[코스모스] 10~11장

[코스모스] 10~11장 10장. 영원의 벼랑 끝 빅뱅-      빅뱅은 100억 또는 200억년 전 발생(138억년전). 현존 우주에 있는 모든 물질과 에너지가 대폭발의 순간 상상할 수 없을 정도로 높은 밀도로 모여 있었을 것. 그 상태는 부피를 전혀 갖지 않는 수학적 의미의 점. 우주 전체, 물질과 에너지 그리고 이 모든 것들이 들어 있는 공간마저도 하나의 점에 우그려져 있었다는 말.-      대폭발 이후 우주는 팽창을 계속함. 공간이 팽창함에 따라 우주의 물질과 에너지도 공간과 함께 팽창하면서 급격히 식어 갔을 것. 뜨겁던 화구가 식어 감에 따라 복사의 파장 대역이 감마선에서 엑스선으로, 자외선을 거쳐 가시광선 대역으로 옮아옴 다음 종국에는 적외선과 전파 대역으로까지 이동.(199p 참조)-      극도로 뜨겁던 원시 우주도 식을 대로 식어서 매우 긴 파장의 빛을 내는데 이 빛을 우리는 우주 배경 복사라고 부름. 우주 배경 복사는 하늘의 모든 방향에서 볼수 있음. 우주 배경 복사는 가시광선의 빛을 방출하던 시기가 있었고 오늘날 우주 배경 복사를 검출하려면 전파 망원경에 의존 해야함.-      대폭발이 있은지 약 10억년이 지나자 우주 물질 분포에 비균질 구조가 나타나기 시작함. 즉 덩어리가 생기기 시작함. 처음에는 아주 작았던 비균질 구조들은 시간이 지남에 따라 주의 물질을 중력으로 끌어들여 점차 크게 성장해 나감. 회전하는 가스 구름은 중력 수축*이 진행됨에 따라 점차 납작한 모습의 회전 원반체로 변하다가 결국 나선 은하가 됨. 가스 구름들 중에서 애초부터 아주 느리게 회전했든가 질량이 충분히 크지 않은 것들은 중력 수축하여 타원 은하가 됨.(488p)     * 중력 수축 : 중력이 물체나 가스를 끌어당겨 그 크기나 부피를 줄여 가는 현상. 이 과정에서 물체는 점점 더 작은 공간으로 수축하게 되며 그 결과 온도와 압력이 상승하게 됨. 주로 별이나 행성의 형성, 또는 별 내부에서 발생하는 중요한 과정-      중력 수축으로 성간운의 부피가 감소하면서 중심부의 온도가 약 1000만도에 이르면 수소가 헬륨으로 변하는 핵융합 반응이 일어남. 드디어 별이 탄생하는 순간. 질량이 큰 별은 작은 별보다 핵연료를 훨씬 더 빠르게 소진하고 자신의 일생을 초신성 폭발로 마감함. 핵융합 반응으로 일생 동안 합성한 헬륨 탄소 산소 그외의 무거운 원소를 초신성 폭발의 순간에 성간 공간으로 흩어 버림. 이 무거운 원소들이 다음 세대의 별을 만드는 원료 물질로 다시 쓰임으로써 하나의 사이클이 완성되는 것이다.-      대폭발에서 은하단 은하 항성 행성으로 이어지고 결국 행성에서 생명이 출현하게 되고 생명은 곧 지능을 가진 생물로 진화하게 된다. 물질에서 출현한 생물이 의식을 지니게 되면서 자신의 기원을 대폭발의 순간까지 거슬러 올라가 인식할 수 있게 되었다. 이는 바로 우주 진화의 대서사시이다. 은하와 퀘이사-      우리 은하군에서 은하라고 불릴 수 있는 준수한 은하는 오로지 우리의 은하수와 안드로메다 대은하 단 둘 뿐. 나머지 열두어 개는 대부분 왜소 타원 은하임. 작은 은하가 자기보다 훨씬 큰 은하와 정면으로 충돌하면 지름이 수천 광년에 이르는 고리 은하가 만들어짐.-      은하를 모양이 잘 변하지 않는 튼튼한 강체라고 생각한다면 큰 오해. 은하는 약 1000억개의 별들로 만들어진 유동성의 구조물. 사람은 대략 100조개의 세포로 구성됨. 그러나 그 사람을 구성하는 세포가 늘 같은 세포는 아님. 은하도 마찬가지.-      퀘이사quasar는 준성 전파원이라는 뜻의 quasi-stellar radio source의 머릿글자. 줄여서 QSO. 겉보기에는 별과 구별하기 어려웠으므로 처음에는 이것들이 우리 은하에 속한 천체로 간주했으나 분광 관측을 통해 적색이동 측정 결과, 준성체가 우리 은하에서 엄청나게 멀리 떨어진 곳에 있는 천체일 가능성이 높아짐. 우리에게서 후퇴하는 속도가 광속의 90%에 이르는 준성체들도 있으니 그들은 우주의 저 먼 변방에 있는 셈. 광도을 환산해 보면 초신성 1,000개가 동시에 폭발할 때 예상되는 밝기 수준.-      준성체의 변광주기는 무척 짦기 때문에 격동의 현장은 태양계보다 좁은 영역에 국한됨. 좁은 영역에 높은 광도를 공급할 수 있는 방법은 1.내부 핵에 질량이 매우 큰 고속회전체가 강력한 자기장 발생 2.은하 중심 항성들의 충돌 3.내부에서 연쇄적인 초신성 폭발 4.물질과 반물질의 상호 소멸 5.거대한 블랙홀 6.화이트 홀. 퀘이사 에너지원이 무엇이든 전대미문의 거대한 파괴가 퀘이사 내부에서 진행중이라는 사실은 확실함.-      고에너지 우주 망원경으로 우리 은하의 핵을 관찰했더니 은하수 은하의 핵속에 거대 질량의 블랙홀이 숨어 있다는 추측을 하게됨. 은하수 은하의 중심 원반이 한 바퀴 도는데 걸리는 시간은 무려 2억5000만년. 태양이 은하의 중심을 도는 회전속도는 초속 200킬로미터. 은하 중심에서 태양까지의 거리는 약 2만500광년. 태양은 태어나서 지금까지 은하의 중심을 20번 정도 완주 도플러 효과와 우주 배경 복사-      우주의 대폭발과 은하의 후퇴운동을 발견할 수 있었던 것은 도플러 효과 덕분. 정지한 차에서 나는 경적소리와 높낮이를 미리 알고 달리는 차에서 들려오는 소리의 높낮이를 측정하여 이 둘을 서로 비교하면 그 차의 접근 후퇴 여부와 속력까지도 알수 있음. 빛도 소리처럼 파동 현상. 차가 관측자에게 접근하는 경우 빛의 파장이 감소(주파수 증가)하여 색깔이 노란색에서 파란색 쪽으로 이동. 반대로 관측자에게 멀어지면 빨간색 쪽으로 변하여 적색 이동(편이)가 생김. 멀리 있는 은하들에서는 도플러 효과에 따른 빛의 적색이동이 주로 관측됨.-      휴메이슨과 허블은 먼 은하들의 스펙트럼이 모두 적색 이동을 보이며 더욱 놀라운 것은 적색이동의 정도가 은하까지의 거리에 비례하여 증가한다는 사실을 발견함. 우주가 팽창하기 때문에 그안에 들어 있는 은하들은 서로 멀어지는 수밖에 없는 것이고 과거에는 은하들 사이의 간격이 지금보다 훨씬 가까웠을 것. 휴메이슨과 허블의 발견은 우주의 기원이 대폭발임을 암시함. 현대 우주론의 거의 대부분 특히 우주의 팽창과 대폭발 이론은 은하들의 후퇴운동을 도플러 효과에 따른 흡수 스펙트럼의 적색이동으로 설명할 수 있다는 해석에 바탕을 두고 있음-      우주 배경 복사도 우주의 팽창을 설명하는 중요한 관측 사실. 하늘의 어느 방향을 보든 미세한 세기의 전파 신호가 잡힘. 잡힌 전파 신호의 세기가 파장에 따라 어떻게 변하는지 조사하면 이 신호를 내는 물질의 온도을 추정할 수 있음. 우주 배경 복사에서 측정한 온도가 식어 버린 화구 온도의 추정값과 정확히 일치했기 때문에 우주 배경 복사 역시 우주 팽창의 훌륭한 증가가 됨. 신화들과 전파 망원경-      심각한 의문들..대폭발의 순간은 어떤 상태였는가? 대폭발 이전의 상황은? 그 당시 우주의 크기는? 어떻게 물질이라고는 아무것도 없이 텅 비어 있던 우주에서 갑자기 물질이 생겨났는가?-      인류 문화의 위대한 종교들 중에서 힌두교만이 코스모스가 무한 반복된다는 것을 믿음. 우주가 생과 멸의 끝없는 순환을 반복한다는 것. 현대 우주론이 밝힌 시간 척도와 비슷한 크기의 척도로 시간의 흐름을 이야기하는 유일한 종교가 바로 힌두교.-      수축과 팽창의 새로운 주기가 열릴 때마다 새롭게 태어나는 코스모스, 우리가 살고 있는 코스모스가 바로 그렇게 진동하는 우주라면 대폭발은 우주 창조의 순간으로 볼수 있지만 동시에 이전 우주가 완전히 파괴되는 최후의 순간으로 볼수도 있다.-      무한정 계속 팽창하는 우주론에 따르면 은하들은 팽창과 더불어 우주의 지평선 너머로 하나둘씩 사라질 것. 별들은 차갑게 식어 모두 죽고 물질은 모조리 소립자의 상태로 돌아감. 결국 소립자들만이 흐릿하게 분포하는 아주 재미없고 적막한 세상, 이것이 영원히 팽창하는 우주가 맞이할 최후의 운명-      전파 망원경은 아주 멀리 있는 천체의 미약한 신호도 잡아냄. 우리는 수억 광년 이상 떨어져 있는 퀘이사의 신호도 확인 가능. 120억 광년 떨어져 있는 퀘이사를 관찰하는 것은 그 퀘이사의 120억 년전 모습을 보는 것. 우주의 지평선 근처를 본다면 우리는 대폭발 시대의 우주와 같이 하게 되는 것이다.-      대형 배열은 27대의 전파 망원경으로 구성된 전파 간섭계로서 뉴멕시코 주의 오지에 설치. 대형 배열은 지름이 수십 킬로미터에 이르는 거대한 전파 망원경인셈. 행성 궤도상에 전파 망원경 배열이 구축되면 표준 초의 구실을 할 퀘이사가 정해짐. 그러면 우리는 적색이동을 측정하지 않고도 퀘이사까지의 거리를 직접 알아낼 수 있게 됨. 가장 멀리 떨어져 있다고 추정되는 퀘이사들의 거리를 정확히 알아내면 우리는 우주의 팽창 속도가 수십억 년 전에는 현재보다 빨랐다가 점점 느려졌느지 아니면 우주가 앞으로 팽창을 멈추고 수축할 것인지 등을 판가름할 수 있을 것.-      전파 망원경이 검출하는 먼 퀘이사의 전파 신호는 1000조분의 1와트. 지구에 있는 모든 전파 망원경들이 여지껏 검출한 우주 전파 신호의 에너지를 모두 합해도 눈 조각 하나가 지표를 때릴 때 발생하는 에너지보다 적음. 열린 우주?-      납작이의 2차원 공간은 3차원적으로 구부러져 있다. 그가 제3의 차원을 상상하지 못해도 3차원의 존재를 받아들이 않을수 없음. 우주의 중심은 어디인가? 우주에 경계가 있는가? 은하들이 공간에 붙박여 있는데 공간이라는 이름의 그 천은 모든 방향으로 늘어나는 중.-      우주가 팽창을 멈출 만큼 충분한 질량을 갖고 있지 않다면 우리가 살고 있는 우주는 열린 굽은 공간이다.(그래서 우리는 우주 밀도를 측정하기 위해 열심히 별들을 관측한다) 충분한 질량의 물질이 있다면 우주는 닫힌 굽은 공간이다. 닫힌 우주에서는 빛이 갇혀 있다. 1920년대에 관측 천문학자들이 M31 반대쪽 먼 곳에서 나선 은하 한쌍을 봄. 자신의 뒤통수를 자기가 보고 있다는 이야기. 빛이 우주에 갇혀 있으면 내 뒤통수를 떠난 빛이 우주를 한바퀴 돌아서 나의 정면에 나타날 수 있음. 빛이 우주를 한 바퀴 돌아오려면 우주의 현재 나이보다 더 긴 시간이 필요한 것. 우주가 닫혀 있기 때문에 빛이 우주를 빠져나갈 수 없다면 그것은 바로 블랙홀  11장. 미래로 띄운 편지 비트와 고래-      알파벳 스물여섯 글자 중에서 하나를 지칭하는데 5비트가 필요.(2x2x2x2x2=32) 이 책에 실린 언어 정보의 총량은 1000만개(107) 비트. 지구상에 있는 모든 도서관에 보관된 책과 화상형태로 담겨진 정보의 총량은 대략 1016 내지 1017 비트. 인류보다 고등한 지적생물이 살고 있다고 생각되는 세상이 은하수 은하에만 100만개에 이를것으로 추정.-      고래는 지구상에서 가장 큰 몸을 가질 수 있도록 진화한 동물. 고래의 조상은 7000만년 전까지 육식성 포유동물로서 지상에서 살다가 서서히 바다로 이주함. 고래들끼리의 놀이가 그들의 전형적인 소일거리. 이것은 포유동물 모두에서 볼수 있는 공통된 특성임. 학자들은 놀이가 포유동물의 지능발달에 결정적인 역할을 하는 것으로 이해함.-      고래가 활용하는 소리의 주파수는 아주 넓은 대역에 걸쳐 분포. 낮은 주파수 대역은 사람의 청각이 감지할 수 있는 최소 주파수보다 훨씬 더 낮음. 혹등고래의 노래를 음성 언어로 간주한다면 거의 담긴 정보량은 106비트에 이름. 이 정도라면 인간의 대서사시인 <일리아드>나 <오디세이아>를 쓸만한 분량.-      긴수염고래는 20헤르츠의 소리를 아주 크게 냄. 20헤르츠는 피아노가 내는 가장 낮은 옥타브의 소리에 해당. 바다에서 이렇게 낮은 주파수의 소리는 거의 흡수되지 않음. 20헤르츠의 소리를 이용한다면 지구상에서 가장 먼 두 지점에 떨여져 있더라도 두 마리의 고래는 상대방의 소리를 알아들을수 있을 것. 그러므로 고래는 자신들의 역사의 거의 전 기간동안 지구적 규모의 통신망을 구축하고 살아 왔던 것.-      증기선, 상선과 군함등 인간이 만드는 소음이 고래들의 교신에 심각한 장애요인으로 작용하면서 200년전 대략 1만킬로 였던 고래들의 최대 교신거리가 계속해서 단축됨. 하나의 종으로서 우리 인류는 외계의 지적생물과의 교신에 큰 관심을 가지고 있다. 그렇다면 우리와 같이 지구에 살고 있는 다른 지적 생물과의 교신부터 먼저 진지하게 시도하는 것이 더 바람직한 일이 아닐까?-      인간의 유전자처럼 고래의 유전자들도 모두 핵산으로 구성되어 있음. 핵산은 자기 주위에 있는 화학적 기본 재료를 사용해서 자기 자신을 스스로 복제할 뿐만 아니라 유전적 정보를 발현하게 하는 역할을 함. DNA 이중 나선에 저정된 정보는 네 ‘단어’로 구성된 ‘언어’로 기술할 수 있다. 여기서 네 개의 단어란 네 종류의 서로 다른 핵산을 뜻한다. 즉 DNA는 네 종류의 핵산 분자로 만들어 진다. 이것은 지구상 모든 생물에게 공통적으로 성립하는 사실이다.-      침입과 복제의 행동지침을 가진 바이러스 하나가 살아가는데 대략 1만 비트의 정보가 필요.(544p) 이 책 한쪽에 담긴 정보량이 대강 1만 비트. 박테리아는 100만 비트 정보 필요. 아메바는 4억 비트. 500쪽 분량의 책 80여권에 해당하는 정보가 있어야 아메바 하나를 만들수 있음. 고래나 인간은 50억 비트. 각 세포의 핵 속에 들어 있는 정보를 영어로 기술한다면 약 1,000권에 이르는 책들을 높이 쌓아야 가능. 우리 몸은 100조개의 세포로 만들어져 있고 우리 몸 어느 구석이든 그곳에 있는 세포 하나하나는 몸을 만드는데 필요한 모든 정보를 완벽하게 소장하고 있다.(546p 유전자 도서관에 소장된 정보의 일부) 뇌-      현재 뇌의 구조에서 우리는 진화의 단계를 미루어 알아볼 수 있음. 뇌는 내부에서 외부로 진화했다. 가장 깊숙한 곳에 뇌의 가장 오래된 부위인 뇌간이 자리함. 뇌간은 반사작용 심장박동 내장활동 호흡 등 생명의 가장 기본적인 기능을 조절함. (폴 맥린의 학설) 뇌는 R-영역, 변연계, 대뇌피질 세단계를 거쳐 진화했다.-      두뇌 전체 질량의 3분의 2 이상을 차지하는 대뇌 피질이 직관과 비판적 분석의 중추임. 아이디어 창출과 영감의 발현이 바로 여기 대뇌 피질에서 이루어짐. 뇌의 언어는 유전자 DNA의 언어와 다름. 우리가 알고 있는 지식은 모두 신경원 또는 뉴런이라고 불리는 세포 속에 암호로 씌어 있음. 뉴런은 굵기가 겨우 수백분의 1밀리리터인 현미경적 존재로 아주 미세한 전기 화학적 스위치 회로의 역할을 수행함. 이 뉴런이 우리 몸속에 약 1000억개 있음. 은하수 은하의 별들의 숫자와 유사. 뉴런들 중에는 하나가 수천 개의 이웃 뉴런 세포들과 연결된 것들도 있음. 인간 대뇌 피질에서 그와 같은 연결은 총 1014 개-      대뇌 피질의 오른쪽 반구는 패턴의 인식, 직관과 감수성의 발동, 창조적 통찰의 기능. 왼쪽 반구는 이성적 분석적 비판적 사고을 관장. 한쪽에서는 아이디어를 내놓고 다른 한쪽에서는 그 아이디어의 실효성을 검증하는 식이다. 비트로 잰 인간 두뇌의 정보량은 뉴런 연결의 총수 정도임. 약 100조 비트의 정보가 우리 뇌안에 있다는 것으로 세계에서 가장 큰 도서관의 장서량 규모인 대략 2000만권의 책 규모-      두뇌의 고차적 기능 중에서 읽기 쓰기 말하기 등은 대뇌 피질의 특정 부위에 보관돼 있으나 기억은 대뇌 피질 여기저기에 중복 기록돼 있음. 현재까지 알려진 바에 따르면 생존에 필요한 정보를 유전자나 뇌가 아니라 별도의 공용 저장소를 만들어 그곳에 보관할 줄 아는 종은 지구상에서 인류뿐. 이 기억의 대형 물류 창고를 우리는 도서관이라고 부름.