우리가 아는 우주는 4%에 불과하다, 다케우치 가오루 <친절한 우주론>

※ 고전역학에서 현대우주론까지 우주연구 전반을 다루는 책으로, 이론에 대해 시각화가 잘 되어있는 것이 특징입니다

호킹의 이론이나 초끈이론 등 순수한 가설의 영역에서부터 WMAP를 중심으로 한 정밀한 천문 관측, 그리고 아인슈타인, 뉴턴과 코페르니쿠스에 이르는 과거 역사에 이르기까지 제법 욕심을 내서 다루었다.
- 다케우치 가오루(저자)

 

도표, 그림, 사진 등 비주얼 중심으로 명쾌하게 이해하는 우주의 실체
우주의 역사, 137억 년의 신비를 하나씩 벗겨나가는 유쾌한 지식 탐구여행

고전이론에서 포스트 아인슈타인 이론까지

<친절한 우주론>

2023. 10. 20. 오랜만에 글을 씁니다. 많은 일이 있었습니다. 하나하나 풀어가도록 하겠습니다.

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차례

제1장. 우주론 기초 닦기

제2장. 한눈에 보는 우주의 스펙

제3장. 지금까지 밝혀진 우주의 수수께끼

제4장. 본격적인 우주 탐험

제5장. 인류가 생각해 온 우주의 모습들

제6장. 아인슈타인에서 시작된 현대 우주론

제7장. 인플레이션우주론에서 호킹의 최신 우주론까지

제8장. 양자중력이론에 근거를 둔 새로운 우주론

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저자 소개

작가 다케우치 가오루

1960년 도쿄에서 태어났다. 도쿄대학교 이학부 물리학과를 졸업하고, 캐나다 맥길(McGill) 대학교 대학원에서 고에너지물리학 박사과정을 수료했다. ‘과학을 쉽고 재미있게 소개하는 과학 저술가’로 알려진 그는 ‘유카와 가오루’라는 필명으로 추리소설을 쓸 정도로 유연한 사고방식과 문학적 상상력을 겸비하고 있다. 이러한 그의 장점은 어려운 과학 이론을 대중을 위해 저술할 때도 유감없이 발휘되어 과학의 역사를 일관되고 체계적으로 저술해 나가는 탁월한 능력을 보여준다. 현재 과학 전문 저술가이자 과학 해설가로 활동하고 있으며, 니혼TV ‘뉴스제로(NEWS ZERO)’의 화요일 캐스터를 맡기도 했다. 저서로 「재밌어서 밤새 읽는 시리즈」, 「한 권으로 충분한 시리즈」와 『소수는 어떻게 사람을 매혹하는가?』, 『문과생을 위한 이과 센스』, 『과학은 if?』, 『판타스틱 두뇌 탐험』, 『밤의 물리학』, 『어바웃 아인슈타인』, 『싸우는 물리학자』, 『파이만 물리학을 읽는다』, 『루프양자중력이론 입문』 등의 이해하기 쉬운 과학 서적이 다수 있으며, 그중 『99.9%는 가설』은 일본에서 30만 부가 넘는 베스트셀러로 기록되어 있다.

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우주는 우리에게 무한한 가능성을 보여준다. 이것은 비단 인간 사회의 성공이란 잣대에 국한된 것이 아니다. 이것은 어쩌면 운명론과 대척점에 있을지도 모르는, 정해진 것은 없을뿐더러 하고자 하는 것은 결국 의지에 의해 결정될 수 있다는, 주어진 어떠한 상황도 '그럴 수 있다'는 초연한 마음가짐에 가깝다. 이것이 내가 우주론에 흠뻑 빠지게 된 이유다.

 

한 가지 방향으로 정해진 것만 같은 우리의 인생 역시 자세히 들여다보면 결코 정해진 것은 없다. 지금 당장 무언가를 하고 있다고 해서 반드시 그것만을 하고 살아야 하는 것은 아니다. 마찬가지로, 무언가를 단지 동경하고 있다고 해서 그것을 결코 손에 쥘 수 없는 것이라고 생각할 필요도 없다. 다만, 주저하는 것은 우리가 현재라는 시간을 살아가고 있기 때문에 여러 가지 사유에 의해서 주어진 것을 손에서 내려놓지 못하고 있는 것뿐이다. 하지만 명심해야 할 사실이 있다. 우리의 인생은 결코 넷플릭스에 나오는 주인공을 바라보는 것과 같은 3인칭 시점이 아니라, 오로지 개인으로서 이 세상을 바라보는 1인칭 시점이라는 것이다.

 

세상에는 두 부류의 인간이 있다. 현재에 만족할 수 있는 인간과 그렇지 못한 인간. 아마 두 부류 중 절대다수는 현재에 만족할 수 있는 인간일 것이다. 현재에 만족하는 이들에게는 더 이상 할 말이 없다. 나부터도 그렇지만 자기만족 앞에서는 이러쿵저러쿵하는 것들은 모두 허공의 외침이나 다를 바 없기 때문이다. 그러나 만약 인생에 쉽사리 만족하지 못하는 인간이라면, 다음 스텝을 위해 철저히 준비해야만 할 터. 본인이 추구하고자, 행하고자 하는 방향으로 나아가는 것에 한 치의 흐트러짐도 없어야 할 것이다. 그래야만 작은 부스러기라도 얻을 수 있을 테니 말이다. 그런데 요즘 들어 이러한 삶의 태도에서 조자 자신의 진정한 속내를 인정하기는커녕, 이중적인 잣대를 갖는 사람들이 많이 보이는 것은 기분 탓일까.

 

나는 이것이 일종의 '약자 코스프레' 또는 '평균 올려치기'와 같다고 생각한다. 현생에 늘 불만족을 느끼며(실제로는 일부 만족하고 있는지도), 이로부터 벗어나고 싶지만 딱히 무언가 변화를 만들어내지는 않고, 타인들에게는 자신의 불만족, 힘듦, 고뇌 등과 함께 이로부터 벗어나기 위해 안간힘을 쓰고 있다는 것을 과장되게 알림으로써 인정과 공감을 받으려는 것. 이것은 타인에게 공격받지 않고 자신을 보호하기 위해 내뱉는 기만으로 일종의 '방어기제'라고도 볼 수 있겠다. 과연 그들의 진심은 무엇일까? 조금 과격하게 표현하자면 진심이란 게 있기나 한 걸까? 누구나 개인의 사정이 있겠다만, 내뱉는 말과 행동이 다른 것은 언제나 이해하기 힘든 부분이 있다. 입으로는 불만족을 떠들며 변화를 받아들이지 않는 것은 기만이 인간의 생존에 유리하기 때문일까? 인간의 본성이 원래부터 그래서일까? 타인의 인생이 아니다. 본인의 인생이다.

 

언제까지 닭 쫓던 개처럼 지붕만 하염없이 쳐다보고 있을 것인가. 닭을 잡고 싶으면 지붕으로 올라갈 방법을 찾아보거나, 돌을 던져서라도 닭이 땅으로 내려올 수 있는 방법을 찾아봐야 할 것이 아닌가. 이제는 자기기만을 자기 계발이라는 그럴싸 한 포장지에 포장을 해 봐야 자기기만에 지나지 않는다는 것을 이해할 때도 되지 않았나 싶다.

 

다시 한번 말하지만, 우리에게 필요한 것은 현재 있는 것을 인정하고 변화와 가능성을 받아들이는 일이다. 그런데 어지럽게도, 이것을 가장 쉽게 이해하는 방법 중 하나는 바로 우주론을 이해하는 것이다. 미지의 영역인 우주에서도 모든 것이 변해가고 무엇하나 정해진 것이 없는데, 칼 세이건의 말처럼 드 넓은 우주 속 '창백한 푸른 별'인 지구에 살고 있는 우리라고 그것에 거스를 수 있을까. 우주론을 이론적으로 완벽하게 이해한다기보다, 우주론이 가지고 있는 의미를 깊게 생각해 본다면, '창백한 푸른 별'에서 일어나는 무수히 많은 일들이 얼마나 아무것도 아닌 것들이며, 우리에게 얼마나 무한한 가능성이 존재하는지 이해할 수 있을 것이다.

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우리가 아는 우주는 4%에 불과하다. 겨우 이것밖에 모르는 것인가 아쉬우면서도, 우리가 우주를 무려 4%나 알고 있다는 사실은 여러모로 꽤 충격스럽게 다가온다. 이것은 우주 규모의 물질 분포에 대한 이야기다. 천문 관측은 대부분 '빛'을 보는 것으로 이루어진다. 밤하늘에 별을 보는 방법은 여러 가지가 있다. 직접 눈으로 볼 수도 있겠지만, 인간의 눈으로는 볼 수 없는 먼 곳의 은하나 별을 관측하기 위해서는 적외선, 엑스선, 감마선 등과 같이 전자기파를 사용하는 특수한 눈으로 우주를 관측해야 한다. 그리고 그 결과 우주에서 우리들이 그 실체를 알고 있는 것은 겨우 4%에 지나지 않는다는 예측이 나왔다. 태양, 별, 은하같이 중입자들로 구성되어  관찰 가능한 물질들을 종합한 결과다. 이 뜻은 즉, 나머지 96%는 현재 인류가 사용하는 관측 방법으로는 도무지 관측이 되지 않았다는 말이다. 그래서 학자들은 '어두워서 보이지 않는다'는 뜻으로 암흑물질(Dark Matter) 또는 암흑에너지라는 이름을 붙였다.

 

우주가 압력이 0에 가까운 진공 상태라는 것은 비교적 이해하기 쉽다. 그러나 단순 진공이 아니라 그 안에 무언가 알 수 없는 물질이 있다는 학자들의 결론은 쉽게 이해하기 어렵다. 우주에 보이지 않는 물질이 있을 것이라는 생각을 가장 먼저 한 사람은 스위스 천문학자 프리츠 츠비키다. 그가 이런 생각을 한 건 1930년대 처녀자리를 관찰하면서였다. 처녀자리에 있는 는 은하를 관찰하던 중 그는 이상한 사실을 하나 발견했는데, 은하단의 회전 속도가 빨랐음에도 불구하고 은하단이 흩어지지 않는다는 것이었다. 그는 계산을 통해 여러 가지 가능성을 고려해 봤지만, 은하가 유지될 만한 인력을 구할 수는 없다는 사실을 발견할 뿐이었다. 그래서 츠비키는 '눈에 보이지 않는 물질이 있는 것이 틀림없다'라고 생각했다.

 

암흑물질이 우주를 구성하는 대부분의 물질로서 우주를 알기 위해 반드시 관찰되어야 할 물질임에는 틀림없다. 그렇다면 암흑물질에 대해 밝혀진 것이 있을까? 아쉽게도 아직 밝혀진 것이 거의 없다. 그나마 최근 '뉴트랄리노'라는 소립자가 그 후보가 아니냐는 의견이 나왔지만, 그나마도 아직까지 이론적으로만 존재를 확인하고 있는 터라 실험적인 연구 결과가 필요한 상황이다. 아니 그러면, 암흑물질을 관찰하기 위해서 전자기파를 말고 다른 것으로 관찰을 하면 되지 않느냐고? 그렇다. 정답이다. 그러나 중요한 것을 놓쳤다. 인류는 아직 전자기파 말고 어떤 것으로 관찰을 해야 그것이 보일 수 있는지 알아낸 적이 없다. 여전히 암흑물질은 정체를 밝혀내지 못한 우주론에서 가장 중요한 수수께끼 중 하나다.

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연구는 일반적으로 현상에 의해 밝혀진 사실로부터 이론을 만들어 내거나 또는 그럴 듯 한 가설을 세워놓고 그것을 증명해 내는 과정이다. 우주론은 많은 학문들과 달리 후자의 특징을 가지고 있다. 우주론 하면 흔히 듣는 것이 암흑물질, 양자역학, 상대성이론, 블랙홀, 초끈이론 같은 것들이다. 그리고 오래전부터 가설로만 존재하던 블랙홀의 존재를 얼마 전 우주로 쏘아 올려진 제임스 웹 망원경이 그 존재를 증명해 냈다. 우주론이 매력적인 이유는 바로 여기에 있다. 우주론의 연구론 즉, 우주를 연구하는 방법은 우리의 인생과 닮아 있기 때문이다.

 

현상만 놓고 보자면, 한 개인에게 목표와 꿈같은 것들은 그것들을 실제로 향유하고 있지 않은 한 먼 미래의 일이 될지도, 그렇게 되지 않을지도 모르는 가설에 불과하다. 그래서 우리는 인생을 살아가면서 그것들을 하나하나씩 증명해 나가는 일을 하고 있는 것과 같다. 과연 우리는 우주에 대해서 얼마나 알고 있을까? 잘 모른다. 하지만 아무것도 모른다고 연구를 멈추지 않는다. 끊임없이 가설을 세우고, 그것을 증명하길 반복한다. 그리고 끝내 증명한다.

 

마찬가지로 우리는 우리 스스로에 대해서 잘 알지 못한다. 앞으로 어떻게 미래가 펼쳐질지, 어떤 정신적 성장과 물질적 풍요를 얻게 될지 도무지 알 길이 없다. 하지만 그렇다고 아무것도 하지 않고 멈추어 있을 것인가? 우리가 해야 할 일은 스스로를 기만하며 아무것도 하지 않을 것이 아니라, 개개인마다의 의미를 찾고 그것을 증명해 나가는 것이다. 이것은 결코 학문에만 국한된 것이 아니다. 우리는 우리 인생에 대해서도 끊임없이 가설을 세우고, 그것을 증명해야 한다.

 

비록 우리는 시간이라는 유한함에 갇혀 생애 해낼 수 없는 일도 분명히 있겠지만, 우주론이 인간에게 주는 조언은 명확하다.

이 세상에 불가능한 것은 없다.

 

시작도 해보지 못하고 좌절하고 슬퍼할 것이 아니라, 그러한 과정 역시 다음 스텝을 위한 초석이 될 수 있음을, 우리에게는 늘 가능성이 열려있다는 것을 가슴 깊숙이 새겼으면 하는 바람이다. 책 <친절한 우주론>을 추천한다.

 

 

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