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고등학생 때 물리, 화학, 생물, 지구과학을 배운다. 코스모스 오디세이는 그 모든 과목을 다 합친 책이다. 교양으로 볼 수 있는 모든 과학이 있다. 그리고 중간에 우리가 모르는 영역에 대해 저자는 과감하게 모른다고 이야기한다. 사실 우리가 알 수 있는 것은 제한적이다. 모르는 것이 더 많다. 이 넓고 넓은 우주에 우리는 어쩌면 너무 작은 존재이다. 그래서 우주의 모든 것을 알 수 없다. 그리고 너무 어려운 부분은 그림을 통해 좀 쉽게 설명해 준다. 이 책을 통해 우주를 여행해 보는 것도 좋을 것 같다. 끝! |
 위의 도서 『코스모스 오디세이』 는 물리학 교수인 '대니얼 화이트슨'과 공학자 '호르헤 챔'이 공동 저술한 도서로써 우주를 주제로한 다양한 지적 질문들을 담고 있다. 우주를 이해하는 여정 중에 소개된 다양한 개념들 중 우주의 구성 요소(물질 5% / 암흑물질 27% / 암흑에너지 68%), 반(反)물질, 질량(관성질량 & 중력질량), 우주선(cosmic rays) 에 대한 개념들이 개인적으로는 흥미롭게 느껴졌는데, 그중에서 일종의 '도플갱어(Doppelganger)' 효과처럼 물질과 반(反)물질이 만나 소멸(annihilation) 하는 현상을 가진, '반(反)물질' 에 대한 소개가 특히 인상적이었다. 그외에도 다양한 흥미로운 개념이 있기는 하지만 한편으로는 두명의 저자가 대중의 이해를 돕기위해 쉽게 설명하고 비유하려 했음에도 불구하고, 일반인이 느끼기에 조금은 어렵게 느낄 수도 있겠다는 생각이 들었다. 특히 현대 물리학의 2개의 축인 '상대성이론', '양자역학' 에 대한 대략적인 이해가 있다면 좀더 유려하게 이해할 수 있겠지만, 그러한 관련 이해가 없다면 지금이라도 늦지 않았으니 관련 도서나 관련 영상을 참고한 뒤 읽어보길 추천하며 글을 맺는다. p.s. 관련 영상 https://youtu.be/9iQtSD9oZd8?list=PLYbhBqj0T0wWoEPaA0q6hVOr7427Js5k- https://youtu.be/bhRPnAUI2mA?list=PLsPj4izmHF0p8pt4isU7FadZNZYevlTF8 https://youtu.be/mjPy7BqIrEY?list=PLsPj4izmHF0reDNV_NaF8jodDYLpSC_-v ============================== 앞으로 저희는 아직 답을 찾아야 하는 우주에 대한 거대한 질문들, 그리고 그 질문에 대한 답이 신비의 영역으로 남아 있는 이유를 설명할 것입니다. 여러분이 책을 다 읽을 때쯤이면 우주에서 일어나는 일이나 우주가 움직이는 원리를 우리가 조금이라도 알고 있다는 생각이 얼마나 어리석은 것인지 잘 알게 될 겁니다. 좋은 쪽으로 생각하면 최소한 우리가 왜 조금도 알지 못하는지 조금이라도 알게 될 겁니다. 이 책의 목적은 우리가 모른다는 사실로 여러분을 실망시키려는 것이 아닙니다. 탐구해야 할 미지의 영역이 믿을 수 없을 정도로 넓다는 사실을 알리고 여러분을 흥분의 도가니로 몰아넣으려는 데 있습니다. 저희는 풀리지 않은 우주의 신비 하나하나에 대해 그 답들이 인류에게 어떤 의미가 있고, 그 답들 뒤에 얼마나 놀라운 것들이 숨어 있는지 보여줄 것입니다. 세상을 다르게 보는 방법을 알려드리겠습니다. 우리가 무엇을 모르는지 이해하게 되면, 미래는 아직 놀라운 가능성으로 가득 차 있다는 사실을 알게 될 것입니다. 자, 이제 편안하게 우리의 무지 속으로 들어갈 준비를 해볼까요? 발견의 첫 걸음은 무엇을 모르는지 알아내는 거니까요. 지금부터 우주에서 가장 거대한 신비 속으로 여행을 시작합니다. p 010 서론  ============================== 과학의 역사는 혁명의 역사입니다. 혁명이 일어날 때마다 우리는 특정 관점이 세계관을 왜곡하고 있었음을 알게 됩니다. 평평한 지구, 지구 중심의 태양계, 항성과 행성이 지배하는 우주. 이런 개념들은 당시의 자료를 고려하면 모두 합리적이었습니다. 하지만 이제 우리는 이 개념들이 당황스러울 정도로 순진한 개념이었다는 것도 잘 알고 있습니다. 더 많은 혁명이 임박했음이 거의 확실해졌습니다. 상대성이론, 양자물리학 등 우리가 현재 받아들인 중요한 아이디어들도 언젠가 새롭고 놀라운 아이디어에 밀려 깨지고 대체될 수 있습니다. 지금부터 200년 후 사람들은 우리가 원시인들의 세계관을 이해했던 것 처럼 우리의 세계관을 대할 것이 확실합니다. 우주를 이해하기 위한 인류의 여행은 끝나려면 아직 멀었습니다. 여러분은 이 이행에 동참하게 됐습니다. 우리는 이 여행이 파이보다 더 달콤할 것임을 약속합니다. p 020, 021 제1장 - 우주는 무엇으로 만들어졌나? ============================== 물질은 네 가지 방법으로 상호 작용합니다.  중력 2개의 물체에 질량이 있다면 이 물체들은 서로에게 끌리는 힘즉 중력(gravity)을 느낍니다. 전자기력 전자기력(electromagnetism)은 2개의 입자가 전하를 갖고 있을 대 느끼는 힘입니다. 이는 전하가 같은지 다른지에 따라 당기는 힘이 될 수도, 미는 힘이 될 수도 있습니다. 이 힘은 일상생활에서 실제로 느낄 수 있습니다. 지금 보고 있는 이 책을 손가락으로 눌렀을 때 종이가 부서지거나, 손가락이 종이를 뚫고 통과하지 않는 것은 책 속의 분자들이 전자기적 결합으로 서로 꽉 붙들고 있는 상태에서 손가락에 있는 분자들을 밀어내기 때문입니다. 전자기력은 빛은 물로 전기와 자기도 발생합니다. 입자와 힘의 관계 그리고 빛에 대해서는 나중에 더 자세히 설명하겠습니다. 약력 약력(weak nuclear force)은 여러 면에서 전자기력과 비슷하지만 힘이 훨씬 약합니다. 예를 들어 중성미자는 이 힘을 이용해 다른 입자들과 상호 작용합니다(약하게!). 한편 약력은 매우 높은 에너지 상태에서 전자기력만큼 강한 힘이 되며, '전약력(electroweak)' 이라는 통합된 힘의 일부가 되는 것이 관찰됐습니다. 강력 강력(strong nuclear force)은 양성자와 중성자를 원자의 중심에 묶어두는 역할을 합니다. 이 힘이 없다면 양전하를 띤 핵 안의 양성자들은 서로 밀치고 날아가 버리겠죠. p 031, 032 물질은 어떻게 상호 작용하는가 제2장 - 암흑물질이란 무엇인가? ============================== 암흑물질은 질량이 있기 때문에 중력의 영향을 받습니다. 우리가 암흑물질의 상호작용에 대해 확실히 아는 것은 이게 전부 입니다. 우리는 암흑물질이 전자기적 상호작용 (electromagnetic interaction)을 하지 않는다고 추측합니다. 우리가 아는 한, 암흑물질은 빛을 반사하지도 방출하지도 않죠. 그래서 암흑물질을 직접 보기 어려운 겁니다. 또한 암흑물질은 약하든 강하든 상호작용을 하지 않는 것처럼 보입니다. 따라서 아직 발견되지 않은 새로운 유형의 상호작용을 제외한다면, 암흑물질은 일반적인 매커니즘을 사용하는 망원경이나 탐지 장치 등과 상호 작용할 수 없을 겁니다. 그래서 암흑물질을 연구하기 어려운 거죠.  사물이 상호작용한다는 사실을 알 수 있는 네 가지 근본적인 방법 중 암흑물질에 확실히 적용되는 것은 중력을 통한 상호작용입니다. 암흑물질이라는 말에서 '물질'은 중력의 영향을 받기 때문에 붙은 것입니다. 암흑물질은 질량을 갖고 있고, 질량이 있다면 중력의 영향을 받습니다. p 033 암흑물질은 어떻게 상호 작용하는가 제2장 - 암흑물질이란 무엇인가? ============================== 암흑물질은 현재의 수학적 또는 물리학적 우주 모델 안에 포함돼 있지도 않습니다. 조용하게 우리를 끌어당기는 엄청난 양의 물질이 저 너머에 있지만 우리는 그게 무엇인지 모릅니다. 우주의 상당 부분을 차지하는 이 물질을 이해하지 않고서는 우주를 이해한다고 말할 수 없습니다. p 038 암흑물질은 왜 중요한가 제2장 - 암흑물질이란 무엇인가? ============================== 공간은 우주가 공연을 하는 극장의 정적이고 텅 비어 있는 배경이 아닙니다. 공간은 (거대한 물체가 존재하면) 굽을 수 있고, 물결칠 수 있으며(중력파), 팽창할 수도 있는 물리적 실체입니다. 또한 팽창하고 있는 것처럼 보입니다. 그것도 빠르게 말이죠. 공간은 서둘러서 더 커지고 있습니다. 무언가가 더 많은 공간을 만들고 있죠. 그 더 많은 공간이 우주의 모든 물체를 밖으로 밀어내는 겁니다. 실제 관측 결과에 따르면 물체들은 처음에는 속도가 느려지고 있었다가 지난 50억년 동안 무언가가 폭발하는 우주의 구성물들을 더 빠른 속도로 서로 멀어지게 한 것처럼 보입니다. 이처럼 우주를 점점 더 빠른 속도로 더 크게 만드는 원동력이 바로 물리학자들이 말하는 암흑에너지입니다. 눈으로 볼 수는 없지만 (그래서 '암흑' 이죠.) 모든 것을 서로 멀어지게 합니다. (그래서 '에너지' 라고 부르죠.) 암흑에너지는 우주 전체의 질량과 에너지의 68 퍼센트를 차지한다고 추산될 정도로 주요한 힘입니다.  p 051 우주가 팽창한다는 것을 어떻게 아는가 제3장 - 암흑에너지란 무엇인가? ============================== 우리는 암흑에너지가 어떻게 발견되는지, 그 양은 얼마나 되는지 얘기했습니다. 하지만 암흑에너지란 도대체 무엇일까요? 간단하게 답하면 '우리는 모른다' 입니다. 우리는 암흑에너지가 현재 우주를 팽창시키는 힘이라는 것을 알고 있습니다. 암흑에너지는 우주의 모든 물질을 밖으로 밀어냅니다. 그런데 우리는 이 암흑에너지가 무엇인지 모릅니다. 현재 대부분의 사람이 믿는 것은 암흑에너지가 텅 빈 공간의 에너지에서 왔다는 생각입니다. 맞습니다. 텅 빈 공간입니다. 뭔가가 텅 비어 있다고 말하는 것은 그 안에 어떤 '물질(stuff)'도 없다는 뜻입니다. 더 전문적으로 말하면, 무엇인가에 아무것도 없다는 뜻이죠. 은하계 사이의 공간에는 아무런 물질 입자도 없는 곳이 있습니다. (암흑물질도 없습니다.) 이제 이렇게 생각해봅시다. 이 텅 빈 공간에 에너지가 있다면, 즉 불빛이나 낮게 흥얼거리는 소리처럼 물질이 없어도 에너지가 있다면 어떨까요? 이 텅 빈 공간은 그럴듯한 이유 없이 그냥 에너지를 갖고 있는 것입니다. 이게 사실이라면 이 에너지는 우주를 밖으로 팽창시키는 중력효과를 줄 수도 있습니다. 이는 미친 소리로 들릴지도 모릅니다. 하지만 놀라울 정도로 합리적인 설명입니다. 사실 진공 에너지는 양자역학에서 매우 자연스러운 것입니다. 양자역학에 따르면 큰 물체들(사람, 피클 등)의 세상과 아주 작은 물체들(입자)의 세상은 다르게 돌아갑니다. 양자 물체들은 피클이라면 말도 안 되는 일을 합니다. 위치가 정확하게 정의되지 않는다든지, 뚫을 수 없는 장벽의 건너편에 나타난다든지, 관찰당하고 있느냐에 따라 다르게 행동한다든지 하는 것이죠. 또한 양자역학에 따르면 다른 텅 빈 공간의 에너지에서 입자가 갑자기 나타났다 사라지기도 합니다. 지나고 나서 보면 현실에 대한 또 다른 관점을 제공한 것은 양자역학이고, 절대적인 공간이나 시간이라는 개념을 버리게 만든 것은 상대성이론이었습니다. 그렇다면 텅 빈 공간으로 보이는 곳이 우주를 팽창시키는 진공 에너지로 가득 차 있다는 걸 받아들이지 않을 이유가 있을까요? 이 이론의 문제점 가운데 하나는 양자역학에 따라 텅 빈 공간이 가져야 하는 에너지의 양을 계산해보면 너무 큰 숫자가 나온다는 것입니다. 너무 큰 정도가 아니라 아예 1060을 10100 번 더한 숫자가 나옵니다. 10을 10의 100제곱을 한 수 구골플렉스(googolpelx)만큼 큰 숫자입니다. 우주 전체에 존재하는 입자도 1085 정도밖에는 안 된다고 추정됩니다. 따라서 이 아이디어는 좀 과한 것 같다고 말해도 될 듯합니다. p 055 ~ 057 암흑에너지는 무엇일까? 제3장 - 암흑에너지란 무엇인가? ============================== 도대체 공간이란 무엇일까요? 물리학자와 철학자에게 '공간'을 정의해보라고 하면 이들은 심오하게 들리지만 의미 없는 단어들의 조합을 제시해 여러분을 혼란에 빠뜨릴 수도 있습니다. "시공간 자체라는 구조는 우주적인 속성에 따라 짜인 양자 엔트로피 개념들을 물리적으로 보여주는 것" 과 같은 말로요. p 121 제7장 - 공간이란 무엇인가? ============================== 우리가 빅뱅의 물리학에 대해 무엇이든 단서를 갖고 있다는 사실은 정말 놀랍습니다. 여러분이 태어났을 때의 상황을 재구성하려면 당시에 누가 그곳에 있었는지를 모르고는 불가능합니다. 하물며 140억 년 전에 일어난 빅뱅의 경우는 말할 것도 없죠. 그 정도의 시간 규모로 보면, 우리가 지구에서 보내는 시간은 눈 깜빡할 정도의 순간에 지나지 않습니다. 하지만 그 짧은 순간에 우리는 우주를 관찰하고 태초의 시간과 관측 가능한 우주의 가장 먼 곳으로 우리를 인도하는 단서들을 찾아내는 데 성공했습니다. 우리의 시간이 그 짧은 순간을 넘어서면서 우리가 또 다른 무엇을 발견하게 될지 상상해봅시다. 아마도 우리는 어떤 것이 급팽창을 일으켰는지 알게 될 테고, 그 과정에서 새로운 물질이나 그전에는 몰랐던 물질의 성질의 알게 될 겁니다. 훨씬 더 신나는 일은 언제나 우리 지식이 우주의 초기 순간들까지 이르게 되고, 빅뱅 전에 어떤 일이 일어났는지 알게 되리라는 겁니다. 다른 쪽에서 우리는 무엇을 발견하게 될까요? 급팽창물질의 광대한 바다에서 떠다니는 다른 우주들일까요? 아니면 빅크런치로 달려가는 우리 우주의 또 다른 버전일까요? 현재 이 문제들은 철학적인 것입니다. 하지만 미래의 언젠가는 이것이 과학적인 문제가 될 수 있고, 우리 후손과 그들의 고양이들은 답을 알게 될 테죠. 오늘의 철학 문제는 곧 내일의 정밀한 과학 실험입니다. p 303, 304 빅 피니시(Big Finish) 제14장 - 빅뱅 동안에는 어떤 일이 일어났는가? ============================== 초은하단은 우주에서 가장 큰 구조로 알려졌습니다. 계속 줌아웃을 해보면 행성 ㅡ 은하 ㅡ 은하단 ㅡ 초은하다 ㅡ 은하 시트 패턴이 다른 곳에서도 반복됩니다. 하지만 더 이상 큰 구조는 형성되지 않습니다. 은하 시트들이 만든 버블은 복잡한 메가 구조(megastructure)를 형성하지 않죠. 바닥에 아무렇게나 널려 있는 레고 블록처럼 은하 시트는 우주 전체에 고르게 퍼져 있습니다. 왜 이 수준에서 패턴이 끝나는 걸까요? 초은하단 버블은 어디서 오는 걸까요? 왜 우주는 이 수준에서 이렇게 통일성을 보일까요? 한 가지는 분명합니다. 이런 규모에 비하면 우리는 아무것도 아니라는 거죠. 우리는 우주에서 특별한 장소를 갖고 있지 않습니다. 우주에서 우리 주소는 뉴욕 맨해튼처럼 매우 중요한 중심지가 아닙니다. 각각 1,000 억 개가 넘는 항성이 있는 은하 몇십억, 몇백억 개를 가진 우주에서 우리의 생명과 지능이 그렇게 특별할지는 두고 볼 일입니다. p 311 우주에서의 우리 주소 제15장 - 우주의 크기는 얼마나 될까? ============================== 몇백 년 전, 과학이 유아기에 있을 때 시험 가능한 우주는 아직 작고 천천히 자랐습니다. 기술과 자연을 모델링하고 이해하는 우리의 능력은 과학 연구의 처음 몇십 년 동안에는 많은 제한을 받았죠. 100년보다 조금 더 전에 기술적 진보로 우리 환경을 탐구할 수 있는 새로운 도구가 생겼을 때 시험 가능한 우주는 빠르게 커지기 시작했습니다. 이제 우리는 양자물리학과 우주의 형성, 그전에는 철학에 맡겼던 물질의 속성에 대해 질문하고 대답할 수 있습니다. 오늘날 시험 가능한 우주는 팽창하는 실제 우주처럼 팽창하고 있다고 말해도 무리가 없습니다. 우리가 그전에 보았던 어떤 것도 넘어서는 팽창입니다. 약 100년 만에 우리는 이제 빅뱅과 아마도 우주의 가장자리를 들여다볼 수 있습니다. 우리는 공간 자체가 무한한지, 공간이 감자처럼 곡면으로 돼 있는지를 추측하고 잠재적으로 검증할 수 있습니다. 양성자 안을 들여다볼 수도 있고, 물체를 빛의 속도의 99.999999 퍼센트까지 가속시킬 수 있죠. 우리는 무인우주선을 태양계 너머로 보내고, 혜성에 탐사선을 착륙시키기 시작했습니다. 현재 시험 가능한 우주 밖에 있는 것처럼 보이는 '우주는 왜 존재하는가' 같은 질문에서 이 모든 것은 어떤 의미가 있을까요? 우리는 최근의 역사를 살펴보고 우리 지식의 빠른 팽창에 용기를 얻어야 합니다. 오늘날 개발되고 있고 앞으로도 개발될 과학적 도구와 기술들은 우리가 연구할 수 있는 것과 확고하고 시험 가능한 답이 있는 질문의 수를 계속해서 늘려갈 겁니다. 언젠가 우리는 우주에 대한 이런 심오한 질문들에 대답할 수 있게 될까요? 우리는 모릅니다. 하지만 그것은 틀림없이 신나는 여행이 될 겁니다. p 408, 409 시험 가능한 우주 결론 ㅡ 궁극의 미스터리 ============================== |