알리미(Alimi): 밤하늘은 왜 어두울까(Pourquoi la nuit est-elle noire? 2002)

[마실가]

밤하늘은 왜 어두울까 Pourquoi la nuit est-elle noire? 2002

장미셸 알리미, 김성희, 곽영직 감수, 민음IN 16, 2006.02.08 P. 69

- 장미셸 알리미(Jean-Michel Alimi, s.d.) 우주론 전공, 국립 과학 연구소(CNRS) 연구원

- 김성희, 부산대 불어교육과 대학원 졸업

- 곽영직; 서울대 물리학과 졸업 미국 켄터키 대학 박사. 현재 수원대학교 물리학과 교수이다. 󰡔큰인간, 작은 우주󰡕

*여러 번 이야기지만 이 시리즈는 21세기 교양을 위해 볼 필요가 있다. 아마도 현재 고등학교를 졸업하는 수준을 맞춘 것 같다. 그럼에도 20세기의 책과는 다르다. 새로운 발견과 검증을 통해 사실과 허위를 구분 지으려 하고 있기 때문이다.

**이 책은 물질론과 물체론을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 물질은 요소로 이루어진 것이 아니라 한다면 에너지로 되어 있을 것이다. 그 속에서 원자상태가 없을 지도 모른다는 생각이 든다. 물질론은 인간의 시각으로 관찰될 수 없는 것으로, 물체론은 인간의 시각으로 표상화할 수 있는 것으로 한정해야 철학이란 학문이 시작할 것 같다. 과학은 철학과 달리 내부의 부분들을 분해하고 설명해야 할 것이다. 그것이 입자(요서)이든 파동(흐름)이든 간에.

또는 주제를 다루는 방식을 배울 필요가 있다. 이 밤하늘의 문제를 스토아학파의 우주론에서 시작하여, 아인슈타인의 일반상대성을 기점으로 정상우주론과 빅뱅을 대립시키고, 그리고 현재도 문제중인 암흑체 또는 블랙홀을 더하여 설명한다. 그래도 인간이 알 수 있는 실험적 범위는 우주에서 나온 열복사의 10퍼센트 정도이다. 아직도 모르는 것이 훨씬 많다.

우주론의 끝은 캘빈온도 0도에 이르는 경우에 관한 것일 것이다. 모든 물질은 균질성을 가지게 된다는 가설이 가능하기는 할까? 그래도 논리상으로 또는 권리상으로 이 균질점의 근거가 있을 것이라고 보는데서, 우주론의 특이점에 관한 문제거리가 제기된다. 답은 없지만 설정하지 않을 수 없을때, 가설이라고 해야하지 않겠는가?

󰡔바다는 왜 파랄까?(Pourquoi la mer est-elle bleue?, 2002)󰡕(피에르 라즐로, 김성희, 민음IN, 2006. P. 63)에서 물의 성질을 규명하려는 방식과 이 책에서 어둠을 규명하려는 방식은 유사하다. 유사점은 인류가 다루어온 방식을 여러 방식으로 검토하여(다중체크), 검증가능과 검증 불가능에서, 그 증거들에 의해 연구의 진행과정을 설명하는 것이다. 이 책은 아직 답을 찾지 못했고, 바다에 관한 책은 답을 찾았다. 찾을 수 있었던 것도 검증과 증거를 인간의 기준으로 보았기 때문이다. 나로서는 우리와 더불어 있는 것은 그대로 답이라는 것을 찾을 수 있는데, 저 먼 세계의 것은 아직은 답을 찾기 역부족인 것 같다.

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# 밤하늘이 어두운 이유에 대한 간략한 설명 연표...

전400? 아르퀴타스(Archytas, Ἀρχύτας, 전435-전347)는 우주가 유한하다면, 가장자리가 있는게 당연하지만, 다만 그 가장자리가 무한히 먼 곳에 있다고 생각했다. 그래서 󰡔아리스토텔레스의 물리학󰡕에서 다음과 같이 우주의 가장자리에 대한 논증을 펼쳤다.

1572 토머스 디지스(Thomas Digges, c.1546–1595) 영국 수학자, 천문학자. “어두운 밤하늘의 역설”("dark night sky paradox")을 제안한 첫 학자이다. 1572년 티코브라헤가 발견한 초신성을 규정하기를 시도했다.

1720? 에드먼드 핼리(Edmond Halley, 1656-1742) 영국 천문학자, 처음으로 밤하늘이 어두운 이유를 무한한 우주라는 틀에서 찾아보려고 했던 사람들 중 한 사람이다. 핼리 해성의 주기를 발견하였다. 󰡔혜성 천문학 총론(Synopsis Astronomia Cometicae, 1705)󰡕

1750? 셰조(Jean-Philippe Loys de Cheseaux, Jean-Philippe de Cheseaux., 1718–1751) 스위스 천문학자. 󰡔해성(Traite de la Comete 1743)󰡕으로 유명하다. 󰡔물리학 시론(Essais de physique, 1743)󰡕 󰡔다니엘서에 관한 천문학적 논평(Remarques astronomiques sur le livre de Daniel, 1777)󰡕

1823 올베르스(Heinrich Wilhelm Matthias Olbers, 1758-1840) 독일 천문학자, 의사, 물리학자. 그는 1823년 우주가 무한하다면 밤하늘은 결코 어두울리 없다는 ‘올베르스 역설’을 주장했다.

셰조와 올베르스.. 별빛이 우주를 가득채운 유체(에테르)에 흡수된다고 생각했다. 이것은 틀린 설명이다.

1848 에드가 앨런 포(Poe, 1809-1849)는 산문시 󰡔유레카, 1848󰡕를 출간했다. 이 책에서 그는 우주가 팽창하고 있다는 놀라운 직관을 보여준다.

1849 존 허셜(John Frederick William Herschel, 1792–1871), 영국 천문학자. 󰡔Outlines of astronomy, 1849 (Esquisse de l'astronomie)󰡕등의 저술을 통해 밤하늘의 어둠을 해명하려고 시도 했다.

1904 윌리엄 톰슨 캘빈(William Thomson Kelvin, 1824-1907)는 "Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light"(분자운동과 빛의 파동이론, 1884) 강연을 󰡔Baltimore Lectures on Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light, 1904)󰡕 책으로 출간되었다. 이 책의 18장과 19장에서 캘빈은 어두운 밤하늘의 문제를 다루었다. 그런데 바로 거기에 포가 제시했던 해답이 쓰여 있다.(41)

1916 아인슈타인은 1905년 특수 상대성 이론 .. 1916년 일반상대성 이론 .

1920? 알브(Edmund Edward Fournier d'Albe 1868-1933) 아일랜드 물리학자, 천체물리학자, 화학자. 어두운 공간 어두운 별 때문에 밤하늘이 어둡다. - 암흑물질의 가설을 떠오르게 하기에 전혀 말 안되는 것은 아니다.

1929 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889-1953) 미국의 천문학자. 허블 법칙: “우주 팽창설”. 1929년 은하들의 스펙트럼선에 나타나는 적색이동(赤色移動)을 시선속도(視線速度)라고 해석하고, 후퇴속도(後退速度)가 은하의 거리에 비례한다는 󰡐허블의 법칙󰡑을 발견하여 우주팽창설에 대한 기초를 세웠다.

1965 빅뱅이론은 1965년 갑자기 다시 무대에 등장했다. 미국 물리학자 로버트 디키(Robert Henry Dicke, 1916-1997) 등에 의해서 우주배경복사를 문제 삼고 ... 1965년 미국 벨 전화연구소의 아노 펜지어스(Arno Penzias, 1933-)와 로버트 윌슨(Robert Wilson, 1936-)이 전파신호 방해의 원인을 찾다가 .. 섭씨 영하 270도에 가까운 온도를 가진 등방성을 띠는 복사에너지를 우연히 발견했다. .. 디키는 이것을 설명하는 것이 빅뱅이론뿐이라고 보았다. / [빅뱅의 승리이고 정상우주론은 사라지는 쪽이었다.] / 밤하늘은 어둡다.

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#내용: 󰡔밤하늘은 왜 어두울까(Pourquoi la nuit est-elle noire? 2002)󰡕

* 차례 5

* 질문: 밤하늘은 왜 어두울까? 7

밤하늘은 왜 어두울까? ... 겉으로 가장 단순해 보이는 문제가 사실은 가장 심오한 내용을 숨기고 있을 때가 많다. (7)

어두운 밤하늘의 역설... (8)

첫째 겉으로는 단순해 보이지만 결코 단순하지 않은 질문이기 때문이다. .../.. 실제로 어두운 밤하늘의 역설을 풀기 위해서는 공간과 시간의 특성, 빛의 성질, 우주의 구조, 유한하거나 무한한 우주의 팽창, 그리고 우주의 나이에 대해 생각해봐야 한다. (8)

둘째 돈이 되지도 않고 돈이 들지도 않지만 가치가 있는 질문이다. ../ 하지만 이 질문에는 우리가 미처 깨닫지 못한 큰 가치가 숨어있다. (8-9)

16세기 영국 천문학자인 토머스 디지스(Thomas Digges, c.1546–1595)는 우주를 형이상학적인 것이라고 규정한 바 있다. (9)

셋째 세계에 관한 물리적 지식을 요하는 질문이기 때문이다. ../.. 따라서 이 책에서는 빅뱅이론을 토대로 질문에 대한 대답을 찾아보아도 될 것 같다. (10)

시인 에드거 앨런 포(Edgar Alan Poe, 1809-1849)에게 그 공을 돌려야 하는데, 빛의 속도가 유하하다는 것과 별의 수명을 논거로 하고 있다.(11)

1. 우주는 무한할까, 유한할까? 13

󰋮고대인들은 우주를 어떻게 보았을까? 15

기원전 4세기경에 키티온의 제논(Zenon de Cition, Ζήνων ὁ Κιτιεύς, 전335경-전263)이 창시한 스토아 학파는 별들로 가득 찬 우주는 유한하며, 그 주위로 빈 공간이 무한하게 펼쳐져 있다고 생각했다. (15)

이 세계관에 따르면 .. 밤하늘이 어둡게 보이는 것은 별들 사이로 우주 저편, 무한한 우주 바깥 공간의 어둠이 보이기 때문이다.(16)

아리스토텔레스(Aristote, Ἀριστοτέλης, 384-322: 62살) 역시 한정된 수의 별들이 닫힌 우주의 중심에 배치되어 있다고 보았다. (16)

또한 케플러(Johannes Kepler 1571-1630) 󰡔별의 전령과 나눈 대화(Dissertatio cum Nuncio Sidero, 1610; Discussion avec le messager celeste, Conversation with the Starry Messenger)󰡕에서 .. 󰡔신성에 대하여(Astronomia Nova, 1609)󰡕에서 발표했던 대로 .. 케플러는 우주가 무한하다면 밤하늘이 그렇게 어두울 수 없으므로 우주는 유한하다고 결론지었다.(16-17)

아르퀴타스(Archytas, Ἀρχύτας, 전435-전347)는 우주가 유한하다면, 가장자리가 있는게 당연하지만, 다만 그 가장자리가 무한히 먼 곳에 있다고 생각했다. 그래서 󰡔아리스토텔레스의 물리학󰡕에서 다음과 같이 우주의 가장자리에 대한 논증을 펼쳤다. (16) [󰡔아리스토텔레스의 물리학󰡕이 아니라 아리스토텔레스의 󰡔자연학󰡕일 것인데, 위키에서는 󰡔기상학(Meteorologiques)󰡕에 아르퀴타스의 인용이 있다고 한다. ]󰡕

아르퀴타스의 논증은 심플리키오스(Simplicius, Σιμπλίκιος; 490경–560경), 류크레티우스(Lucrece, Titus Lucretius Carus, 전98-전55), 토마스 아퀴나스(Thomas d'Aquin, Thomas Aquinas 1227-1274), 조르다노 브루노(Giordano Bruno, 1548-1600)를 거쳐 아이작 뉴턴(Isaac Newton 1642-1727)에 까지 이어졌다 .뉴턴은 우주가 유한하다면 만유인력의 법칙에 따라 끝내 수축하게 될 것이므로 우주는 무한할 수 밖에 없다고 생각했다. 그는 우주란 모든 방향으로 확장하고, 유클리드 기하학의 체계를 준수하는 무한한 공간이라고 보았다. (20-21) [뉴턴의 유클리드의 절대공간에서 사유라는 것은, 칸트의 순수이성 비판의 사유 또한, 비유클리드 기하학의 등장으로 확증된다.]

19세기 들어 카를 가우스(Karl Friedrich Gauss, 1777-1855), 야노슈 보요이(Janos Bolyai 1802-1860), 니콜라이 로바체프스키(Nikolai Lobachevskii, 1792-1856), 게오르크 리만(Georg Friedrich Bernhard Riemann, 1826-1866) 등의 수학자들이 유클리트 기하학 등 기존의 수학적 한계를 극복한 연구 성과를 냄으로써 (22-23)

따라서 우주를 가장자리 없는 무한한 공간으로 생각해도 되는 것일까? (24)

󰋮우주는 정말 무한할까? 24

특히 칸트(Immanuel Kant, 1724-1804)의 생각과 반대로 우주가 유한한가 무한한가 하는 문제는 논리적으로 설명할 수 있다. 하지만 그렇게 하기 위해서는 많은 과정을 거쳐야 한다. (24) [칸트는 우주가 무한하가 유한한가는 안티노미로서 오성으로 해결할 수 없다고 보았다.]

유클리드의 제5공준인 평행선 공준이 제거되... 뉴턴에게는 중요한 개념이었던 유일하고 무한한 유클리드 공간에 무한한 수많은 공간들이 추가된다. .. 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879-1955)의 일반상대성 이론은 구면 공간, 평면공간(유클리드공간), 쌍곡곡간이라는 세 가지 공간을 효과적으로 표현한다. (25) [아인슈타인의 정적 우주론을 주장했다.]

한편 러시아 물리학자 알렉산드르 프리드만(Alexander Alexandrovich Friedmann, 1888-1925)과 벨기에 물리학자 조르쥬 르메트르(Georges Lemaitre, 1894–1966)는 우주가 등방적이고 균일하다고, 즉 어느 방향에서 보나 어느 시점에서나 같다고 가정한다. (26)

아인슈타인의 방정식 .. 일반적으로 1세제곱미터당 수소원자가 세 개 이상 들어 잇는 우주는 닫혀있고 그 부피는 유한하며, 만곡은 양의 곡률을 보인다. 반대로 1세제곱미처당 수소 원자가 세 개 이하일 경우 우주는 열려있고, 그 부피는 무한하며, 만곡은 음의 곡률을 보인다. .. 그러나 오늘날 천문학자들은 우주를 이루는 물질의 밀도를 정확하게 측정하지 못한다. 그 결과 우주 기하학은 아직 확립되지 않은 상태이다. (27)

만곡은 부분적인 특성이므로 하나의 만곡에서도 전체구조는 다양하게 달라질 수 있다. 즉 여러 가지 위상 기하학이 가능한 것이다. (27) [4차원의 공간과 시공간의 차원은 다른 것 같다. 시공간은 시간이 들어가 있는 즉 움직이는(동적인) 공간이라는 의가 있을 것 같다. 공간으로서 한 면이 있는 것이 아니라 시간의 과정에서 변하고 있는 공간이란 의미일 것이다. 이에 비해 4차원 공간은 수학자 클라인이 설명하는 정적인 공간의 형태일 것 같다. 아인슈타인은 1916년의 공간은 시간이란 말을 넣었지만, 4차원공간일 것 같다. 시공간은 다르지. 시간이 지나온 지난 (거리가 아니고) 시간을 표현할 수 있을까? (48NMJ)]

오늘날 우주 공간의 만곡과 그 위상 기하학을 명확하게 밝혀내기 위한 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 요컨대 물질의 밀도나 모든 형태의 에너지(빛 에너지, 암흑 물질, 암흑에너지 등)에서 출발해서 만곡을 계산하고. .. 우주를 모방해서 만든 우주 지도에 대한 연구를 통해 전체적인 기하를 짐작해 보는 것이다. (29) [인류가 뭐든 제대로 알고 있기는 한가? 그저 현상을 추측할 뿐이다. 그 추측에 죽고 사는 게 문제지..]

최근에 우주 에너지가 대부분 진공 에너지라고 보는, 일부가 닫힌 우주 모델에 우위를 두는 측정결과들이 나왔지만, 여기까지 알필요는 없다. 밤하늘이 어둔 이유를 풀 수 잇는 해답은 유한한 우주이든 무한한 우주이든 상관없이 나올 수 있기 때문이다. (30)

2. 밤하늘이 어두운 이유는 무엇일까? 31

󰋮어떤 가설이 있었을까? 33

18세기의 에드먼드 핼리(Edmond Halley, 1656-1742)는 처음으로 밤하늘이 어두운 이유를 무한한 우주라는 틀에서 찾아보려고 했던 사람들 중 한 사람이다. (33)

이 논증(핼리)은 150년전 토머스 디지스가 주장했던 것과 비슷하다. (34)

스위스 천문학자 셰조(Jean-Philippe Loys de Cheseaux, 1718–1751)와 독일 천문학자인 하인리히 올베르스(Heinrich Olbers, 1758-1840) .. 우주를 가득채운 유체(에테르)에 흡수된다고 생각했다. 이것은 틀린 설명이다. (35)

이번에는 우주에 있는 별이 모두 빛나는 것은 아니라고 생각해보는 것은 어떨까? .. 20세기 초 영국의 물리학자 에드워드 포니어 달브(Edmund Edward Fournier d'Albe 1868-1933)가 제시한 가설로 말이 전혀 안 되는 것은 아니다. .. 암흑물질을 떠오르게 하기때문에 (36)

암흑 물질이 전체의 90퍼센트에 이른다. 이 암흑물질은 중력의 작용으로만 그 존재를 확인할 수 있는데, 두 가지 종류가 있는 것으로 짐작된다. 그 하나는 주위의 모든 물체를 이루는 일반적인 물질과 비슷한 것으로, 과학 용어로는 바리온 물질이라 부른다. 다른 하나는 바리온 물질로서 진공에너지 형태로만 나타난다.(36-37) [진공에너지는 이온상태인가?]

이후 허셜(John Frederick William Herschel, 1792–1871), 칸트(Kant), 리처드 프록터(Richard Anthony Proctor, 1837-1888), 카를 샤를리에(Carl Vilhelm Ludwig Charlier, 1862–1934) 등이 밤하늘이 어두운 이유를 설명하고자 다양한 가설을 내놓았다. (37)

해답은 다른 곳에 있다. .. 미국 시인 에드거 앨런 포(Poe, 1809-1849)이다. (38)

󰋮최초의 정답은 무엇일까? 39

1848년 포(Poe, 1809-1849)는 산문시 󰡔유레카, 1848󰡕를 출간했다. 이 책에서 그는 우주가 팽창하고 있다는 놀라운 직관을 보여준다.(39)

뢰머(Olaus Roemer, Ole Christensen Rømer, 1644-1710)가 빛의 속도를 측정한 이래 포가 살았던 시대의 사람들도 빛이 순식간에 이동하지 않는다는 사실을 정도는 알고 있었다. (40)

1884년 영국의 물리학자 윌리엄 톰슨 캘빈(William Thomson Kelvin, 1824-1907)이 볼티모어에서 한 강연이 1904년에 책으로 출간되었다. 이 책의 18장과 19장에서 캘빈은 어두운 밤하늘의 문제를 다루었다. 그런데 바로 거기에 포가 제시했던 해답이 씌여 있다.(41) [볼티모어에 있는 홉킨스 대학 강연 "Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light"(분자운동과 빛의 파동이론)이다. 󰡔Baltimore Lectures on Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light, 1904)󰡕로 출판되었다.]

그가 계산한 결과에 따르면 밤하늘은 나중에 어두워진다는 것이다. 실제로 아주 먼 공간으로부터 오는 빛은 아주 긴 시간을 여행해야 우리가 보는 곳까지 도달한다. (43)

이제부터 살펴볼 우주에 대한 현대적 개념도 포와 캘빈의 가설에서 출발한다. (44)

3. 우주는 어떤 상태일까? 45

󰋮팽창하는 우주 - 빅뱅 이론 47

아인슈타인의 일반상대성 이론의 틀로서, 빅뱅이론이 새로운 우주를 만들어 낸 것이다. 빅뱅이론을 토대로 한 우주 모델을 보면 밤하늘이 어두운 이유를 더 잘 알 수 있을 뿐만 아니라 새로운 지식도 얻게 된다. (47)

맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831–1879)의 이론은 전기 현상과 자기 현상을 하나로.. (47)...[전자기장이론(the electromagnetism)]

고전물리학과 맥스웰 이론의 모순을 해결하기 위하여 노력으로 앙리 뿌앙까레(Jules-Henri Poincare 1854-1912), 핸드리크 로렌츠(Hendrik Antoon Lorentz, 1853-1928), 헤르만 민코프스키(Hermann Minkowski, 1864-1909), 아인슈타인과 같은 과학자들...(48)...

아인슈타인은 1905년 특수 상대성 이론 .. 1916년 일반상대성 이론 .. (48-49)의

1929년 미국의 천문학자 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889-1953)은 망원경을 통해 은하들이 후퇴하고 있는 것을 관측했다. 이로 인해 우주 팽창론은 더욱 확고한 위치를 차지하기에 이르렀다. (50)

뉴턴의 우주관은 더 이상 통하지 않는다. .. 상대론적 우주관에서는 물체가 아니라 공간 자체가 팽창하고 있다. (51)

물질의 방해를 받지 않고 우주를 마음대로 날아갈 수 있게 된 빛은 오늘날 우주 배경 복사라는 형태로 흔적이 남아 있다. (53) [디키, 디크(Robert Henry Dicke, 1916-1997) 미국 물리학자. 천체물리학 원자 물리학의 장이론에 기여. 우주배경복사가 전 우주에 퍼져있다는 가설을 제기하였다. /윌슨(Robert Woodrow Wilson, 1936-) 미국 천문학자. 1978년 노벨물리학상 수상 팬지어스(Arno Allan Penzias)와 함께, 그는 1964년 열복사우주 마이크로파(the cosmic microwave background radiation CMB) 발견했다. - 아노 앨런 펜지어스(Arno Allan Penzias, 1933-) 유태계 독일 출신 미국의 물리학자. 우주 마이크로파 배경의 발견으로 1978년 노벨 물리학상을 수상하였다.]

처음에는 10,000캘빈이었던 것이 지금은 2.7캘빈(섭씨 영하 270도)으로 감소되었다. 우주 배경복사는 우주 최초 전파 신호라고 할 수 있으며, 빅뱅이론의 패러다임을 다시금 공고히 하고 은하 형성 기원을 엿볼 수 있게 해주는 싹과도 같다. (54)

󰋮정상 상태 우주: 정상 우주론 54

빅뱅 또는 팽창이론의 반대 견해 .. 정상우주론[the Steady State theory]을 주창한 사람은 천체 물리학자 허먼 본디(Hermann Bondi, 1919–2005), 토머스 골드(Thomas Gold, 1920–2004), 프레드 호일(Fred Hoyle, 1915-2001) .. 이들보다 앞서 윌리엄 맥밀런(William Duncan MacMillan, 1871–1948)도 같은 견해를 내놓았다. (55)

[약점] 복사 에너지도 맥밀런이 제시한 메커니즘에 따라 물질로 다시 바뀔 수 없다. 게다가 맥밀런의 모델은 우주의 엔트로피가 증가하는 방향으로 전환된다는 열열학 제2법칙을 고려하지 않고 있다. (56)

정상우주론은 힘을 잃었고, 지금은 역사적으로 그런 이론이 있었다는 정도의 의의 밖에 없다. (58)

4. 새로운 정답이 있을까? 59

󰋮옛 우주와 지금의 우주가 같을까? 61

오늘날 우주는 팽창 중이며, 과거를 가지고 있고 별들이 은하를 이루고 있다. .. 은하에는 빛나는 별만이 있는 것이 아니라 별의 생성 기원이 되는 가스도 포함되어 있고, 아직 그 성질이 밝혀지지는 않았지만 암흑물질도 존재한다. .. 이렇듯이 19세기와는 우주의 틀이 완전히 달라졌다. 그렇다면 어두운 밤하늘이라는 문제도 바뀌었을까? 물론이다. (62)

󰋮새로운 정답은 무엇일까?

중요한 사실이 세 가지 있다. 우주의 팽창, 천체의 중심에서 일어나고 있는 활동, 우주 배경 복사가 그것이다. 이 세 가지를 고려할 때 어두운 밤에도 눈에는 보이지 않지만 수많은 복사선이 있다는 새로운 답이 나온다. (63)

별과 은하, 또는 분자구름과 같은 별이나 은하의 진화 상태, 퀘이사(Quasar), 은하단, 우주제트, 초신성, 감마선 폭발 천체, 블랙홀 등과 같은 천체물리학의 유령들까지, 천체의 중심에서 일어나는 물리적 과정은 강한 복사에너지를 내놓고 있으며, 때로는 물질의 소립자들 방출하기도 한다. 하지만 이때 방출하는 빛이 가시 영역에 속하는 경우는 드물다. (64) [가시영역에 안 잡히면 검은 하늘이 아닌가?]

이처럼 우주가 생성되던 무렵에는 우주 복사 에너지가 매우 높았다는 사실을 알 수 있다. 초기 특이점, 즉 우주가 제로였던 순간을 가정하는 이론의 경우, 그 온도가 무한대였다고까지 말한다. (66)

뜨거웠던 우주는 팽창을 계속하면서 점점 식었고, 복사 에너지도 모든 파장을 훑고 지나가면서 처음의 10,000켈빈에서 지금은 약 2.7켈빈(섭씨 영하 270도)으로 온도가 감소되었다. 이 온도에서는 가시광선이 아니라 마이크로파가 복사된다. 인간의 눈에는 밤하늘이 어두워 보이지만, 전자기 신호 탐지기로 보면 결코 어둡지 않은 것은 그 때문이다. 따라서 어두운 밤하늘을 제대로 보기 위해서는 신체의 눈이 아니라 지식의 눈으로 보아야 한다. 어둡지만 어둡지 않은 밤. (67)

밤의 어둠은 우주로 열린 창이다. 우리 눈에 밤하늘은 어두워 보이지만, 그 어둠을 통해 이 세계가 어떻게 만들어져 있는지를 가르쳐주고 있으니 참으로 빛나는 스승이 아닐 수 없다. (67) [우주 존재는 비존재인데 눈으로 볼 수 있는 비존재도 아니다. 비존재이지만 그 속에서 생겨나온 과정에서 현상이 등장한다. 이야기는 보이지 않은 비존재로부터 시작할 수 밖에 없다. 그런데 그것을 알려줄 수 있는 방법도 잘 없다. 고르기아스가 말하는 투일까? 인간은 눈을 감았을 때 더 많은 이야기가 솟아난다. 존재가 아닌 것에서 존재의 기호들이 등장한다. 이 기호는 기표가 아니다. 비존재에서 직관이 있을 것 같은데, 그것을 알았다고 해도 알려줄 수 없는 것이 문제거리이다. 노력과 긴장이라는 스토아의 원리는 아직도 말된다고 생각할 수 있다. 인류의 신화시대 이전에도 밤은 이야기를 생산했다는 파스칼의 이야기도 그러하고, 벩송이 밤의 여행에 영감을 받았다거나, 이집트 신화에서 밤의 여신이 인류의 삶에 영향을 미쳤다는 것도 마찬가지로 이 미지의 우주에 대한 경외(놀람) 그리고 또한 그 놀람에서 오는 비존재에 대한 숭고함에서 철학은 시작하는 것이 아닐까? 종교는 놀람을 신앙으로 바꾸고, 철학은 숭고함을 내재성으로 안고서 세상을 살아간다. 인류는 철학자이기 이전에 모두 시인이었을 것 같다. (48OKB)]

* 더 읽어볼 책 69

- 박석재, 별과 은하와 우주가 진화하는 원리, 성우, 2005.

- 이영욱, 우주 그리고 인간, 동아일보사, 2000.

- 조경철, 청소년이 꼭 알아야할 대우주 이야기, 서해문집. 2000.

- 정재승 기획 김제완 외, 상대성 이론 이후 100년, 궁리 2005.

- 데이비드 필킨, 동아사이언스, 스티븐 호킹의 우주, 성우, 2001. [데이비드 필킨(David Filkin, s.d.)은 독립 프로덕션 회사인 우든 어소시에이츠와 공동으로 《스티븐 호킹의 우주》를 제작한 프로듀서이다. 1994년까지 BBC TY의 과학특집부 부장으로 일하면서 다큐멘터리 제작자로서 세계적인 명성을 얻었다.]

- 마틴 리스, 김재영, 우주가 지금과 다르게 생성될 수 있었을까?, 이제이북스, 2004.

- 마틴 리스, 한창우, 태초 그 이전, 해나무, 2003 [마틴 리스(Martin John Rees, Baron Rees of Ludlow, 1942-) 영국 우주론자, 천체물리학자. 1995년이래로 그리니치 왕립 천문대장. 󰡔천체우주론에서 새로운 전망(New Perspectives in Astrophysical Cosmology, 1995󰡕, 󰡔태초 그 이전(Before the Beginning: Our Universe and Others, 1997󰡕]

- 스티븐 와인버그, 신상진, 최초의 3분, 양문, 2005 [스티븐 와인버그(Steven Weinberg, 1933-) 미국의 이론 물리학자. 1979년 압두스 살람(Mohammad Abdus Salam 1926–1996)과 셸던 글래쇼(Sheldon Lee Glashow, 1932-)와 함께, 표준 모형의 바탕을 이루는 전자기력과 약한 상호작용을 통합하는 이론(글래쇼 살람 와인버그 (GWS) 이론)으로 노벨 물리학상을 받았다. 󰡔The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe, 1977)󰡕 ]

- 아미르 D. 액설, 김희봉, 신의 방정식, 지호, 2002 [악셀(Amir Aczel, 1950-), 미국 수학자, 수학사가 󰡔God's Equation: Einstein, Relativity, and the Expanding Universe, 1999󰡕. 󰡔The Mystery of the Aleph: Mathematics, the Kabbalah, and the Search for Infinity, 2000󰡕 ]

- 재너 레빈, 이경아, 우주의 점, 한승, 2003 [재너 레빈(Janna Levin, 1967-) - 미국 이론물리학자, 이론 우주과학자. 그녀는 컬럼비아 대학의 버나드 칼리지에서 물리학과 천문학을 전공했으며 MIT에서 박사 학위를 받았다. 󰡔How the Universe Got Its Spots: diary of a finite time in a finite space, s.d.)󰡕 ]

- 케네스 C. 데이비스, 노태영, 울통하고 불퉁한 우주 이야기, 푸른숲, 2004. [케네스(Kenneth C. Davis, s.d.) 미국 인기 역사가 “Don't Know Much About”의 시리즈 저자로 유명하다. 󰡔Don't Know Much About the Universe, 2002)󰡕(이충호역, 우주의 발견, 푸른 숲, 2003)

*논술, 구술 기출문제 70

(8:19, 48OKB)

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흑공, 검은 구멍(black hole un trou noir) 또는 블랙홀: (Fr.Wiki) 천문학에서 검은 구멍은 매우 응축적 천체 대상인데, 그것의 중력 장의 강도는 모든 물질적 형태 또는 빛(파)가 그것으로부터 벗어나지 못하게 막고 있는 천체 대상이다.

- 슈바르쯔쉴트(Karl Siegmund Schwarzschild, 1873-1916) 독일 천체물리학자. 그는 중심의 검은 구멍을 제시했다.

- 킵 손(Kip Stephen Thorne, 1940-) 미국 이론 물리학자. 손을 매개로 1960년대 이론으로 떠올랐다. 1965년 박사학위. [인류가 아는 지식이 요기까지라는 표현이 빅뱅과 흑체이다. 아직은 멀었다는 표현인지 모른다 ]

- 케어(Roy Patrick Kerr, 1934-) 뉴질랜드 수학자. 그는 1963년에 검은 구멍의 회전(un trou noir en rotation)을 일반상대성의 방정식에 정확하게 맞게 발견한 것으로 유명하다.

Stuart Louis Shapiro s.d. & Saul Arno Teukolsky 1947-, Black holes, white dwarfs and neutron stars: the physics of compact objects, John Wiley, New York (1983).

Jean-Pierre Lasota s.d., La science des trous noirs, Odile Jacob sciences, 2010 -Tres facile a lire et facile a comprendre.

Jean-Pierre Luminet 1951-, Le destin de l’univers : Trous noirs et energie sombre, Fayard, coll. ≪ Le temps des sciences ≫, 2006

흑체, 암흑물질(暗黑物質, dark matter, en.fr. La matiere noire ou matiere sombre)은 우주에 널리 분포하는 물질로써, 전자기파 즉 빛과 상호작용하지 않으면서 질량을 가지는 물질이다. / 1933년 스위스 천문학자 쯔위키(Fritz Zwicky 1898-1974)가 연구했다.

암흑 에너지(dark energy, l'energie sombre)는 우주에 널리 퍼져 있으며 척력으로 작용해 우주를 가속 팽창 시키는 역할을 한다. / fr.Wiki 우주에는 검은 에너지(l'energie sombre) 68.3%, 검은 물질(la matiere noire) 26.8% [둘을 합하면 95.1%나 된다], 일상물질(la matiere ordinaire)은 4.9%인 셈이다. En cosmologie, l'energie sombre ou energie noire (dark energy en anglais) est une forme d'energie hypothetique emplissant uniformement tout l'Univers et dotee d'une pression negative, qui la fait se comporter comme une force gravitationnelle repulsive.

[펄서(pulsar) 또는 맥동전파원(脈動電波源)은 고도로 자기화된, 관측 가능한 전파의 형태로 전자기파의 광선을 뿜는, 자전하는 중성자별이다. ]

퀘이사(Quasar)는 매우 멀리 떨어져 있으며 강한 에너지를 방출하는 활동은하핵이다. 발견 당시에 은하처럼 넓게 퍼져 보이는 천체가 아니라, 별과 같은 점광원으로 보였기 때문에, ‘항성과 비슷하다’는 뜻에서 준성(準星, Quasi-stellar Object) 또는 준성전파원(準星電波源, Quasi-stellar Radio Source) 이라는 이름이 붙었다. 하지만 퀘이사는 전파 뿐 아니라 거의 모든 전자기파 대역에서 매우 강한 에너지를 내기 때문에, 현재는 준성전파원이라 하지 않고 대개 그냥 퀘이사라고 한다.

*

알브(Edmund Edward Fournier d'Albe 1868-1933) 아일랜드 물리학자, 천체물리학자, 화학자. 프랑스 캘빈주의자로서 1685년 낭트칙령폐지로 아일랜드 이민 간 가족 출신이다. 의사심리학(parapsychologie)에도 관심으로 성령주의의 기만을 폭로하고, 범셀트주의자로서 에스페란토어 관심.

[알칼리리(Jameel Sadik "Jim" Al-Khalili, 1962-) 이라크태생 영국 이론물리학자. Black Holes, Wormholes and Time Machines, 1999. Everything and Nothing, 2011

토마스 아퀴나스(Thomas d'Aquin, Thomas Aquinas 1227-1274) 이탈리아 출신으로 도미니크 수도원으로 갔다. 아랍-이슬람 문화에 시달린 서구 기독교의 교리에 대한 정리를 하였다.

아리스토텔레스(Aristote, Ἀριστοτέλης/Aristotelēs, 384-322: 62살) 스타지르(Stagire, Στάγειρος)에서 탄생. (플라톤 나이 33세였고) 아리스토텔레스는 367년(17살)에 플라톤의 나이 50살에 아카데미아 입학했다고 한다.

아르퀴타스(Archytas de Tarente, Ἀρχύτας ὀ Ταραντίνος, 전435-전347) 피타고라스학파 철학자, 수학자, 천문학자, 정치가, 그리스 장군. 에우독소스의 스승이며 플라톤의 친구이다. 플라톤과 같은 시기에 죽었으며, 플라톤주의의 옹호자였다. 아리스토텔레스(Aristote)에서 나오는 부분은 󰡔Politique󰡕, 󰡔Rhetorique󰡕, 󰡔Meteorologiques󰡕

보야이(Janos Bolyai 1802-1860) 헝거리 수학자. 퍼르커스 보야이의 아들. 1823(21살)에 비유클리드기하학을 생각했다.

허먼 본디(Hermann Bondi, 1919–2005) 영국-오스트리 수학자, 우주과학자. 정상우주론(the Steady State theory)을 전개했다.

티코 브라헤(Tycho Brahe, 1546-1601) 덴마크 천문학자. 1576년 우라니엔보리 천문대, 스티에르네보르 천문대 설립, 그 수집 자료를 죽을 때 조수인 30살의 케플러(J. Kepler 1571-1630)에게 넘겨주었다.

브루노(Giordano Bruno, 1548-1600) 이탈리아, 나폴리 왕국 출신으로 도미니크파 수도사이다 그는 우주의 무한성과 세계의 다수성을 주장한 범신론자이며, 로마 광장에서 산채로 화형 당하였다. [종교가 인간에 대해 행한 범죄는 마녀신앙에서 절정을 이룬다]

카를(Carl Vilhelm Ludwig Charlier, 1862–1934) 스웨덴 천문학자. 󰡔천체의 역학(Die Mechanik des Himmels, 1902-1907)󰡕,

셰조(Jean-Philippe Loys de Cheseaux, Jean-Philippe de Cheseaux., 1718–1751) 스위스 천문학자. 󰡔해성(Traite de la Comete 1743)󰡕으로 유명하다. 󰡔물리학 시론(Essais de physique, 1743)󰡕 󰡔다니엘서에 관한 천문학적 논평(Remarques astronomiques sur le livre de Daniel, 1777)󰡕

존 디(John Dee, 1527–1608 or 1609) 영국 수학자, 천문학자 비의 철학자, 에리스베스 여왕의 조언자로서 제국주의자. 피치노(Marsilio Ficino)의 네오플라토니즘 연구자. ,

토머스 디지스(Thomas Digges, c.1546–1595) 영국 수학자, 천문학자. “어두운 밤하늘의 역설”("dark night sky paradox")을 제안한 첫 학자이다. 1572년 티코브라헤가 발견한 초신성을 규정하기를 시도했다.

아인슈타인(Albert Einstein, 1879-1955) 미국의 이론물리학자. 광양자설, 브라운운동의 이론, 특수상대성이론을 연구하여 1905년 발표하였으며, 1916년 일반상대성이론을 발표하였다.

프리드만(Alexander Alexandrovich Friedmann, 1888-1925) 러시아 수학자, 천문학자. 기상학자. 1922년 우주 팽창설..

가우스(Karl Friedrich Gauss, 1777-1855)(78살) 독일의 수학자. 대수학, 해석학, 기하학 등 여러 방면에 걸쳐서 뛰어난 업적을 남겨, 19세기 최대의 수학자라고 일컬어진다. 수학에 이른바 수학적 엄밀성과 완전성을 도입하여, 수리물리학으로부터 독립된 순수수학의 길을 개척하여 근대수학을 확립하였다. 󰡔정수론 연구(整數論 硏究, Disquisitiones arithmeticae)󰡕(1801), 󰡔천체운동론, 1809)󰡕 등

토마스 골드(Thomas Gold, 1920–2004) 오스트리아 출신 미국 천체물리학자. 코넬대 천문학교수, 정상우주론(the Steady State theory) 주장자.

에드먼드 핼리(Edmond Halley, 1656-1742) 영국 천문학자, 기상학자, 물리학자, 수학자. 핼리 해성의 주기를 발견하였다. 1705년, 󰡔혜성 천문학 총론(Synopsis Astronomia Cometicae, 1705)󰡕을 발간하여. 1456년과 1531년, 1607년, 1682년에 나타났던 혜성이 모두 같은 혜성이라는 주장을 제시하고, 이 혜성이 1758년 다시 나타날 것이라 예측하였다. 예측이 사실로 밝혀지면서 이 혜성은 핼리 혜성이라고 불리게 되었다.

존 허셜(John Frederick William Herschel, 1792–1871), 영국 천문학자. 󰡔Outlines of astronomy, 1849 (Esquisse de l'astronomie)󰡕(항성목록 General Catalogue of Nebulae and Clusters (catalogue general des nebuleuses et amas)이란 저술이 된다. 천왕성 발견자인 허셜(Friedrich Wilhelm Herschel, 1738-1822)은 그의 아버지이다.

프레드 호일(Fred Hoyle, 1915-2001) 정상우주론을 처음 주장한 것으로 유명한 영국의 천문학자이자, 이론물리학자이다. 그는 빅뱅 이론에 대해서는 강하게 반대했지만, 아이러니하게도, 빅뱅이라는 이름을 붙인 사람도 그였다. 이후, 우주 마이크로파 배경의 발견으로 정상우주론이 폐기되자, 그는 핵합성[핵융합]에 대한 이론에 관한 연구에 몰두했다.

에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889-1953) 미국의 천문학자. 1929년 은하들의 스펙트럼선에 나타나는 적색이동(赤色移動)을 시선속도(視線速度)라고 해석하고, 후퇴속도(後退速度)가 은하의 거리에 비례한다는 󰡐허블의 법칙󰡑을 발견하여 우주팽창설에 대한 기초를 세웠다. / 1929 허블 법칙: “우주 팽창론”

칸트(Immanuel Kant, 1724-1804) 현재로는 폴란드보다 더 동쪽에 있는 쾨니히스베르그 출신의 프러시아 공화국의 철학자이다. 인간의 표상적 인식의 조건을 규정하고, 도덕적 이성의 신에게 종속을 요청하고, 미적으로 신의 작업의 숭고함에 경건하게 기도하는 듯이 긍정한 프로테스탄트 철학을 구성하였다.

캘빈(William Thomson Kelvin, 1824-1907) 아일랜드 출신 영국 물리학자. 열역학 전공이다. 볼티모어에 있는 홉킨스 대학 강연 "Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light"(분자운동과 빛의 파동이론)이다. 󰡔Baltimore Lectures on Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light, 1904)󰡕로 출판되었다. .

케플러(Johannes Kepler 1571-1630) 독일의 천문학자. 1627년 󰡔Tabulae Rudolphinae 1627󰡕를 브라헤(Tycho Brahe)의 관찰에 기초하여 작성했다. 󰡔신성에 대하여(Astronomia Nova, 1609)󰡕, 󰡔별의 전령과 나눈 대화(Dissertatio cum Nuncio Sidero, 1610; Discussion avec le messager celeste, Conversation with the Starry Messenger)󰡕

르메트르(Georges Lemaitre, 1894–1966) 벨기에 카톨릭신부, 천문학자 물리학자. 루방 카톨릭 대학교수, 우주가 등방적이고 균일하다고 주장. 우주가 팽창한다는 사실을 발견하고 빅뱅이론의 기초를 마련했다. .

니콜라이 로바쳅스키(Nikolai Ivanovich Lobachevskii, 1792-1856) 러시아의 수학자. 유클리드기하학의 기초공리를 검토하여 유클리드기하학과는 전혀 다른 새로운 기하학의 성립 가능성을 상정(想定)하여, 비유클리드기하학을 창시하였다. 그 외 ‘로바쳅스키 방정식’으로 불리는 대수방정식의 수치해법을 행하는 등 폭넓은 연구를 하였다.

로렌츠(Hendrik Antoon Lorentz, 1853-1928) 네델란드 물리학자. 1902노벨 물리학상.

류크레티우스(Lucrece, Titus Lucretius Carus, 98-55기원전) 에피큐로스 학파 로마 시인 탄생 『사물의 본성(De rerum natura)』(De la nature des choses)

뉴턴(Isaac Newton 1642-1727) 물리학자, 만유인력의 법칙 확립한 󰡔자연철학의 수학적 원리󰡕(1687)출간, 1703년 왕립협회 회장.

올베르스(Heinrich Wilhelm Matthias Olbers, 1758-1840) 독일 천문학자, 의사, 물리학자. 1823년 우주가 무한하다면 밤하늘은 결코 어두울리 없다는 ‘올베르스 역설’을 주장했다.

맥밀런(William Duncan MacMillan, 1871–1948) 미국 수학자이며 천문학자. 다른 별에 지구보다 더 발달된 문명이 있을 가능성에 대해 연구했다.

맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831–1879), 스코틀랜드 수리물리학자. 전자기장이론(the electromagnetism)의 토대를 만들었다.

민코프스키(Hermann Minkowski, 1864-1909) 러시아 태생 유태계 독일의 수학자. 기하학적 정수론을 발전시켰고, 정수론, 수리물리, 상대성이론 등의 어려운 문제들을 기하학적 방법을 써서 풀었다. 3차원 물리공간에 시간 차원을 결합시킨 그의 4차원 공간('민코프스키 공간'으로 알려짐)이라는 개념은 아인슈타인의 일반 상대성이론의 수학적 기초가 되었다. [En geometrie fractale, la dimension de Minkowski-Bouligand, 사전에 불리강은 따로 나오지 않는다.] [프랑 위키에 나온다.(44OLG)]

에드거 앨런 포(Edgar Alan Poe, 1809-1849) 미국 시인, 소설가. 󰡔모르그가의 살인 사건󰡕, 󰡔도둑맞은 편지󰡕, 󰡔어셔가의 몰락󰡕, 󰡔검은 고양이󰡕

푸앵카레(Jules-Henri Poincare 1854-1912) 프랑스의 수학자, 물리학자, 천문학자, 과학사상가. 수학에서는 수론, 함수론, 미분방정식론에 업적을 남겼으며, 물리학에서는 전자기파론, 양자론, 상대성이론에 공헌하였고, 그 밖에 과학 비평면에서도 활약하였다 주요저서 󰡔과학의 가치(La Valeur de la science, 1904)󰡕

리처드 프록터(Richard Anthony Proctor, 1837-1888) 영국 천문학자. 화성의 지도를 제작한 첫째 사람이다.

게오르크 리만(Georg Friedrich Bernhard Riemann, 1826-1866)(40살) 독일의 수학자. 수학의 각 분야에서 획기적인 업적을 남겼는데, 복소함수의 기하학적인 이론의 기초를 닦아주었으며, 리만적분을 정의하고, 리만공간의 개념을 도입하여, 리만공간의 곡률(曲率)을 정의하였다. 곡률이 양[正]인 곡면상에서의 기하학은 리만기하학이라 불린다.

뢰머(Olaus Roemer, Ole Christensen Rømer, 1644-1710) 덴마크 천문학자. 1675년 목성의 위성관찰. 빛의 속도가 유한하다는 생각으로 1675년 빛의 속도를 처음으로 계산하였다.

심플리키오스(Simplicius, Σιμπλίκιος; c.490–c.560) 현 터키의 실리시아(Cilicie , actuelle Turquie Cilicia)출신이며 암모니우스(Ammonius Hermiae)와 아마스키우스(Damascius)의 제자이며 네오플라톤니즘의 마지막 사람 중의 한 사람이다. 아리스토텔레스 주석가. / 심플리키우스(Simplicius)에 의해 인용된 테오프라스토스(Theophraste) (Diels, Doxographi graeci, 376, 3-6). 참조, Burnet, L'aurore de la philosophie grecque, p. 61-66.

제논(Zenon de Cition, Ζήνων ὁ Κιτιεύς, 전335경-전263), 키티에우스(Cition, Κιτιεύς, 현 Chypre)출신, 페니키아인, 기원전 301년 스토아학당 창시자.

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