웅장하고 신비로운 우주를 한 권으로 압축하다

“처음 1일째인가 2일째는 다들 자기 나라를 가리켰다. 3일째, 4일째는 각자 자기 대륙을 가리켰다. 5일째, 우리 눈에 비친 것은 오직 지구 하나밖에 없다는 것을 깨달았다.”
1985년 6월, 최연소 우주왕복선 승무원에 선발된 술탄(사우디아라비아)이 우주에서 지구를 바라보며 남긴 말이다. 웅장하고 적막하며 수수께끼로 가득찬 우주. 이 책은 우주의 정의부터 우주의 탄생과 종말, 우주의 수많은 별들의 생애, 지구와 인류의 탄생과 소멸, 미지의 우주 에너지, 우주의 최소 단위, 중력과 빛의 정체, 블랙홀, 우주엘리베이터와 외계인까지 우주를 설명하는 거의 모든 정보를 담은 우주의 집합체이다. 기후 변화, 식량 부족, 에너지 위기를 극복하기 위해 전 세계가 우주개발에 박차를 가하고 있는 시대에 우주에 관한 기본 소양을 기르는 완벽한 한 권이 될 것이다.

과학 이론을 일상의 시선으로 담아내다

과학자가 아닌 이상, 우주는 우리 일상과 너무나도 먼 이야기 같다. 하지만 이 글을 읽고 있을 독자와 글을 출력하는 노트북 혹은 스마트폰, 그 옆에 놓인 커피 한 잔, 커피잔을 든 손에 누군가와 영원을 맹세하며 끼운 반지 등, 모두 우주와 깊이 연관되어 있다. 우리를 비롯한 우리 주변의 모든 것은 우주의 물질로 빚어진 생명이고 물체이다. 따라서 우주의 법칙을 배운다는 것은 우주에 존재하는 지구, 우주에 존재하는 ‘우리’를 배우는 것이 된다. <우주 모멘트>의 저자는 친절한 말투로 우리가 무심코 구분하게 되는 지구와 우주를 연결해 우주를 친근한 존재로 인지시키고, 우주에 관해 깊이 있게 배울 필요가 있다는 것을 느끼게 해준다. 이 책을 읽고 나면 우리는 단순히 지구가 아닌 ‘우주’에 살고 있다는 사고의 전환과 함께 ‘우주 감각’을 깨우는 ‘모멘트’를 맞이할 것이다. 나아가 우주로 도약했을 때 인류의 세계관이 크게 바뀐 것처럼 화성에 이주하고 태양계로 뻗어나가는 미래의 세계관을 실감할 수 있다.

추천사

“우주에 관한 거의 모든 질문의 답을 풀어나가다”

과학의 즐거움은 어찌 보면 순수한 질문과 호기심에서 시작되는지도 모른다. 아무도 궁금해 하지 않더라도 내가 궁금하면 빠져드는 것이다. 아인슈타인은 “가장 중요한 것은 질문을 멈추지 않는 것이다”라고 하지 않았던가. 우리는 우주 한복판에 살고 있다. 그럼에도 불구하고 우리가 우주에 대해서 알고 있는 정보가 여전히 별로 없다. 그렇기에 이 책을 추천하는 바이다. 이 책은 우주에 관해 생각할 수 있는 거의 모든 질문에 대한 이론적인 답을 친절하고 알기 쉽게, 이야기하듯 술술 풀어나가고 있다. 우주의 시작과 끝, 지구와 인류의 시작에 대한 저자의 꼬리를 무는 질문과 답이 우주를 이해하는데 디딤돌이 되는 기초 원리들을 매우 흥미진진하게 전개하고 있다. 언젠가 광활한 우주를 여행해 보고 싶다는 로망이 있거나 우주 과학자가 되고 싶다는 꿈이 있다면, 반드시 읽어야 할 필독서다!
- 황정아 (누리호 탑재위성 도요샛 프로젝트의 시스템 엔지니어, 한국천문연구원)

시작하며 여러분은 지금 우주를 여행하고 있습니다 13

추천의 글 우주에 관한 거의 모든 질문의 답을 풀어나가다 20

1장 우주란 무엇인가

우주는 어떻게 탄생했을까 25

인력과 중력의 차이 ／ 만유인력을 발견한 뉴턴 ／ 만유인력의 문제를 해결한 일반상대성이론 ／ 우주의 정의 ／ 우주는 점 하나에서 시작되었다 ／ 우주 탄생 후 1초 사이에 무슨 일이 벌어졌을까 ／ 우주가 탄생한 지 1분 후 ／ 우주의 팽창을 뒷받침하는 또 하나의 사실 ／ 우주의 끝은 어디에 있을까 ／ 관측 가능한 우주의 크기는 465억 광년 크기 ／ 우주의 최소 단위는 '소립자' ／ 양자역학과 일반상대성이론에서 탄생한 '끈이론'

우주가 끝나는 시나리오 45

우주의 미래를 점치는 '미지의 물질' ／ 암흑에너지의 세 가지 가설 ／ 암흑물질이란 무엇일까 ／ 우주 종말의 네 가지 예측

우주 이론과 기술의 발전 56

우주를 알려면 미시 세계를 알아야 한다 ／ 눈에 보이지 않는 세계를 어떻게 볼 것인가 ／ 인간 생활과 밀접한 전자기파 ／ 전자 수준의 관찰은 어떻게 할까 ／ 이론과 기술이 충돌하는 양자역학의 사고 실험 ／ 중력에 양자역학을 적용할 수 있을까 ／ 끈이론의 등장 ／ 검증이 불가능한 끈이론

2장 별이야기

항성의 종류 73

항성의 생애는 질량으로 결정된다 ／ 항성은 가벼울수록 수명이 길다 ／ 태양보다 무거운 항성의 생애 ／ 항성의 핵 '중성자별'

중성자별의 탄생 82

대질량 항성의 생애 ／ 초신성 폭발로 탄생하는 중성자별 ／ 중성자별의 특징 ／ 중성자별의 구조 ／ 중성자별 폭발로 만들어지는 원소

중성자별의 내부는 어떻게 되어 있을까 93

쿼크란 무엇인가 ／ 쿼크별에 존재하는 기묘물질 ／ 기묘물질은 모든 것을 침식한다 ／ '기묘물질\u003d암흑물질' 설

태양계는 얼마나 클까 101

태양계는 어떻게 만들어졌을까 ／ 태양이란 무엇인가 ／ 태양 주위를 도는 '지구형 행성' ／ 행성이 되지 못한 '소행성대' ／ 태양 주위를 도는 '목성형 행성'／ 명왕성은 왜 태양계에서 퇴출당했을까 ／ 태양계의 가장 먼 곳에 있는 태양권 ／ 태양권의 건너편에 도달한 탐사선 '보이저'

3장 에너지

에너지란 무엇인가 121

열과 전기는 에너지가 아니다 ／ 물 한 방울의 에너지는 원자폭탄 격 ／ 에너지에서 물질을 만들어내다 ／ 반물질이 만들어내는 에너지 ／ 우주의 전체 에너지 중 알려진 에너지는 단 5%

중력의 정체 132

중력을 밝혀내고자 했던 과학자들 ／ 만유인력의 법칙으로 발견된 행성 ／ 만유인력의 법칙 붕괴와 아인슈타인 ／ 적색편이란 ／ 특수상대성이론에 중력을 추가한 '일반상대성이론' ／ 중력이 강할수록 시간은 느려진다 ／ 일반상대성이론으로 수성의 수수께끼가 풀리다 ／ 일반상대성이론으로도 풀리지 않는 물질 ／ 아인슈타인의 최대 실수

빛의 정체 145

빛과 인류의 역사 ／ 빛의 정체는 입자? ／ 빛의 정체는 파동? ／ 빛의 정체는 입자이자 파동이었다 ／ 빛의 이름은 '광자'

우주의 최소 단위, 중성미자 156

'우주 최소 단위' 발견의 역사 ／ 중성미자를 알기 위한 'α붕괴'와 'β붕괴' ／ 중성미자는 우주 과학에 어떻게 이바지할까 ／ 질량이 있는데 왜 빛보다 빠를까 ／ 관측하기 위한 관건은 '물'

4장 지구와 인류

지구 탄생 171

시작은 '구름' ／ '별주위원반'의 모습 ／ 달의 탄생 ／ 우주에서 온 물 ／ 여전히 수수께끼투성이인 '생명 탄생' ／ 지구의 변화와 생명의 진화

인류 탄생 181

생명은 '누가' 만들었나 ／ 눈에 보이지 않는 세포는 어떻게 진화했을까 ／ 사람과 침팬지의 갈림길 ／ 5만 년 전에 획득한 '능력' ／ '개인'에서 '사회'로 진화하다

태양의 일생 191

태양의 탄생 ／ 태양의 구조 ／ 코로나가 초고온에 도달하는 수수께끼 ／ 태양은 어떻게 수명을 다할까

태양 소멸 전 인류의 목표 201

태양과 비슷한 항성에 가까운 행성 ／ 적색왜성 ／ 백색왜성 ／ 블랙홀

5장 우주 이동 수단

우주쓰레기 문제 213

우주쓰레기는 어떻게 생길까 ／ 우주를 떠도는 쓰레기의 속도와 파괴력

우주엘리베이터 221

우주여행의 문제는 '에너지 부족' ／ 우주에 닿는 엘리베이터 ／ 케이블의 길이와 강도 문제 ／ 탑승칸을 어떻게 승하강시킬까 ／ 안전성과 비용 ／ 현실성 있는 것은 로켓일까, 엘리베이터일까

웜홀은 실현 가능할까 231

시공간이란 무엇인가 ／ 웜홀의 종류 : 아인슈타인-로젠 다리, 통과할 수 있는 웜홀 ／ 인공 웜홀은 가능할까

6장 우주 최대의 수수께끼

블랙홀 241

블랙홀을 예언한 일반상대성이론 ／ 블랙홀 관측에 필수인 '전자기파'란 무엇인가 ／ 파장이 긴 전자기파 ／ 파장이 짧은 전자기파 ／ X선을 이용한 블랙홀 발견의 역사 ／ 블랙홀은 어떻게 탄생했을까 ／ 블랙홀의 중심 ／ 블랙홀의 종류 ／ 블랙홀에 얽힌 문제 ／ '블랙홀 정보 역설'은 해결할 수 있을까 ／ 홀로그램 원리의 과제

암흑물질 261

암흑물질의 발견 과정 ／ 암흑물질의 후보 : 액시온, WIMP ／ WIMP 검출 ／ 암흑물질 연구는 헛수고일까

7장 외계인

우리는 왜 외계인과 만날 수 없을까 277

우주에 지구 외 생명체는 존재할까 ／ 페르미 역설 ／ 그레이트 필터와 인류 멸망 시나리오

문명의 진화는 어디까지일까 284

'생명의 문명' 세 단계 ／ 에너지 획득의 진화 ／ 3,000년 후에 항성을 지배한다 ／ 은하계를 지배하는 문명 ／ 은하군을 지배하는 문명 ／ 우주 전체를 지배하는 문명, 우주를 벗어나는 문명

마치며 우주를 안다는 것은 상식에 구애받지 않는 것 297