모든 것의 기원 : 예일대 최고의 과학 강의 (리커버)

데이비드버코비치

DavidBercovici
예일대학교프레더릭윌리엄바이네케FrederickW.Beinecke석좌교수이자동대학기후·에너지연구소YaleClimate&EnergyInstitute소장.물리학전통이뛰어난캘리포니아이공대학교에서우주물리학과지구물리학을공부했고,2001년부터예일대학교지구물리학과교수로재직중이다.그의주요연구분야는행성물리학으로,판구조론과지구의내부및화산의원리등을연구하고있다.미국지구물리학회및예술과학아카데미회원으로도활동중이며,탁월한연구와저술로제임스매클웨인명예훈장과국립과학재단의젊은과학자상등수많은상을받았다.

서문
1장우주와은하
2장별과원소
3장태양계와행성
4장지구의대륙과내부
5장바다와대기
6장기후와서식가능성
7장생명
8장인류와문명
더읽을자료
감사의글
옮긴이의말
찾아보기

한권의책으로떠나는138억년우주여행
명쾌하고간결하면서이해하기쉽고,열정과유머가넘친다!

“세상의기원을탐구하는호모사피엔스들의노력이빚어낸이야기”
이정모,서울시립과학관장

현재를포착하고미래를통찰하는시선!
“우리모두는별의먼지에서태어났다.
수많은발견의역사와미래에대한전망이이한권에고스란히담겨있다”
숀캐럴,《세렝게티법칙》저자

세상만물은원자로되어있다.칼세이건의아름다운언어를빌리면“우리모두는별들로이루어져있다Wearemadeofstarstuff”.인류가품어온가장오래되고거대한질문인존재의기원에대한과학의답이다.뉴턴,다윈,아인슈타인등인류의역사에빛나는업적을쌓은수많은과학자들은이근본적인의문을풀기위해오랜노력을해왔고,지난수백년사이에장족의발전을이루었다.행성물리학과지진학분야에서가장영향력있는과학자중한명이자예일대학교지구물리학교수인데이비드버코비치DavidBercovici는깊은학식과특유의명쾌한문체를십분발휘하여이놀라운여정을한권의책에담았다.

예일대학교학부생들을대상으로한과학교양강의를엮은《모든것의기원TheOriginalsofEverything》은별과은하의탄생에서생명과진화,문명에이르기까지우주와인류의역사를바꾼핵심적인사건들을중심으로만물의역사를시간순으로정리했다.장구한138억년우주의역사를탐구한호모사피엔스들의수많은발견의역사와미래에대한통찰을담았다.특히책은많은과학자들이우주와생명의신비를풀기위해가설을세우고실험하며,때로는동료과학자들과경쟁하면서진리를찾기위해고군분투하는이야기로가득한데,이처럼저자는모든것의기원에다가가기위해노력한과학자들의면면과현대과학의성과를간결하고유쾌한필치로그려냈다.이를들여다보는것만으로도138억년에걸친기원의탐구에즐겁게동참할수있을것이다.

저자는특정이론에뿌리를둔검증불가능한가설이나신화적상상력,옛날이야기등을경계하고,측정가능한예측을수반하는과학적가설과검증가능성을과학이갖추어야할최고의덕목임을강조하면서과학이론전반을균형있게고찰했다.이를위해여러이론을나열해설명하기보다는“하나의테마가이전테마의결과이자다음테마의원인이되도록”새로운이론이나아이디어로나아가는과정을극적으로구성했다.‘검증가능한커다란’가설을통해과학을가르쳐온그의강의가수많은학생들에게신뢰를받으며예일대학교명강의로꼽혀온데에는그의유쾌한입담과대가의여유도있겠지만,이처럼“모든과학적이론과가설은증명을통해권위를얻는다”고강조하는그의엄정한과학적태도도작용했을것이다.

“기원을추적한다는것은매우과학적인개념”이다.하지만과학적사실은끊임없이바뀐다.갈릴레오시대에는지구가우주의중심이라고생각했지만,지금은명백히지구가태양을돌고있다.과학적으로사고하는것은우리가생각하는것이언제든틀릴수있다고회의하는것이다.이책이제시한답들도완전무결한것은아니다.우주와생명의기원이다밝혀지지않았듯,해결되지못한의문들은의문인채로남겨두었다.다만,광활한우주속에포함된우리가과연어디까지알고있는지,어떤질문을던질수있는지,우리는어디를향해가고있는지를큰맥락에서깨닫게해주는길잡이로서이책은충분한역할을할수있을것이다.

빅뱅,별의탄생,원소의생성,태양계와지구의탄생,생명의탄생과진화…
한권의책으로떠나는138억년우주여행

138억년우주의역사를러닝타임24시간짜리영화로축약하면,최초의인간은영화가끝나기0.04초전에야비로소등장한다.우리가그려볼수있는우주의기원은찰나의순간이지만,그럼에도이책은인류의지적자산을총동원해우주,생명,인류,문명의역사를큰그림으로그려보려는의미있는시도들중하나다.책은총여덟개의장에걸쳐연대순으로조명한다.첫장에서는우주의기원을설명하는빅뱅과우주의팽창,최초의천체가탄생하기이전의암흑기를다룬다.2장과3장에서는은하와별의생성을주제로별의핵융합반응과진화과정을살피고,50억년전의거대한먼지구름에서어떻게태양계와행성이만들어졌는지알아본다.4장부터6장까지는지구로관심을돌려지진학seismology적인지구환경과내부구조의변화,생명탄생을주요주제로다룬다.지질구조판과강한자기장,대기흐름과물의순환등의원리를통해어떻게지구만이생명체가번성할수있는유일한행성이되었으며,최초의생명체가어떻게다세포생물로진화해갔는지추적한다.7장과8장에서는영장류에서인류에이르는진화와문명의과정도살펴본다.

저자는현대우주론과입자물리학,지구물리학등에입각하여‘기원’에얽힌실타래를풀어나간다.특히표준이론으로인정되는커다란이론을바탕으로뼈대를세우고,신빙성높은이론들을선택해추론의살을더한다.일례로우주가짧은시간에폭발적으로팽창했다는인플레이션이론inflationtheory과입자물리학의‘표준모형standardmodel’인초끈이론superstringtheory이나고리양자중력이론loopquantumgravity에기대어빅뱅직후의우주생성과정을설명하며,통일장이론UnifiedFieldTheory이나만물이론TheoryofEverything의기여와한계도짚는다.태양계가납작한원반모양인것에대해서는회전축과원심력의상쇄작용인회전원반이론에서부터자기장설,태양요동설에이르기까지학계의다양한가설을언급하지만정설로인정받기어려운한계에대해서도과학적인반증과정을보여준다.

우리가알고있는우주의역사는일부분에불과하다.방사성동위원소로연대를측정할수있게된19세기말이전까지지구의나이를둔격렬한논쟁이있어왔고,20세기초까지만해도천문학자들은우리태양계가속한우리은하milkyway가우주의전부라고생각했다.여전히우주의95%를암흑에너지와암흑물질이차지하고있으며,별과행성,인간등우리가그려볼수있는물질은5%에불과하다.더욱이질량이목성과토성의1/300배도안되는지구가어떻게목성의가장큰위성보다2배더큰위성을거느릴수있는지,지구상의생명진화에중요한역할을하는달도아직미스터리다.생명체의기원또한정설로받아들여지는이론이없다.RNA분자에기초하여복잡한DNA체계로진화했다는‘RNA세계가설RNAhypothesis’이나지표면의유기물혼합용액에서발생했다는‘원시스프가설primordialsoup’,간단한세포구조를가진원핵생물로부터복잡한구조를가진진핵생물로진화했다는‘세포내공설endosymbiosis’등이있지만,생명자체는아직도베일에싸여있다.그럼에도저자는고전물리학에서부터양자역학,우주물리학,입자물리학,지진학등현대물리학과인류학에이르기까지방대한지식을섭렵해찾아낸실마리를바탕으로과학의첨예한쟁점들과아직까지해명되지않는부분들까지도조화롭게설명하고있다.

“우주의기원은곧우리자신의기원이기도하다”
세상의기원을탐구하는호모사피엔스들의노력이빚어낸이야기

밤하늘을수놓는별이가장많이만들어진시기는약100억년전우주의암흑기가막을내리던시점이다.하지만별은지금도생성되고있으며,특히‘창조의기둥’으로알려진독수리성운에서는새로운별과태양계가수시로탄생하고있다.별이태어나는중요한요인중하나가중력이다.우주공간은우리가아직은관측할수없는무수한먼지와수소,헬륨등의가스가존재한다.이러한성간먼지interstellar가모여성운nebullar(라틴어로구름)을이루는데,이기체구름은서로의인력으로주위물질을끌어들이면서크기를더욱크게만든다.커진기체구름의내부는중력으로수축을하면서압력이커지게되고,높은압력은중앙부를뜨겁게달구기시작한다.이렇게질량이커지고밀도가높아져임계점에다다르면수소와헬륨의핵융합반응으로인해엄청난빛과열을방출하게된다.이처럼스스로빛과열을내기시작한기체구름을우리는별이라부른다.

별도그찬란한삶을마감하는때가온다.연료를소진하고수명을다하게되면점점부풀어올라거대한붉은별이된다.적색거성redgiant이다.연료를빠르게소모하면서거성의중심부는중력에의해수축하려하고,바깥쪽은밖으로나가려고하면서결국최후의순간에초신성이되어대폭발을일으킨다.초신성폭발이후별의가운데부분은계속압력이가해져원래크기의1/100로쪼그라든백색왜성whitedwarf또는중성자별neutronstar,혹은엄청난중력으로빛마저빨아들이는‘블랙홀blackhole’이되면서종말을맞이하게된다.그리고그렇게폭발한별은다시먼지와가스가되어다른새로운별과행성계를위한밑거름이된다.

우리의삶도별의생성과소멸의궤적을닮았다.장대한우주의이야기는우리의이야기이며우주의기원은우리의기원이기도하다.우리의입장에서인간은우주에서특별한존재이길바라지만,138억년을이어온자연의법칙에는인간을특별대우한다는예외조항은없다.하지만자연의법칙은쉽게변하지않기때문에과거의걸어온길을토대로앞날을예측하는것은가능하다.과학자들이애써만물의기원을밝히려는이유가여기에있다.

요즘우리시대교양의새로운강자로과학이부상하고있다.출판시장을비롯해각종언론매체의칼럼이나심지어TV프로그램에서도과학대중화의신호들이종종드러나고있다.어쩌면그동안우리가필요로했던것은과학의업데이트된지식이나정보가아닌,삶의문제와연관한과학의통찰이지않을까.세상의기원을탐구하는호모사피엔스들의치열한도전과지성에관한이야기가궁금하다면《모든것의기원》이성실한답이될것이다.

추천사

우리호모사피엔스가다른동물,특히여타유인원들과다른결정적인차이는뇌다.뇌의차이는이야기로드러난다.사람만이이야기를만들고이야기를통해지식과지혜를다음세대에전달할수있다.그리하여우리는모두선배의어깨위에서시작할수있게되었다.생명의기원은하나,생명을이루는모든원소들은별에서왔다.그리고그별들을이루는수소와헬륨은빅뱅의순간에만들어졌다.이것을설명하기위해서는무수히많은교과서가필요하다.모두읽을엄두가나지않는다.하지만우리는이야기를만들어내는호모사피엔스가아니던가.모든것의기원을단한권의책에꾹꾹눌러담았다.우주가가장잘한일은호모사피엔스를빚어낸것이다.
-이정모(국립과천과학관장)

우리모두는별의먼지에서태어났다.수많은발견의역사와미래에대한전망이이한권에고스란히담겨있다.
-숀캐럴(이론물리학자,『다세계』저자)

명쾌하고간결하면서이해하기쉽고,열정과유머가넘친다.
-더그맥두걸(캘리포니아대학교지구과학과교수)

와인한잔따라놓고친구와대화를나누는분위기에서들려주는우주만물의역사.세계적인학자가구사하는겸손한유머도책의재미를더한다.
-린다엘킨스탠턴(애리조나주립대학교지구우주탐사학부학장)