[그린북 신간] 유쾌한 우주강의

[그린북]

다다 쇼 지음 | 조민정 옮김 | 정완상 감수

대상 연령 : 청소년, 일반 성인 | 발행일 2014년 08월 01일

153mm×215mm | 가격 15,000원 | 본문 336쪽

무선철 | ISBN 978-89-5588-263-6 03400

교과연계 : 중등 과학 3-1 4. 대기의 성질과 일기 변화(➀ 지구 복사 평형과 대기권)

고등 지구과학2 14. 별의 특성(1) 15. 별의 특성(2) 16. 우리 은하

17. 은하의 종류와 허블 법칙 18. 우주론

시공간이 뒤엉킨 세계 블랙홀부터 우주가 탄생하는 순간인 빅뱅, 이름마저 수상한 암흑물질까지, 도대체 우주는 어떻게 만들어졌으며, 어떤 모습일까요? 우리의 상상을 뛰어넘는 우주의 세계, 그 속에서는 펼쳐지는 신기하고 흥미로운 일들을 지금부터 괴짜 물리학자가 유쾌한 강의를 통해 들려줍니다.

블랙홀, 빅뱅, 암흑 물질과 같은

우주의 비밀을 괴짜 물리학자가 들려주는

유쾌한 강의로 풀어 본다!

최근 우리는 다양한 매체 속에서 지구 너머 미지의 세계에 대한 이야기를 쉽고 익숙하게 접하고 있습니다. 하지만 우리가 상상하는 세계는 아주 일부일 뿐이지요. 이 책에서는 여전히 미지의 세계로 남아 있는 우주의 비밀을 소립자 물리학으로 풀어 봅니다. 하지만 단순히 우주에 대한 물리책이 아니라 이 책에서는 ‘인류가 우주를 알려고 노력한 과정과 그 과학적 사고방식’을 다루고 있습니다. 지금도 많은 사람들이 비밀을 풀기 위해 노력하고 있는 그 미지의 영역, 우주에는 어떤 이야기가 담겨 있는 걸까요?

● 블랙홀은 거대하지 않다?  : 시간과 공간이 뒤엉킨 세계, 블랙홀

사람들이 우주에서 가장 흥미로워 하는 것 중 하나가 바로 블랙홀일 것입니다. 블랙홀이라고 하면 흔히 시커먼 구멍 속으로 무엇이든 다 빨려 들어가는 무시무시한 광경을 떠올리지요. 하지만 사실 블랙홀은 아주 작다는 걸 알고 있나요?

도대체 블랙홀은 어떻게 만들어지는 것이며 어째서 그렇게 작은 걸까요? 사람에게도 수명이 있듯이 별도 수명을 가지고 있는데 그중 태양보다 30배 이상 큰 별은 중력붕괴를 일으키게 되고, 그때 발생하는 강한 중력 때문에 크기가 아주 작아집니다. 즉, 극도로 작고 무거운 천체인 블랙홀이 되는 것이지요. 그리고 그 극도로 작은 블랙홀은 빛이 빠져나올 수 없어 온통 검게 보입니다.

그런데 빛이 새어나오지 않는 블랙홀을 사람들은 어떻게 관측한 걸까요? 블랙홀만 존재한다면 당연히 캄캄해서 아무것도 보이지 않을 것입니다. 하지만 주변에 있는 별들이 블랙홀의 중력에 의해 원반 모양으로 회전하며 중심을 향해 빨려 들어갑니다. 그 순간 가스끼리 충돌하게 되고 충돌한 입자들이 사방으로 튕겨 나가는 제트 현상이 발생하는데 이 제트선은 방사선이므로 관측이 가능합니다. 그러니까 우주에서 제트를 발견한다면 그 중심에 블랙홀이 있다는 사실을 알 수 있는 것이지요.

여기서 흥미로운 사실 하나는 블랙홀은 존재가 먼저 확인된 것이 아니라 수식으로 먼저 생겨났다는 점입니다. 참 재미있는 우주의 세계가 아닐 수 없지요! 저자는 이처럼 알수록 신기하고 재미있는 우주 강의를 통해 하나씩 풀어나갑니다.

● 우리는 우주의 중심이 아니다! : 사람들은 상상할 수 없는 우주

사람들은 흔히 모든 별이 마치 지구를 중심으로 멀어지는 것으로 착각하고 있습니다. 우리 눈에 그렇게 보이니까요. 하지만 우주의 중심은 우리가 사는 지구가 아닙니다.

이 책의 저자는 이 논리를 풍선을 가지고 설명합니다. 풍선에 몇 개의 점을 찍은 후 이것을 각각 천체라고 가정합니다. 그리고 풍선에 바람을 불어넣습니다. 빵빵해진 풍선에 미리 찍어 놓았던 점들 중 한 점을 정해서 주변의 다른 점들을 봅니다. 그럼 다른 점들이 그 점을 중심으로 퍼져 있는 것처럼 보이게 됩니다. 또 다른 점을 보아도 마찬가지입니다. 하지만 사실은 그 무엇도 중심이 아닙니다. 이것이 우주가 퍼지는 모습이라는 것이지요.

하지만 아무리 애를 써도 우리는 이 모습을 상상할 수 없다고 저자는 말합니다. 우리는 3차원의 생물이기 때문에 2차원의 닫힌 세계는 볼 수 있지만, 끝과 중심이 없는 3차원의 닫힌 세계는 볼 수 없다는 겁니다. 4차원의 생물이 되지 않는 이상 우리는 영원히 우주를 온전히 볼 수 없는 것이지요.

● 이름부터 미심쩍은 암흑물질! : 존재하지만 정체를 알 수 없는 물질

우주에 대해 이야기하기 위해서 빠질 수 없는 것이 소립자 물리학입니다. 이름만 들어도 어렵게 느껴지지만 알고 보면 재미있는 것들도 많습니다. 신의 입자라고 불리는 힉스 입자, 빛보다 빠르다는 논란을 일으켰던 중성미자와 같은 것들이 바로 이 소립자입니다. 그리고 또 다른 소립자들이 계속해서 발견되고 있지요.

은하계에는 그 밖에도 분명히 존재하지만 어떠한 전자기파로도 관측되지 않은 물질이 있습니다. 이 물질은 오로지 중력에 의해서만 그 존재를 확인할 수 있지요. 아직까지는 그 물질이 정확히 무엇인지 알 수 없어서 이름도 암흑물질입니다. 그런데 마침 얼마 전 2억4천만 광년 떨어진 한 은하단에서 포착된 이상신호가 이 암흑물질일 수도 있다는 주장이 제기되었습니다. 과연 그 이상신호는 암흑물질이 맞을까요? 이러한 저자의 우주 이야기를 듣고 있으면 앞으로 어떤 흥미로운 일들이 펼쳐질지 더욱 궁금해집니다.

● 우주의 탄생과 역사! : 상상력과 기술력으로 도달한 세계

그렇다면 이렇게 수많은 물리학자들이 오랜 기간 연구해도 다 풀어내지 못한 우주는 어떻게 탄생했으며, 우주의 옛 모습은 어떠했을까요?

태초의 우주에는 우주 에너지만이 밀집되어 있었습니다. 이 우주 에너지들의 밀도 때문에 초고온 상태가 되었고, 빅뱅이 일어나게 됩니다. 그 직후 세 번의 상전이 현상을 통해 중력을 비롯한 여러 힘이 발생하면서 급팽창하였습니다. 그리고 맑게 갠 상태를 거쳐 현재 우리가 알고 있는 우주의 모습이 되었지요.

사실 우리는 그 끝을 짐작조차 할 수 없을 만큼 광활한 우주에서 그저 아주 작은 지구라는 별에 살고 있을 뿐입니다. 이런 우리가 몇 백억 년이나 떨어진 우주, 그리고 137억 년 전 일까지 구체적으로 생각할 수 있다는 건 정말 놀라운 일이지요. 상상력과 기술력으로 우주의 세계에 도달하고 있는 것입니다. 그 세계로 저자는 우리를 이끌어줍니다.

● 괴짜 물리학자가 전하는 우주 이야기: 쉽고 재미있는 우주 소립자 물리학

일반적으로 물리학자 하면 새하얀 머리의 나이 지긋하고 고리타분한 박사님의 모습이 떠오르지만 이 책의 저자인 다다 쇼는 샛노란 머리의 젊은 소립자 물리학자입니다. 그런데 왜 소립자 물리학에 대한 책이 아니라 우주에 관한 책을 썼을까요? 저자는 막연히 로맨틱하게 보이는 우주에 대한 이야기가 아니라 인류가 어떠한 사고 과정을 거쳐 우주를 생각해 왔는지 전하고 싶었기 때문이라고 합니다.

이 책은 총 4회에 걸쳐 ‘도쿄 컬처 컬처’에서 했던 소립자 물리학을 통해 본 우주에 대해 강의를 엮은 것입니다. 저자는 우주의 팽창 속도와 뒤섞이는 입자의 속도를 대중탕의 열탕을 통해 설명한다든가, 소립자에 질량을 주는 입자인 힉스 입자에 대해서 인기 있는 사람과 인기 없는 사람을 예를 들어 설명하는 등 쉽고 재미있는 비유들을 통해 전공자가 아닌 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 하고 있습니다. 이는 본인 자신이 우주 전문가가 아니기 때문에 독자들과 같은 아마추어의 시선으로 바라볼 수 있기에 가능한 것입니다.

여전히 우리는 그 누구도 우주의 세계에 대해 이렇다! 하고 확신할 수 없습니다. 지금도 우주의 반 이상은 정체불명의 물질로 가득 차 있고, 끊임없이 생겨나는 가설과 그 가설을 입증하기 위한 연구가 계속 되고 있기 때문입니다. 그 결과에 따라 이렇다고 결론 내려졌던 것들이 앞으로 다시 얼마든지 뒤집힐 수 있음을 이 책에서는 끊임없이 이야기합니다. 우리는 이러한 과정 속에 있고, 새로운 역사를 만들어 나가는 것 또한 우리입니다. 이 책을 읽다 보면 그 역사의 한가운데 나 자신이 서 있음을 깨닫게 될 것입니다.

■ 차 례

책장을 펼치며 • 4

제1강 블랙홀_시간과 공간이 뒤엉킨 세계

반물질이란 무엇인가? • 15

쌍소멸과 쌍생성: 물질과 에너지는 서로 모양을 바꾼다 • 18

의료 현장에서 쓰이는 반물질•21운동량 보존 법칙_ 빛은 정반대로 날아간다 • 22

(중략)

화이트홀과 웜홀 • 98

‘어디로든 문’을 만들 수 없는 세 가지 이유 • 101

Column Ⅰ 정량적으로 생각하다 • 104

제2강 빅뱅_사람은 왜 우주를 상상할 수 없을까?

아래로 떨어지는 사과와 떨어지지 않는 달 • 120

별은 왜 우주에 뿔뿔이 흩어져 있을까? • 121

우주항? • 123

(중략)

우주의 미래: 열린 우주, 닫힌 우주, 평탄한 우주 • 175

던진 공이 도중에 가속하기 시작했다? • 178

Column Ⅱ 별의 거리 측정법 • 181

제3강 암흑 물질

존재하지만 정체를 알 수 없는 물질을 어떻게 밝혀낼까?

별은 틀림없이 움직이고 있다 • 194

공전 속도는 태양에 가까울수록 빠르고 멀수록 느리다 • 196

은하의 회전속도가 이상하다 • 199

(중략)

지금의 우주를 형성하기 위한 암흑 물질의 양은? • 239

정체불명의 암흑 에너지 • 241

Column Ⅲ 소립자 물리학으로 생각하는 암흑 물질의 모습 • 245강

제4강 그리고 우주가 탄생했다

상상력과 기술력으로 도달한 세계

온도란 무엇인가? • 266

수학여행의 스키와 학생들의 에너지 • 267

상전이: 물질의 양상이 바뀐다 • 270

따뜻하게 만들면 과거를 볼 수 있다 • 271

(중략)

티코 브라헤는 왜 천동설을 주장했을까? • 315

실험 기술이 이론을 바꾸다 • 317

언젠가 바뀌어도 상관없다 • 319

책장을 덮으며 • 322

제4강

■ 작가 소개

지은이 | 다다 쇼

노벨 물리학상 유력 후보자로 거론되는 금발의 천재 물리학자 다다 쇼는 1970년 오사카에서 태어나 교토 대학교 이학연구과 박사 과정을 수료했으며, 현재 고에너지 가속기 연구기구(KEK)의 소립자 원자핵 연구소에서 조교로 근무하고 있다. 중성미사 실험장치인 ‘뉴트리노 빔 라인’의 설계를 맡아 세계적으로 이름을 알린 다다 쇼는 독특한 외모에 걸맞게 젊은 층이 즐겨 사용하는 인터넷 용어를 구사하며, 연예인 팬클럽 활동이 본업이라고 말할 만큼 개성 넘치고 유쾌한 인물이다. ‘도쿄 컬처 컬처(TOKYO CULTURE CULTURE)’에서 ‘놀라운 수업’이라는 강의를 맡은 바 있으며, 이 강의를 엮은 책이 바로 《유쾌한 우주강의》이다. 그 외에 2012년에 출간한 첫 저서 《놀라운 실험-고등학생도 알 만한 소립자 물리의 최전선》이 있다.

옮긴이 | 조민정

대학교에서 일어교육학을 공부했으며, 현재 엔터스코리아에서 일본어 번역가로 활동 중이다. 역서로는 《오가와 미메이 단편 동화(공역, 출간 예정)》, 《물리와 친해지는 1분 실험》 등이 있다.

감수자 | 정완상

서울대학교 무기재료공학과를 졸업하고, 1992년 KAIST에서 초중력 이론으로 이론물리학 박사 학위를 받았다. 1992년부터 국립 경상대학교 기초과학부에서 학생들을 가르치고 있다. 전공 분야는 중력 이론과 양자대칭성 및 응용수학으로, 현재까지 수학 ․ 물리 분야의 국제 학술지에 100여 편의 논문을 발표하였다. 저서로는 《정완상 교수의 패턴으로 배우는 중학수학》, 《과학공화국 물리법정》(1~8), 《과학공화국 생물법정》(1~8), 위대한 과학자들이 초등학생들을 위해 쉽고 재미난 강의 형식을 빌려 과학 이론을 설명해 주는 <과학자들이 들려주는 과학 이야기>시리즈, 《과학공화국 화학법정》(1~8), 《과학공화국 수학법정》(1~8), 《과학공화국 지구법정》(1~8), 《에너지의 달인 임꺽정》, 《줄이 들려주는 일과 에너지 이야기》, 《피타고라스가 들려주는 삼각형 이야기》, 《외계에서 온 UFO》, 《둥둥 뜨게 하는 부력》, 《쉽고 빠른 셈셈셈》, 《우리의 가장 오랜 친구 곤충》 등이 있다.

[차주은김해부곡초]

과학자들이 들려주는 과학이야기 (자음과모음?)저희도 올해 싹 구입했어요~ 남학생들이 사달라 그러더라구요~ 감수를 하실만큼 유명하신 분이었네요.. 제가 책껍질만 보는 사서이고 싶지는 않은데 하하하 잘 몰라서...
어제 김해가야고에서 이성희선생님 연수를 받았는데, 정말 고등학교 책 중에 재미있을 것 같은 책들이 많더라구요... 앞으로는 청소년 책도 관심을 갖도록 노력하겠습니다.

[차주은김해부곡초]

좋은 자료 감사드립니다 (__)