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‘강한 호기심만큼 숭고한 정신을 빛나게 하는 것은 없다’
- 사무엘 존슨

성경은 ‘불필요한 일에 호기심을 갖지 말라. 사람들이 알고 있는 것보다 더 많은 것이 그대에게 보여지고 있나니’라고 기록하고 있다. 하지만 필자는 이 말에 동의하지 않는다.
여러분이 이 책을 읽는다는 사실은 여러분의 숭고한 정신이 강한 호기심으로 가득 차 있다는 것을 말해준다. 바라건대 이 책이 여러분의 호기심을 충족시켜 줄 수 있기를 바란다. 미리 예를 들면, 사람이 일광욕을 하면 몸무게가 늘고 물이 얼면 그 무게가 줄어든다. 바닷가재는 나이를 먹지 않고 보통의 남성은 99.9퍼센트의 여성보다 힘이 세다. 지구 표면은 당구공 표면보다 매끄럽고 기린은 아주 수다스러운 동물이다(다만 그 소리가 우리 귀에 들리지 않을 뿐이다).
자연 현상과 관련된 50여 개의 질문이 시시하게 여겨질지도 모른다. 하지만 질문에 대한 답을 읽다 보면 여러분은 다양한 지식을 얻게 될 것이다. 가령 여러분이 이 글을 읽고 있는 순간에 얼마나 많은 화산이 폭발을 일으키는지(약 20개의 화산이 폭발한다) 또 화성의 하늘은 어떤 색을 띠고 있는지 등.
물론 우리가 던질 수 있는 질문의 수는 무수히 많다. 하지만 필자는 크게 둘로 나눠 자연에 관한 ‘고전적인’ 질문들(예를 들면 ‘하늘은 왜 푸른색일까?’)과 지금까지 여러분이 떠올리지 못했던 질문들(예를 들어 ‘왜 자꾸 잊어버리는 걸까’)을 다루려고 한다. 가능한 한 많은 분야를 망라하려고 한 만큼 여러분은 지질학과 심리학, 우주론과 화학, 일상적인 것(‘휴대폰이 가끔 신호를 잡지 못하는 이유는 뭘까?’)과 철학적인 것(‘시간은 왜 앞으로만 갈까?’) 등 다양한 분야의 정보를 얻게 될 것이다.
각각의 질문에 대한 답은 먼저 짧은 답변을 제시한 후 자세한 설명을 통해 답변을 보충하는 방식으로 구성했다. 경우에 따라서는 질문의 전제 조건을 문제 삼기도 했는데 가령 ‘달은 왜 어두운 면을 가졌을까?’라는 질문에 대해 ‘달에 어두운 표면이 없다는 사실을 알고 있었나요?’라고 반문한 다음 보다 자세한 설명을 통해 답을 제시했다.
이 책을 읽을 때 주의할 점은, 중간에 제시된 답과 최종적으로 제시된 답이 서로 다를 수 있다는 것이다. 중간에 제시된 답에서는 어떤 현상의 직접적 원인을 설명했다. 예를 들어, ‘얼음이 물 위에 뜨는 것은 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 낮기 때문이다’라는 식으로. 하지만 이와 함께 또 다른 질문, 즉 ‘얼음은 왜 물보다 밀도가 낮은가?’라는 질문을 던짐으로써 그 현상의 근본적 원인을 설명하려고 했다. 이 질문의 경우 ‘각각의 물 분자는 서로 독특한 형태로 결합할 수 있기 때문에 얼음으로 변할 때 특이한 성질을 띠게 된다’가 최종적인 답에 대한 설명이 될 것이다.
궁극적 이유를 밝히다 보면 우리의 탐구는 어느새 흥미를 더해 갈 것이다. 그리고 전혀 기대하지 않은 질문에서 예상 밖의 흥미로운 답을 찾을 수도 있다. 예를 들어, ‘남자는 왜 여자보다 키가 클까?’라는 질문이 언뜻 듣기에는 전혀 흥미롭지 않을 것 같지만 그 이유를 알아가는 과정에서 유인원의 성(性)적 행동양식, 유전(遺傳)의 논리, 딸의 양육에 참여하는 아버지의 중요성 등 생소한 영역으로의 여행을 떠나게 된다.
물론 모든 질문에 대해 완벽한 답을 제시할 수는 없다. 가령 꿈을 꾸는 이유나 잠을 자는 이유에 대해서는 아무도 답할 수 없고, 우주 팽창에 관한 설명은 우주적 규모의 박식한 추론에 불과하다. 그리고 지구 온난화의 원인과 온난화로 인한 자연현상에 관해서는 아직까지도 열띤 논쟁이 벌어지고 있다. 아마 이 책 한 권으로는 그 많은 견해와 근거들을 담아낼 수 없을 것이다. 칼 포퍼(Karl Popper: 1902~1994, 오스트리아 태생의 영국 철학자 ? 옮긴이)는 ‘우리의 지식은 유한하지만 우리의 무지는 무한할 수밖에 없다’라고 말했다. 하지만 필자는 제임스 터버(James Thurber: 1894~1961 미국 작가 ? 옮긴이)의 말로 위안을 삼으려고 한다. “모든 답을 아는 것보다 몇 가지 질문을 던지는 쪽이 더 낫다.”

세상에 우연은 없다

아인슈타인은 ‘신은 주사위를 던지지 않는다’는 말을 남겼다. 이 말은 곧 ‘세계는 우연의 지배를 받지 않는다. 우리 주위에서 일어나는 모든 현상에는 그럴 만한 이유가 있다’는 말이다. 이 말은 오늘날에도 유효하며 특히 과학의 세계에서는 더욱 그렇다.

이 책은 일상생활에서 너무도 당연해 보이는 자연 현상, 인간과 동식물의 속성에 대해 의문을 던지고 그 원인을 간결 명료하게 설명한다. <왜 태양은 밝게 빛날까?> 매일 뜨고 지는 해를 보면서 이런 의문을 가지는 사람은 많지 않다. 또 일년이 왜 365일인지, 사과는 왜 아래로 떨어지는지, 바람이 왜 부는지 궁금하게 여기는 사람도 많지 않다. 그러나 단순한 호기심이 위대한 발견을 낳는 법이다. 이 책을 통해 독자는 우리와 우리 주위의 여러 현상을 과학적으로 바라보는 시각을 얻게 될 것이다.

서문 6
태양은 왜 밝게 빛날까 11
식물은 왜 녹색일까 14
1년은 왜 365일일까 19
물은 왜 얼까 22
밀물과 썰물은 왜 생길까 25
물체는 왜 불에 탈까 28
왜 E=mc2일까 31
물에 뜨는 물체는 왜 뜨는 걸까 35
사과는 왜 땅에 떨어질까 39
태양계에는 왜 이렇게 많은 행성이 있을까 42
우주는 왜 팽창하고 있을까 46
사람은 왜 개 호루라기 소리를 못 들을까 49
철은 왜 녹이 슬까 53
피는 왜 붉은색일까 56
나무는 왜 잎을 떨어뜨릴까 59
식물은 왜 봄에 꽃을 피울까 63
사람은 왜 늙을까 66
우리는 왜 통증을 느낄까 69
사람은 왜 잠을 잘까 72
사람에게는 왜 46개의 염색체가 있을까 75
사람에게는 왜 X 염색체와 Y 염색체가 있을까 79
공룡은 왜 멸종했을까 82
석유는 왜 고갈되고 있을까 86
바다는 왜 푸른색일까 89
방사성 물질은 왜 반감기(半減期)를 가질까 93
바람은 왜 불까 96
지구는 왜 둥글까 100
달에는 왜 어두운 면이 있을까 103
사람은 왜 물속에서 숨을 쉬지 못할까 107
시간은 왜 앞으로만 갈까 110
지진은 왜 일어날까 113
전구에 불이 들어오는 이유는 뭘까 116
원자를 분열시키는 이유는 뭘까 119
사람은 왜 풀을 못 먹을까 122
꿈은 왜 꾸는 걸까 126
하늘은 왜 푸른색일까 130
얼음이 물에 뜨는 이유는 134
우리는 왜 자꾸 잊어버릴까 138
인간은 왜 날지 못할까 142
지구 온난화는 왜 일어날까 146
화산은 왜 폭발할까 151
남자는 왜 여자보다 클까 154
쇠는 왜 자석에 달라붙을까 160
사람은 왜 광합성을 하지 못할까 163
우리는 왜 빛보다 빨리 이동할 수 없을까 166
유럽은 왜 신대륙을 식민지화했을까 171
바닷물은 왜 짤까 176
땅은 왜 단단할까 179
화성에는 왜 생명체가 없을까 182
태양과 달은 왜 크기가 같아 보일까 187
남자들은 왜 대머리가 될까 190
휴대폰이 가끔 신호를 잡지 못하는 이유는 뭘까 194
남자들에게 왜 젖꼭지가 있을까 197
비가 오는 이유는 뭘까 200
갓난아기와 강아지는 왜 귀여울까 204

그렇다면 또 다른 의문이 생긴다. 태양의 폭발력이 1초에 핵폭탄 4백만 개 이상이 터질 때의 힘과 같다면, 어째서 태양은 산산조각 나지 않는 것일까? 그 답은 바로 중력에 있다. 태양의 크기가 유지되는 것은 태양에 영향을 미치는 두 개의 힘, 즉 ‘외부를 향한 힘’ 과 ‘내부를 향한 힘’ 이 균형을 이루기 때문이다. 바꿔 말하면 중력이 태양의 구성 물질을 내부로 끌어당김과 동시에 핵융합의 폭발력이 구성 물질을 외부로 밀어내기 때문이다. 하지만 먼 훗날 태양 연료가 고갈되면 이러한 힘의 균형이 깨질 것이고(물론 최후의 승자는 중력이 될 것이다) 태양은 점점 식어가다가 백색 왜성(단단하게 압축된 원자핵 덩어리)이 되어 생을 마감하게 될 것이다. ? <태양은 왜 밝게 빛날까?> 중에서

나사NASA에 따르면 1년은 정확히 365.25일이다. 하지만 달력에는 완전한 하루만 표시하기 때문에 어쩔 수 없이 매년 0.25일씩 차곡차곡 모아 두었다가 4년에 한 번, 즉 윤년(양력에서는 4년마다 한 번씩 2월을 29일로 한다 -옮긴이)에 온전한 하루로 사용한다. 그러니까 윤년의 달력에는 총 366일이 표시된다. 실제로 지구가 태양 주위를 한 바퀴 돌아 정확히 같은 지점으로 돌아오는 데 걸리는 시간은 1.0000174년이다. ? <1년은 왜 365일일까?> 중에서

온 우주를 통틀어 부력을 가진 물질들 중 가장 작은 물질은 ‘중성자 별’ 을 구성하는 물질이다. 이 물질은 지금까지 알려진 물질들은 물론이고 실제로 존재할 수 있는 물질들 중에서도 밀도가
가장 높다. 예를 들어, 각설탕 크기의 ‘중성자 별 조각’ 하나가 인류 전체의 무게보다 무겁다. 그리고 태양의 밀도가 중성자 별의 밀도만큼 높다면 에베레스트산보다 작은 공간 안으로 태양을 밀어넣을 수 있을 것이다. ? <물에 뜨는 물체는 왜 뜨는 걸까?> 중에서

뉴턴 이후 약 240년의 세월이 흐른 뒤, 알버트 아인슈타인은 중력에 대한 우리의 생각을 완전히 바꿔놓았다. 그의 설명에 따르면 우주는 시-공간으로 이루어져 있으며 물체는 마치 고무 시트
위에 놓인 공처럼 시-공간 구조에 볼록한 만곡부를 만든다. 즉, 지구와 같은 커다란 구체球體가 아주 깊은 만곡부를 만들기 때문에 사과 같은 작은 구체는 곧장 만곡부 사면을 따라 굴러내려간다. 이때 만곡부의 경사가 어느 정도냐에 따라 다른 구체들의 굴러 떨어지는 속도, 즉 중력의 세기가 달라진다. ‘사과는 왜 땅으로 떨어질까’ 라는 질문에 대해 아인슈타인은
이렇게 답했을 것이다. “사과는 지구 질량에 의해 변형되는 시-공간의 윤곽을 따라 나아가기 때문에 땅으로 떨어진다.” ? <사과는 왜 땅에 떨어질까?> 중에서

나뭇잎이 생명을 유지하려면 에너지가 필요하다. 하지만 잎이 떨어질 때에도 에너지 소비는 피할 수 없다. 왜냐하면 잎이 떨어지는 순간 잎 속에 남아 있던 모든 영양분이 함께 사라지기 때문이
다. 그래서 잎을 달고 있는 쪽이 떨어뜨리는 쪽보다 에너지 소비가 더 많을 경우 나무는 잎을 떨어뜨린다. 이해를 돕기 위해 자동차에 비유해 보자. 예를 들어 차를 새로 사는 것보다 타던 차를 수리하는 쪽이 더 싸게 먹히는 경우가 있다. 하지만 수리 비용이 너무 많이 든다면 타던 차를 폐차하고 새 차를 사는 게 더 나을 수도 있다. ? <나무는 왜 잎을 떨어뜨릴까?> 중에서

알고 보면 지구가 완전히 둥근 것은 아니다. 지구는 24시간에 한 번씩 지축을 중심으로 회전하는데 이때 적도가 극지보다 더 빠르게 움직인다. 즉, 적도 지표면이 시속 1,675킬로미터의 엄청난 속도로 움직일 때 밖으로 밀어내는 힘, 원심력이 발생하고 이 원심력이 지구의 적도 부분을 불룩하게 만든다. 그래서 지구 중심으로부터 적도까지의 거리가 지구 중심으로부터 극지까지의 거리보다 더 멀다. 더 정확하게 말하면 북극과 남극을 잇는 지구의 직경이 적도를 가로지르는 직경보다 43킬로미터 짧다. 그러므로 지구 중심으로부터 가장 먼 지표면 상의 지점은 에베레스트 산이 아니라 에콰도르의 침보라소 산Chimborazo(안데스산맥의 성층화산, 높이 6,267m로 에콰도르에서 가장 높은 산이다 -옮긴이)이다. 왜냐하면 침보라소산은 거의 적도 상에 위치해 있기 때문이다. 결국 허리 부분이 더 두꺼운 지구는 구체가 아니라 편구체, 즉 한쪽으로 치우친 회전 타원체라고 할 수 있다. ? <지구는 왜 둥글까?> 중에서

빛의 속도에 도달하는 순간 우주선의 무게는 무한히 무거워지고 우주선이 움직이기 위해서는 무한한 에너지가 필요하다. 하지만 무한한 에너지를 얻는다는 것은 불가능하기 때문에 결국 빛의
속도만큼 빠르게 이동할 수 없다는 결론이 나온다(빛의 속도보다 빠르게 이동하는 것은 차치하자). ? <우리는 왜 빛보다 빨리 이동할 수 없을까?> 중에서