싶어 직접 창조한 캐릭터라 한다.

(요즘 이런 것에 불편함을 느끼는 사람들이 많아져서 그런지 저자가 머리말에서 그림 실력이 부족해 여자 도사는 못 그려 죄송하다고 미리 밝혀두고 있다.)

역시나 우주를 이해하는 초석은 상대성이론인지라 이 책의 시작 역시 상대성이론으로 시작한다.

물론 그 자체로 책 한 권이 부족할 개념이기 때문에 정말 중요한 점만 간단히 설명하고 넘어간다.

2장에 드디어 이 책의 중심 주제인 블랙홀이 등장한다.

블랙홀의 개념 자체는 1910년대에 처음 등장했지만 블랙홀의 압도적인 질량이 비현실적이라 믿은 당시 사람들은 그저 상상의 개념으로 취급했다.

그로부터 50년이 지난 1963년에 이르러 수학적으로 블랙홀의 존재가 증명됨에 따라 블랙홀의 연구가 다시금 탄력을 받게 되었다.

여기에서 SF의 필수 개념인 웜홀 이야기를 비롯해 별이 블랙홀이 되기까지 별의 일대기를 별의 크기별로 분류해 알려준다.

중간중간 '코스모스 군도 여행'이라는 가상의 여행 이야기가 삽입되어 있는데 여기에서 앞서 설명한 개념들을 한 번 더 알려줌으로써 이해를 돕는다.

사실 청소년용으로 나온 책이라 생각해서 조금은 편안한 마음으로 읽기 시작했는데 안에 내용은 생각보다 쉽진 않았다.

달리 표현하자면 문체는 친절한데 설명이 아주 친절한 편은 아니었다.

적은 분량에 많은 개념을 설명해야 해서 그런지 짧은 설명으로는 이해하기 어려운 개념들이 너무 빨리 지나가는 느낌이었다.

하지만 중간중간 그려진 그림들이 부족한 텍스트를 꽤 많이 보완해 주는 느낌이 들었다.

하지만 본래 블랙홀을 비롯한 우주 과학의 기본 개념들이 그리 쉬운 것들이 아니라는 점을 고려하면 180페이지가 채 안 되는 분량에 이 정도의 개념을 녹여냈다는 점은 훌륭했다.

이 책을 읽은 후 다른 책들로 시야를 넓혀갈 수 있다면 우주 공부에 재미를 느끼기 위한 초석으로서는 읽을 가치가 충분하다는 생각이 들었다.

태생이 문돌이인지라 과학 지식을 수식 없이 이해하는 것이 쉽지만은 않다.

하지만 이런 책들이 많이 나와줘서 나 같은 사람들도 과학을 조금이나마 가깝게 느낄 수 있지 않나 싶어 그저 감사할 따름이다.

블랙홀과 우주론

내가 아는 블랙홀은 우주에 있는 검은 덫으로 행성이 블랙홀에 빠지면 다시는 나오지 못하고 소멸해버린다는 것이었다. 그런데 십여년 전 기사를 통해 스티븐 호킹 박사가 자신의 이론이 틀렸음을 인정했다고 한다. 잘은 모르지만 블랙홀에 들어가는 곳만 있는게 아니라 다시 나오는 곳도 있다는 것. 그러니까 소멸되지 않을 수 있다는 것이다. 뭔지는 모르겠지만 나에게 블랙홀은 우주의 보이지 않는 끔찍한 덫의 이미지에서 또 다른 세상으로 순간이동 시켜주는 장치로 이미지가 바뀌었다.

모든 것을 삼켜버리는 블랙홀이 실존하는 것일까? 에 대해서는 솔직히 항상 의심스럽다. 내 머릿속 지식으로는 이해가 되지 않기 때문이다. 빛마저 삼켜버린다고 

언젠가 블랙홀에 대해서 한번은 책을 읽어보고 싶다고 막연히 생각했었는데, 그 시점이 이렇게 느닷없이 다가오다니! 미자모카페 서평단에 ‘블랙홀과 우주론’ 서평단 신청을 받는 것을 보고 냉큼 신청했고 당첨되어 책을 받아보게 되었다.

블랙홀은 아인슈타인의 상대성이론을 바탕에 두고 있어 사실 설명하기도 이해하기도 쉬운건 아니라고 한다. 그래서 이 책을 쓴 천백 박석재 선생님은 우주신령과 제자들 캐릭터를 이용해서 설명을 하고 있다.

책 내용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

1. 상대성이론이란 무엇인가

2. 미운 오리 새끼 블랙홀

3. 우주의 구조

4. 별의 일생

5. 백조가 된 블랙홀

6. 우주의 진화

그리고 두 챕터 후마다 코스모스 군도 여행이라는 코너속의 코너 마냥 이야기 형식의 또다른 이야기가 들어 있다.

그리고 각 챕터마다 마지막에는 요점 정리란이 있어서 앞서 우주신령과 제자들 캐릭터를 등장시켜서 설명한 이론들을 다시 한 번 정리할 수 있도록 돕고 있다.

읽으면서 내용 중 새롭고 인상적인 부분들은 다음과 같다.

지금도 지구 중력으로 인해 아래로 물건이 떨어진다고만 알고 있었는데, 이른바 뉴턴의 중력의 법칙은 나도 알고 있다. 그리고 아이들 과학동화 전집에도 빠짐없이 중력이야기가 나온다.

아인슈타인의 상대성이론이 전통적으로 내려오던 뉴턴의 중력이론과 가장 크게 다른 점은, 질량이 시공간을 휘게 해 중력장이 형성된다고 보는 관점이야. 뉴턴의 중력이론에서는 물체가 천체의 중력에 이끌려서 천체를 향해 떨어진다고 해석했지.

일반상대성이론에서는 물체가 천체의 중력이 휘어놓은 시공간 안에서 운동한 결과로 천체에 떨어진다고 풀이해. 예를 들어 얇은 고무막에 무거운 구슬(천체)을 올려놓으면 고무 막은 휘게 될 거야. 무거운 구슬에 의해 휘어 있는 고무 막에다가 작고 가벼운 구슬(물체)을 또 굴리면 구슬은 큰 구슬 쪽으로 돌면서 굴러 떨어지게 되지. 중력장 주변에서 빛이 휘는 현상도 이처럼 자연스럽게 설명할 수 있다.

천체가 물체를 잡아 당기는 것이 아니라, 천체가 시공간을 휘게 만들어서 물체가 천체쪽으로 향할 수 밖에 없다는 것! 그렇구나! 진짜 난생 처음듣는 이야기이다. 그동안 전통적인 뉴턴의 중력법칙만 교과서를 통해 배운적이 있었고 아인슈타인의 일반상대성이론에 대해서는 배운적이 없으니 여태껏 모르고 살아왔던 거다.

그런데 왜 그 많은 과학 동화도 단순히 지구의 중력이 물체를 잡아당긴다고 설명만 하고 있는 걸까? 그리고 요즘도 중고등학교 물리시간에 뉴턴의 중력법칙만 배울까? 문득 궁금해진다.

블랙홀 표면 전체에서 꾸준히 일어나느 ㄴ이런 현상을 종합해 보면 우리는 블랙홀이 빛을 내는 것과 다름없다는 사실을 깨달아 그리고 마침내는 블랙홀이 없어지는 것이지. 이때 블랙홀이 내는 빛을 호킹복사라고 해.

내가 아는 스티븐 호킹박사가 블랙홀도 빛을 낼 수 있다는 사실을 발표했단다. 블랙홀이 모든 것을 빛마저 잡아당기기만 하는 것은 아닌 것이다. 읽을수록 알 듯하면서도 이해하기 어렵다.

이 우주는 대부분 수소와 헬륨으로 구성돼 있지만 끊임없는 별의 핵융합과정에 의해 언젠가는 수소와 헬륨이 고갈될 거야. 이때가 되면 별의 탄생은 더 이상 일어나지 않아. 따라서 은하들은 더 이상 별들을 갖지 못하고 백색왜성, 중성자성, 블랙홀 같은 별들의 시체만을 지니게 돼. 이것은 앞으로 1조년 뒤의 일이야.

여런 이론을 종합하면 그렇다는 건데, 그리고 여기에 쓰인 이론 중 일부는 입증도 되었다는데, 사실 나는 믿기가 어렵다. 태양도 별이니 언젠가는 백색왜성이나 중성자성 또는 블랙홀이 되어 빛을 잃을 거라는데, 도무지 믿기 어렵다.

책을 다 읽고 나서도 상대성이론이나 블랙홀에 대해서 다 이해했냐고 묻는다면 절대 아니다. 그렇지만 책 설명이 정말 간결하면서 쉽게 되어있고(워낙 이해가 어려운 이론들에 대한 설명이지만 그에 비해서 쉽게 전달하는 것 같다), 중간 중간 삽입된 그림이 특히 이해를 하는데 큰 도움이 된다. 간결한 그림이지만 무엇을 설명하는지 이해를 돕는데 탁월한 역할을 한다. 책을 읽고 뭐라도 알게 되었다면 그건 모두 그림설명의 덕이 크다.

한번쯤 우주론에 대한 여러 이론에 대해 알고 싶다면 무조건 추천이다. 대충 이야기형식으로만 전하는 것이 아니라 여러 과학자들이 밝혀낸 사실들을 자세하지만 쉽게 풀어주고 있어서 어려운 이론들이지만 한번 쯤 그렇구나! 알아가는 즐거움을 느낄 수 있다.

과학자들의 엄청난 노력의 산물로 인류는 이렇게 우주에 대해 많은 것을 알아냈다고 하는데 왜 나는 이 책을 읽고 나서도 여전히 우주는 그저 신비롭고 미지의 세계로 느껴지고 블랙홀이나 빅뱅이론이니 하는 것들도 모두 허구처럼 느껴지는지 모르겠다. 지금 인간이 우주에 대해 아는 것은 드넓은 태평양 바다의 어느 한 곳만 보고 태평양에는 이런 물고기가 살아~라고 속단하는 것처럼 어쩌면 인간도 우주의 극히 일부에 대해서만 아주 조금 알고는 그것을 쉽게 전체에 적용해서 별은 이렇게 탄생해~ 우주는 이렇게 시작해~ 우주는 이런 모습이야~라고 섣부르게 단정짓는 것은 아닐까?

나는 손에 잡히고 눈에 보이는 현실세계에 살고 있는데, 내가 내딛고 있는 이 현실세계는 동시에 우주라는 미지의 추상적이고 이야기 속에나 존재하는 것 같은 미지의 세계에 존재하고 있다는 사실이 항상 신기하게 느껴진다.

* 이 글은 미자모카페를 통해 출판사로부터 제공받아 읽은 후 쓴 솔직한 리뷰입니다.