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고전이론에서 포스트 아인슈타인 이론까지 한 권으로 충분한 우주론

사진, 그림, 도표 통해 딱딱하고 어려운 우주론 쉽고 명쾌하게 해설
우주론의 전 역사를 체계적이고 일관되게 서술, 핵심주제도 일목요연
기초 과학상식만 있다면 누구나 부담없이 읽을 수 있는 내용

복잡하고 난해할 것만 같은 우주론을 흥미진진한 설명과 풍부한 사진, 그림, 도표를 통해 이해할 수 있도록 한 대중 우주론. 고전이론에서 포스트 아인슈타인 이론까지 우주론의 전 역사를 체계적이고 일관되게 서술했으며 핵심주제도 일목요연하게 정리되어 있다. 기초 과학상식만 있다면 누구나 부담 없이 읽을 수 있는 과학서.

최신 우주론, 영화와 드라마의 흥미진진한 배경 제공

'우주론'이라고 하면 대부분 '이해하기 쉽지 않은 난해한 학문', 혹은 '우리의 일상과 전혀 관련 없는 학문'이라는 인식이 강하다. 물론 우주를 잘 몰라도 우리가 생활을 하기에는 아무런 불편이 없을지 모르지만 우주론의 세계에 들어서는 순간, 흥미진진하고 놀라운 지적 탐구의 세계로 들어갈 수 있다.

최근 개봉된 영화 [평행이론]은 이른바 '평행우주론 (平行宇宙論·Parallel Worlds)'이라는 것에 근거한다. 이 이론은 '현재 일어나고 있는 다양한 선택이 내가 모르는 다른 세계에서 일어나고 있다'고 믿는 다중세계론이기도 하다. 사실 이러한 최신 우주론들은 다양한 영화에서 흥미진진한 영화적 배경으로 활용된 적이 많다. 공전의 히트를 기록했던 [백투더 퓨처]에서는 우주의 시간을 넘나드는 타임머신이 주요 소재가 되기도 했고 영화 [나비효과], [슬라이딩 도어스], 영국 드라마 [닥터 후]에서도 그 이야기의 배경에는 최신 우주론이 깔려 있었다.

사진, 그림, 도표로 이해하는 쉽고 재미있는 우주론 출간

최근 출간된 [한 권으로 충분한 우주론](다케우치 가오루 저, 전나무숲 출간)은 복잡하고 난해할 것만 같은 우주론을 흥미진진한 설명과 풍부한 사진, 그림, 도표를 통해 이해할 수 있도록 한 대중 우주과학 서적이다.
사실 서점에는 다양한 우주론 서적들이 있지만 대부분 어려운 내용을 텍스트 중심으로 설명하고 있어 과학도나 전공자가 아니면 이해하기가 쉽지 않다. 애초에 호기심을 가지고 접근했다가도 페이지를 넘어가는 것 자체가 쉽지 않아 지레 포기해버린 일반 독자들도 적지 않다.

[한 권으로 충분한 우주론]은 기초적인 과학상식만 있다면 누구나 읽을 수 있는 대중 우주론이라고 할 수 있다. 또한 우주론의 전 역사를 체계적이고 일관되게 기술하고 있어 우주론의 주요 핵심 주제를 일목요연하게 보고 싶은 사람들에게 안성맞춤인 책이다.

프톨레마이오스의 천동설과 코페르니쿠스의 지동설에서 시작한 고전 우주론은 물론, 아이슈타인의 현대 우주론, 이어 스티븐 호킹의 우주론까지 각각의 우주론을 드라마틱한 방식으로 서술하고 있다. 특히 이 가운데 '인플레이션 우주론', '브레인 우주론', '초끈우주론' 등 각각 가지를 쳐나가는 세부 우주론까지 포괄적으로 다루고 있다.

허수시간, 특이점, 웜홀 등 필수 우주론 개념도 명쾌하게 설명

하지만 과학서적에서 무엇보다 중요한 것은 개념의 이해이다. 특히 우주론의 경우, 우주라는 워낙 커다란 대상을 다룬다는 점에서 과학적 개념에 대한 적절한 이해없이는 해독 자체가 힘든 경우가 많다. [한 권으로 충분한 우주론]에서는 '허수시간', '대통일장이론', '상대성 이론', '루프양자중력', '특이점', '블랙홀과 웜홀', '우주배경복사' 등 우주론에 반드시 필요한 개념들을 이해하기 쉽게 설명해 놓고 있다.

특히 저자인 이렇게 우주론을 쉽게 설명할 수 있었던 것에는 저자인 다케우치 가오루의 힘이 크다. 그는 이미 일본에서 '대중적인 과학저자'로 이름이 높다. 도쿄 대학교 이학부 물리학과를 졸업하고 캐나다 맥길(McGill) 대학교 대학원에서 고에너지 물리학 박사 과정을 수료한 그는 과학적 문제에 대한 핵심적인 접근과 명쾌한 문장으로 많은 대중들에게 과학상식을 전달해 왔다.

[한 권으로 충분한 우주론]은 과학도는 물론이고 인접분야 전공자들, 일반교양과 과학에 흥미가 있는 대중들에게 충분히 권할 만한 대중적인 우주과학서적이라고 할 수 있다.

들어가는 말 - 시각적 영상을 전면에 내세운 우주론,
그 흥미진진한 세계로 여행을 떠나보자

제1장 우주론 기초 닦기
1-1 과연 우리는 우주에 대해 얼마나 알고 있는가?
1-2 우주론과 천문학의 다른 점, 같은 점
1-3 우리가 관측할 수 있는 우주의 범위
1-4 상상할 수 없을 정도로 작은 소립자에서 탄생한 우주
1-5 드디어 떠나보는 우주 여행

여기서 잠깐!
광속으로 인간을 태워 보낼 수는 없을까?

제2장 한눈에 보는 우주의 스펙
2-1 숫자로 보는 우주의 모습
2-2 우주의 온도는 과연 몇도?
2-3 우주의 모습은 닫혀있다? 평탄하다? 열려있다?

제3장 지금까지 밝혀진 우주의 수수께끼
3-1 점점 늘어나고 있는 우주의 나이
3-2 깜짝 놀랄 대폭발로 탄생한 우주
3-3 아주 오래된 우주, 뜨거운 용광로
3-4 그래도 늘어만 가는 수수께끼들
3-5 90억 광년의 저편에서 오는 우주의 신호
3-6 우주를 구성하는 소립자의 세계
3-7 우리가 아는 우주는 4%에 불과하다
3-8 나머지 96%를 이루는 암흑물질의 정체는?
3-9 우주를 지배하는 네 가지 힘
3-10 원시우주를 재현하는 대형 입자가속기

여기서 잠깐!
우주의 나이를 한번 계산해볼까?
도플러효과와 적색이동
뉴트리노도 질량은 있다

제4장 본격적인 우주 탐험
4-1 우주에서 거리를 측정해보자
4-2 초신성이 알려주는 우주의 비밀
4-3 최첨단 기술이 집약된 스바루망원경의 모든 것
4-4 수많은 업적을 남긴 허블우주망원경
4-5 화성에서 찾은 생명의 흔적
4-6 우주의 얼룩, 그 의미는?
4-7 우주의 나이를 맞춘 장본인, WMAP
4-8 우주도 음악을 연주한다?
4-9 우주는 도대체 어떤 모양일까?
4-10 인류의 거대한 프로젝트, 대우주 지도

여기서 잠깐!
계속해서 개정되는 별들의 목록
초신성 폭발이란?
허블우주망원경 VS 스바루망원경
허블우주망원경이 포착한 오로라
기구로 우주를 관측하는 부메랑계획
푸앵카레의 12면체

제5장 인류가 생각해온 우주의 모습들
5-1 프톨레마이오스가 실수한 부분
5-2 오해받은 코페르니쿠스의 지동설
5-3 천동설과 지동설의 절충안이 있었다?
5-4 케플러가 밝혀낸 천체의 하모니
5-5 뉴턴의 중력이론에도 한계는 있다

여기서 잠깐!
튀코별의 짝별을 발견하다

제6장 아이슈타인에서 시작된 현대우주론
6-1 에테르를 찾으려는 마이컬슨과 몰리의 노력
6-2 시간과 공간에 대한 기묘한 이론, 상대성이론
6-3 시공간을 바꿔놓는 로렌츠·피츠제럴드 변환 5
6-4 마법의 수식, E=mc2의 의미
6-5 좀 더 보편적인 일반상대성이론
6-6 시공간이 '이끌린다'고?
6-7 우주상수, 과연 아인슈타인은 옳았을까?
6-8 뻥 뚫린 시공간의 구멍, 블랙홀과 웜홀
6-9 아인슈타인의 틀에서 다시 본 고전 우주론

여기서 잠깐!
슬픈 개인사를 살았던 인간 아인슈타인

제7장 인플레이션 우주론에서 호킹의 최신 우주론까지
7-1 우주의 초기 모습을 알기 위해 필요한 양자론
7-2 빅뱅 이전에 '인플레이션'이 있었다?
7-3 시공간마저 무너뜨리는 무서운 특이점
7-4 우주 탄생의 지표, 플랑크
7-5 우주 초기의 시간은 허수시간
7-6 호킹이 생각해낸 호두우주
7-7 결국 사건의 진상은 '무의 세계'
7-8 아인슈타인이 꿈꾼 대통일장이론
7-9 잃어버린 반물질의 수수께끼

여기서 잠깐!
인플레이션을 일으킨 녀석, 미지의 소립자 인플라톤
플랑크의 크기를 계산해보자
우주는 그 밖에도 많다? 우주다중발생설!

제8장 양자중력이론에 근거를 둔 새로운 우주론
8-1 고상한 '초끈'의 세계
8-2 11차원으로 시각화된 브레인우주론
8-3 우주 팽창의 수수께끼를 푸는 열쇠, 제5원소
8-4 초끈을 묶어내는 M이란?
8-5 시공간을 소멸시키는 루프양자중력
8-6 팽창의 끝, 우주의 종말

여기서 잠깐!
고상한 초끈의 시공간을 살펴보자
감마선버스트로 루프양자중력이론을 검증한다
거대수이론과 인간중심원리

부록
시시콜콜 묻고 답하는 우주론 Q&A
우주론을 더 깊이 알고자 하는 이들을 위한 엄선도서
우주론 관련 주요 웹사이트

초신성 폭발을 조사하면 우리는 우주의 거리 측정뿐만 아니라 어느 정도의 속도로 멀어지고 있는가 하는 우주 팽창에 대해서도 알 수 있다. 어째서일까? 빛은 파동이기 때문에 광원이 되는 초신성이 멀어지면(파장이 늘어져서) 빨갛게 보이고 가까워지면(파장이 줄어들어) 파랗게 보인다. 초신성의 본래 색깔은 추측할 수 있기 때문에 우리는 그 색이 어떻게 보이는가를 지구에서 관측하는 것만으로 초신성이 우리에게서 멀어지는 속도를 계산할 수 있는 것이다.
(소리의 파동을 예로 들어 보자. 구급차가 가까워질 때는 소리가 높게 들리고 멀어지면 소리가 낮게 들린다. 본래의 소리가 가진 높이를 알고 있으면 사이렌 소리가 어떻게 들리는가에 따라서 구급차의 속도를 알 수 있는 것이다.).

그러나 우주 끝까지 간다고 해서 우주가 끝나는 것은 아니다. 놀랄만한 사실은 푸앵카레 12면체의 가장자리에 도달하면 빛도 물질도 다른 면에서 되돌아와 버린다는 것이다. 이것을 시각화하는 가장 간단한 방법은 2차원의 원통 모양 우주를 떠올리면 된다. 원통이 무한대로 길면 그것은 2차원적으로 평탄한 무한히 큰 우주가 되는 것이다. 그러나 그 원통이 미묘하게 굽어 있어서 어느 한계까지 이르면 원래의 자리로 되돌아와 버린다면? 당신은 유한한 크기의 도넛과 같은 우주에 살고 있다는 것이다!

아인슈타인의 일반상대성이론에서는 특이점이 반드시 생길 수밖에 없다는 매우 어려운 내용을 증명한 사람은 스티븐 호킹과 로저 펜로즈이다. 그 이전인 1963년에는 러시아의 물리학자 이브게니 미하일로비치 리프시츠Evgeny Mikhailovich Lifshitz(1915~1985)와 이사크 M. 할라트니코프Isaak M. Khalatnikov(1919~ )가 인위적인 가설을 토대로 대칭성이 높은 우주에서만 특이점이 생기며 실제 우주에서는 복잡하기 때문에 특이점이 생기지 않는다고 주장하기도 했다. 예컨대 이들의 주장은 '우주의 시작은 없다'는 것이다. 그 후 1965년에 호킹과 펜로즈는 그 주장이 잘못된 것이며 특이점은 상대성이론에서 피할 수 없는 문제임을 수학적으로 증명하였다.

오래전부터 우주의 탄생에 관한 문제는 철학자와 과학자, 종교학자 모두에게 골칫거리였다. 현대 물리학과 우주론에서도 예외는 아니다. 시작도 없이 우주는 영원히 계속되고 있다는 프레드 호일의 정상우주론도 이 고민으로부터 벗어날 수 있는 하나의 방법이기는 하지만, 빌렌킨은 '어차피 탄생된 것은 탄생된 것이니까 태도를 바꾸면 되지 않을까?' 하고 생각했다. 탄생되기 전에는 아무것도 없었기 때문에 결국 우주는 '무'에서 탄생되었다는 것이다.
(/ 본문 중에서)