중요한 것은 답이 아니라, 그것을 탐구하는 과정이다_경이로운 우주

경이로운 우주, 차세대 칼세이건 물리학자 브라이언 콕스의 우주이야기

브라이언 콕스 지음 <경이로운 우주> 기억하고픈 인용문입니다.

 

서평은 아래를 참고해주세요. 일반 대중을 상대로 하는 쉬운 문체의 천체 물리학 이야기, 과학이야기를 재미있게 그려진 책으로 칼세이건 "코스모스 (Cosmos)"보다 좀 더 접근하기 쉬운책입니다. 

 

사람을 겸손하게 만드는 이것: 경이로운 우주_칼세이건

 

<기억하고픈 인용문, 경이로운 우주>

그러나 중요한 것은 답이 아니라, 그것을 탐구하는 과정이다. 과학이라는 것 자체가 우주의 기원을 탐구하는 과정에서 탄생했기 때문이다. … 의학과 공학, 대륙을 연결하는 각종 교통 수단 등 우리가 당연하게 여기는 현대 과학의 모든 기술은 단순한 호기심에서 비롯되었다. … 우리는 우주의 일부이므로 우주의 운명이 곧 우리의 운명이다. 우리는 우주 안에 살고 있으며, 우리의 내면에 우주가 존재한다. 이런 우주를 이해하는 것보다 더 중요하고 유용한 일이 또 어디 있겠는가? P.12-13

 

물리학자들은 열역학(thermodynamics)을 이용하여 우주의 최후를 예측하고 있는데, 원래 이 분야는 미래 예측용이 아니라 19세기에 열기관의 효율을 계산하는 과정에서 탄생했다. … 열역학을 이용하면 지금부터 10,000…. (10^100 년 후)에 일어날 사건을 예측할 수 있다. 증기 기관 시대에 탄생한 과학치고는 꽤 쓸만하다. P.17.

 

빛이란 바로 전기장과 자기장으로 이루어진 파동, 그 자체였다. … 빛은 전자기파(electromagnetic wave)이다. … 맥스웰의 방정석은 음파나 파도의 거동을 설명하는 방정식과 거의 동일한 형태로 전자기파의 거동을 서술하고 있다. P.59

 

가을과 겨울 저녁에는 북쪽하늘에서 M31을 맨눈으로 관측할수 있다. W자 모양을 한 카시오페이아의 자리에서 오른쪽 V자 아래에서 희미하게 빛나는 덩어리 천체가 바로 M31 즉 안드로메다 은하이다. … 이 희미한 덩어리가 맨눈으로 볼 수 있는 천체 중 가장 경이로운 존재라고 생각한다. 왜냐하면 이것은 은하수 안에 존재하는 천체가 아니기 때문이다. 이 이름은 안드로메다(Andromeda), 우리은하와 가장 가까운 거리에 있는 외계 은하로서, 수조개의 별들이 그 안에 둥지를 틀고 있다. 안드로메다은하와 우리은하 사이의 거리는 약 2.5X10^19km (약 250만 광년)이다.
250만년   전의 어느날, 인류의 조상 호모 하빌리스가 사냥감을 찾아 탄자니아의 사바나를 헤매고 있을 때, 안드로메다은하에서 한 줄기 빛이 방출되어 기나긴 여행을 시작했다. 그 빛이 우주 공간을 광속으로 가로지르는 동안 지구에서는 호모 하빌리스가 진화를 거듭하여 호모 사피엔스가 되었고, 그중 한 사람인 내가 우연히 카시오페아 자리 오른쪽을 올려다 보고 있을 때 내 눈의 망막에 도달했다. 250만 년에 걸친 여행이 내 눈의 시신경에 전기 신호를 만들어내면서 드디어 대단원의 막을 내린것이다. 그리고 그 전기 신호는 두뇌에 전달되어 영상을 만들어내고, 내 마음속에 깊은 경외감을 불러일으킨다. 그러나 이 빛이 안드로메다은하를 막 출발하던 무렵, 지구에는 나 같은 두뇌를 가진 생명체가 존재하지 않았다. p.84-87

 

우주 초창기의 온도 분포는 밀도 분포와 동일하며, 바로 이 미세한 차이 덕분에 지금 우리가 존재하게 된 것이다. 우주배경복사 분포도에서 온도가 높은 점들은 훗날 은하를 형성하게 될 ‘우주의 씨앗’에 해당한다. 붉은색으로 나타난 영역은 우주의 재결합기에 주변의 다른 지역보다 온도가 0.5%쯤 높았다. 따라서 이 지역은 주변보다 밀도가 컸기 때문에 주변 지역보다 조금 느리게 팽창했고, 밀도가 높은 만큼 중력이 강하게 작용하여 시간이 흐를수록 팽창 속도가 주변보다 더욱 느려졌다. 즉 “조금 높은 밀도 →  중력에 의한 집중 → 느린 팽창 → 더 높은 밀도” 순환을 거치면서 밀도가 점점 더 높아진 것이다. 그 후 우주의 규모가 지금의 5분의 1까지 커졌을 경우 (빅뱅 후 약 10억년 경), 이 지역들은 주변보다 밀도가 두 배까지 높아졌고, 그 안에 들어있는 물질들이 자체 중력으로 응축되어 최초의 별과 은하의 중심부가 형성되었다. … 우주가 탄생하고 무려 137억 년이 지난 후, 은하수 변방의 조그만 바위 행성에 붙어 사는 별 볼 일 없는 생명체들이 우주를 가로질러 날아온 태고의 빛을 분석하여 창조의 순간과 그 후의 진화과정을 알아냈다니, … p124-127

 

현대 과학에서 ‘위대한 깨달음의 순간’은 한 개인의 삶과 죽음을 이해할 때가 아니라, 별의 삶과 죽음을 이해할 때 비로서 찾아온다. P.143

 

태양 다음으로 우리와 가까운 별은 적색왜성 프록시마켄타우리로, 태양계와의 거리는 4광년(4조 Km)쯤 된다. (맨눈으로 이 별을 볼 수 없다) p.170

 

새로운 원소를 만들면서 에너지를 다량 생산하는 방법은 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 무거운 원소를 쪼개는 핵분열이고, 두 번째는 가벼운 원소를 결합시키는 핵융합이다. … 핵분열과 핵융합에서 생성되는 에너지는 상반된 두 힘의 미묘한 균형에서 비롯된 것이다. 원자핵안에서는 양성자들 사이에 작용하는 전기 척력과 핵자들을 결합시키는 강한 핵력이 서로 반대 방향으로 작용하면서 경합을 벌이고 있으므로, 어떤 특정한 핵자수에서 두 힘은 이상적인 균형을 이룰 것이다. 실제로 주기율표에서 이 균형에 가장 가까운 원소는 철과 니켈(Ni)인데, 이는 곧 철과 니켈이 가장 안정한 원소라는 뜻이기도 하다. 이보다 가벼운 원소들은 서로 융합할 때 에너지를 방출하면서 더욱 안정한 상태가 되고, 이보다 무거운 원소들은 핵분열이 일어날 때 에너지를 방출하면서 더욱 안정한 상태를 찾아간다. P.200

 

가장 그럴듯한 초신성 후보는 오리온자리에서 붉은빛을 발하는 베텔게우스이다. … 즉, 베텔게우스는 100만 년 후에 폭발할 수도 있고 내일 당장 폭발할 수도 있다. 한 가지 확실한 사실은 베텔게우스가 폭발할 때 엄청난 빛을 발산한다는 것이다. 그날이 오면 베텔게우스는 보름달보다 밝을 것이며, 대낮에도 ‘제2의 태양’처럼 찬란하게 빛날 것이다. 베텔게우스가 폭발하면 태양이 100억 년 동안 방출한 빛을 한순간에 방출하면서 평생 만들어온 모든 원소를 우주 공간에 흩뿌리고, 이원소들은 성운이 되어 수백만 년 동안 우주 공간을 떠돌 것이다. 그 속에는 중성자로 이루어진 단단한 중심부가 자리잡고 있다 한동안 10억 Km에 걸쳐 흩어져 있던 별의 잔해는 중력이 작용하여 몰라볼 정도로 응축된다. 이것이 바로 베텔게우스의 최종 종착지인 중성자별이다. 중성자별의 지름은 30km에 불과하지만, 질량은 태양과 거의 비슷하다. P.226-227

 

같이 보면 좋은 글. 설악산 한계령에서 찍은 오리온 별자리에 대한 이야기

 

설악산 한계령에서 바라본 밤하늘 별자리 _오리온, 시리우스

 

이런 사실을 알고 밤하늘을 바라본다면 반짝이는 별과 성간 구름이 완전히 다르게 보일 것이다. 우리가 열심히 바라보았던 우주 공간은 사실 우리의 고향이었다. 우리는 진정한 별의 후손이며, 우리 몸을 구성하는 모든 원자와 분자에는 빅뱅에서 현재에 이르는 우주의 역사가 낱낱이 기록되어 있다. P.233

 

지금 이 순간에도 우리는 지구라는 롤러코스터를 타고 하루에 한 바퀴씩 팽이처럼 돌면서(자전) 시속 10만 km가 넘는 아찔한 속도로 태양 주위를 돌 뿐만 아니라(공전), 초속 220km로 은하의 중심을 돌면서, 국부 은하군의 중심을 초속 600km라는 놀라운 속도로 선회하고 있다. 이 정도만 해도 눈이 돌아갈 지경인데, 국부 은하군 자체도 어떤 지점을 중심으로 회전하고 있다는 것이 천문학계의 중론이다. P.254

 

서기 1054년 7월5일, 지구에서 비교적 가까운 거리에 있는 초신성이 폭발했다. 정확한 날짜까지 댈 수 있는 이유는 중국 천문학자들이 이 사건을 기록해놓았기 때문이다. 당시 관측 일지에 따르면 이 별은 2주동안 대낮에도 환하게 빛났고, 밤에는 2년 동안 맨눈으로 볼 수 있었다고 한다. 아마도 그 별은 밤하늘을 압도했을 것이다. … 밤하늘에서 가장 아름답게 빛나는 게성운(Crab Nebula)이 바로 그 잔해이다. … 게성운은 과거 한때 태양보다 10배나 무거웠던 별이 초신성 폭발을 일으키고 남은 잔해로서, 폭발한 지 1000년 밖에 지나지 않았는데도 폭이 11광년까지 커졌으며, 지금도 초속 1500km라는 어마어마한 속도로 팽창하는 중이다. … 전파망원경으로 관측하면 정확하게 30.2초마다 한 번씩 라디오파 신호가 감지된다. … 빠른 속도로 자전하는 중성자별, 즉 펄서(pulsar)였다. P.306-307

  

지구의 적도는 시속 1670km로 자전하기 때문에… 이 시간동안 지구의 둘레에 해당하는 4만 74km를 이동하여 원위치로 돌아온다. .. 또한 지구는 시속 10만 8000km라는 어마어마한 속도로 태양주위를 공정하고 있다. 태양과 평균거리 1억 5000만 km를 유지하면서 공전궤도를 따라 365일 5시간 48분 46초 동안 9억 7000만km를 이동하면 원위치로 돌아온다. … 달은 지구 둘레를 27일 7시간 43분마다 한 바퀴씩 공전하고 있으며, 조력에 의한 동주기 저전이 거의 완성된 단계여서 자전 주기도 27일로 공전 주기와 거의 같다. … 태양계 자체도 거대한 궤도 운동을 하고 있다. 모든 태양계는 은하의 중심에 자리 잡고 있는 초대형 블랙홀을 중심으로 자신에게 할당된 주기 운동을 수행하고 있다. 우리의 태양계는 주변의 다른 천체와 함께 시속 79만2000km의 속도로 이동하고 있다. 이런 식으로 2억 2500만 년 동안 이동하면 처음 위치로 되돌아 오는데, 이 시간을 1 은하년(galactic year)이라한다. 지구의 나이가 45억 년 이므로, 처음 탄생한 후 지금까지 블랙홀 주위를 20회 공전했다. P.356-357

 

시간의 화살(Arrow of time). 시간은 특정한 방향으로만 진행한다. P.371

 

에너지는 하나의 형태에서 다른 행태로 변활도리 수 있지만, 어떤 경우에도 새로 창조되거나 파괴도지 않는다. 열역학 제 1법칙

 

열역학 제2법칙의 핵심이자 훗날 시간의 화살을 이해하는 데 결정적 역할을 하게 될 ‘엔트로피’의 개념을 도입했다. 열역학 제2법칙은 “열은 온도가 낮은 물체에서 높은 물체로 이동하지 않는다”인데 이 문장을 아무리 음미해봐도 우주의 미래를 예견한 것 같지는 않다. 훗날 아서 에딩턴은 열역학 2법칙을 다음과 같이 말했다. 누군가 내 실험 결과는 당신의 이론과 일치하지 않는다고 주장한다면, 이론뿐 아니라 실험도 의심해봐야 한다. 그러나 당신의 이론이 열역학 제 2법칙에 위배된다면 하루라도 빨리 포기하는게 상책이다. 그런 이론이 발 붙을 곳은 이 세상 어디에도 없다. 엔트로피를 도입하면 열역학 제2법칙이 아주 간단해진다. 열역학적계에서 엔트로피의 변화량은 일정한 온도에서 열의 변화량을 온도로 나눈 값과 같다. ... 모든 물리적 과정에서 엔트로피는 변하지 않거나 증가한다. 즉 엔트로피는 절대로 감소하지 않는다. 이것이 바로 열역학 제2법칙과 시간의 화살 사이의 연결고리이다. … 엔트로피 증가 법칙은 영구 기관이 원리적으로 불가능하다는 것을 간단명료하게 말해준다. 열역학 제2법칙은 일종의 에너지 보존 법칙으로 무에서 유를 얻을 수 없다는 한마디로 요약된다. …. 열역학 제2법칙이 우주의 죽음을 예견하는 이유도 이해할 수 있을것이다. P.379-381

 

천문학자 칼 세이건은 이렇게 말했다. ... “천문학은 인격 형성을 돕는 겸손한 학문이다. 먼 거리에서 찍은 지구 사진만큼 사람을 겸손하게 만드는 것이 또 있을까? 우주를 탐구하다 보면 사람들을 더욱 친절하게 대하고 지구를 소중히 여겨야겠다는 생각이 자연스럽게 떠오른다. 지구는 우리의 유일한 집이고, 인류는 한지붕 밑에서 함께 사는 가족이기 때문이다. p.421

 

이 책을 읽고 나면... 천문학자가 되고픈 마음이 듭니다.