『날마다 천체 물리』의 출발점!

오리진

우주 진화 140억 년

원제 Origins (Fourteen Billion Years of Cosmic Evolution)

닐 디그래스 타이슨, 도널드 골드스미스 | 옮김 곽영직

출판사 사이언스북스 | 발행일 2018년 9월 21일 | ISBN 979-11-8919-833-6

패키지 양장 · 신국판 152x225mm · 400쪽 | 가격 19,500원

책소개

칼 세이건에서 닐 타이슨으로!

21세기 새로운 코스모스 세대를 위한

교양 천체 물리의 ‘오리진(origin)’

 

『코스모스』 이후 가장 깊이 있고 친절하며 쉬운 우주론 책.―《퍼블리셔스 위클리》

 

『코스모스』가 미처 담아내지 못한 최신 천문학적 발견과 첨단 우주론까지 폭넓게 탐구한 이 시대 최고의 우주 이야기.―마크 맥과이어(《타임스 유니온》 작가)

명쾌하고 알기 쉽고 최신 내용을 담은, 우주의 미궁으로 들어가는 웅장한 여행! 누가 이들보다 더 훌륭한 우주 여행 가이드가 될 수 있으랴.―미치오 카쿠(뉴욕 시립 대학교 석좌 교수)

단 하룻밤의 독서로 140억 년의 세월이 섬광처럼 번뜩인다.―로버트 커시너(하버드 대학교 교수)

명확하고 생기 넘치는 산문으로 복잡한 과학을 정제한다.―《사이언티픽 아메리칸》

140억 년 전 우주가 시작된 뒤 단계마다 우주에서 벌어졌던 일들을 하나의 과학적 가설이 아닌 역사적 사실처럼 설득력 있게 제시한다.―《문화일보》

편집자 리뷰

‘코스모스 세대’의 신구 교체가 일어나고 있다. 20세기에서 21세기로, 칼 세이건에서 닐 타이슨으로. 칼 세이건의 다큐멘터리 「코스모스(Cosmos: A Personal Voyage)」가 미국 PBS, 한국 KBS를 포함해 전 세계에 방영되었던 1980년은, 그 전까지 상상도 못 했던 ‘교양 과학 매스미디어 시대’를 여는 기원이 되었다. 천문학, 생물학, 사회, 예술, 역사를 총망라하는 ‘우주적 관점’을 제시하며 일명 ‘코스모스 세대’를 탄생시켰다. 책 『코스모스』가 현재까지도 국내 과학 교양서 부동의 1위를 차지하고 있다는 사실은 한국에서 역시 코스모스 세대의 오랜 감동이 조금도 바래지 않았음을 증명하고 있다.

2014년 이 코스모스 세대를 위해 다시 한번, 그리고 이들이 직접 느꼈던 감동을 누려 보지 못한 신세대를 위해 새롭게 「코스모스: 스페이스타임 오디세이(Cosmos: A Spacetime Odyssey)」가 전 세계 140여 개국에서 동시 방영되었다. 내레이션을 맡은 칼 세이건의 제자 닐 디그래스 타이슨은 21세기 첫 천문학 밀리언셀러 『날마다 천체 물리(Astrophysics for People in a Hurry)』(사이언스북스, 2017년)의 저자, 《디스커버》 선정 ‘가장 영향력 있는 과학자 10인’, 《피플》 선정 ‘현존하는 가장 섹시한 천문학자’, 트위터 1200만 팔로워를 자랑하는 21세기 대표 천문학자이자 과학 커뮤니케이터이다. 칼 세이건의 향수를 불러일으키면서도 신세대가 공감할 만한 유머와 재치로 무장한 그의 새로운 「코스모스」는 21세기 새로운 코스모스 세대의 본격적인 탄생을 알렸다.

그런데 새로운 코스모스 세대의 기원은 이미 이보다도 10년 전으로 거슬러 올라간다. 2004년 닐 타이슨의 4부작 다큐멘터리 「오리진(Origins)」이 미국 PBS의 다큐멘터리 명가 NOVA를 통해 방영되었다. 당시 천체 물리학의 최전선 연구 성과, 그리고 천체 화학, 우주 생물학, 입자 물리학 등의 상호 융합을 통한 ‘팩트’를 기반으로 베일에 싸여 있던 우주 140억 년 역사를 그 어느 때보다 정확하게 서술함으로써 큰 호평을 받았다.

「오리진」은 책으로 출간되자마자 미국 아마존 ‘올해의 책’으로 선정되었다. 현재까지도 아마존 도서 천문학 분야 11위를 차지하며 1위 『블랙홀 옆에서(Death by Black Hole)』(사이언스북스, 2018년)와 함께 닐 디그래스 타이슨의 대표작으로 자리매김했다. 주목할 점은 닐 타이슨이 아마존 도서 역사 분야 작가 순위에서 1위 유발 하라리(『사피엔스』 저자)의 뒤를 이어 6위를 차지하고 있다는 점이다. 이것은 우주 140억 년의 거대사를 다루는 이 책이 그저 어려운 과학 책이 아닌 상식 기반의 역사 책으로서 대중에게 인식되고 있다는 뜻이다.

이번에 ㈜사이언스북스에서 출간한 『오리진: 우주 진화 140억 년(Origins: Fourteen Billion Years of Cosmic Evolution)』은 2005년 초역 출간된 이 베스트셀러의 한국어 판을, 『코스모스』를 포함한 과학 고전들과 함께 「사이언스 클래식」 시리즈로 새롭게 기획하는 한편 최신 용어와 연구, 관측 성과를 반영해 복간한 책으로, 우주 역사의 핵심이 되는 기원(origin)을 다룬다. 복수형으로 표현된 원서명 ‘Origins’는 우주 진화 과정을 비가역적인 다섯 단계의 기원들(origins), 즉 우주의 기원, 은하와 거대 구조의 기원, 별의 기원, 행성의 기원, 생명의 기원으로 나누어 과학적, 특히 천체 물리학적으로 분석함으로써, 단 한 명의 목격자도 없는 우주의 순간들을 비교적 정확하게 재현해 냈다는 의미를 담고 있다.

번역자 곽영직 수원대 물리학과 명예 교수는 원서 출간 후 지금까지 14년 동안 눈부시게 발전해 온 천체 물리학 연구 성과들을 옮긴이 주 형태로 이 책에 자세히 반영함으로써 독자들이 고전과 첨단을 동시에 누리도록 한다.

따라서 이 책은 한 세대 차를 두고 탄생한 두 거장의 같으면서도 다른 두 코스모스를 연결하는 ‘모던 클래식’이며, 21세기 새로운 코스모스 세대를 위한 교양 천체 물리의 신기원, 즉 ‘오리진’이라고 할 수 있다.

 

칼 세이건은 우주를 바라보면서 감탄만 하고 있지 않기 위해서는 나무를 깎아 무엇인가를 만들어야 한다고 말한 적이 있다. 관측 기술의 발전 덕분에 우리는 우리를 존재하게 만든 일련의 놀라운 사건들에 대해 칼 세이건보다 더 많은 것을 알게 되었다. 우리가 보고 있는 현재의 우주는 초기 우주 속에 있던 씨앗들이 긴 시간과 공간의 역사를 통해 실현된 것이다. 우리는 올려다볼 때 그것을 느낀다. 내려다볼 때도 느낀다. 안에서 볼 때도 느낀다.―본문에서

 

21세기 첫 천문학 밀리언셀러

『날마다 천체 물리』의 출발점!

2004년 AMAZON 올해의 책

 

물론 국내에서는 칼 세이건에서 닐 타이슨으로의 세대 교체 과정이 작년인 2017년에 성공적으로 시작되었다고 할 수 있다. 출간 후 6개월 만에 110만 부가 판매되고 전 세계 33개국에 번역 출간된 『날마다 천체 물리』에서 닐 타이슨은 캐주얼하면서도 최첨단 지식으로 무장한 서술을 통해 과거보다 더 바쁘고 여유가 사라진 21세기 현대인들로부터 폭발적인 인기를 얻었다.

2017년 아마존 올해의 책으로 선정되기도 한 『날마다 천체 물리』에서 닐 타이슨이 선보인 세련된 문장과 디테일한 천문학 지식은 다름 아닌 13년 전 저술해 2004년에 먼저 아마존 올해의 책으로 선정되었던 『오리진』을 원본으로 두고 있다. 『오리진』은 미국 항공 우주국(NASA), 유럽 항공 우주국(ESA) 등 국제 우주 연구 기관 발 고화질 컬러 우주 사진, 그리고 저자가 직접 다큐멘터리 「오리진」을 진행하며 찍은 생생한 사진 40종을 수록하면서 텍스트 위주의 가벼움이 장점인 『날마다 천체 물리』에서는 느낄 수 없었던 풍부한 시각 정보를 제공해 준다. 그리고 쉽게 풀어씀에도 어쩔 수 없이 독자들이 어려움을 느낄 수밖에 없는 200여 개의 천문학 용어들을 책 전체의 10분의 1에 해당하는 분량을 할당해 자세하면서도 핵심적으로 설명해 준다.

PBS 다큐멘터리 자문 위원으로 활약했고, 다작 활동으로 미국 천문학회와 태평양 천문학회 공로상을 수상한 바 있는 미국 천문학자 도널드 골드스미스가 공저자로 참여해 독창적인 서술과 내용 보완에 힘쓴 책이기도 하다.

다시 말해 『날마다 천체 물리』가 정성스레 가공한 보석이라면 『오리진』은 21세기 천문학 대중 지식의 원형을 보존하고 있는 원석이라고 할 수 있다. 『날마다 천체 물리』보다 느리지만 더 진솔한 우주 이야기, 더 젊고 과감한 서술을 맛보고 싶은 이들, 그리고 『날마다 천체 물리』의 감동을 더 깊게 상기해 보고 싶은 이들에게 『날마다 천체 물리』의 출발점 『오리진』을 추천한다.

 

호모 사피엔스는 천체 물리학을 창안했고

우주 진화와 기원을 알아냈다.

과학적 ‘팩트’로 정확하게 재현한 우주 역사서

 

이제 범죄 현장에 남겨진 증거물로부터 사실을 밝혀내는 수사관이 된 기분으로 우주의 기원에 대한 모험적인 탐구를 시작하자. 우주의 단서를 찾아내고, 그것을 분석해서 우주를 우리 것으로 만들려는 우리의 탐험에 당신을 초대한다.―서문

 

이 책은 모두 5부 17장으로 구성되어 있다.

1부 「우주의 기원」에서는 약 140억 년 전 우주와 시공간이 시작된 빅뱅(big bang, 대폭발)과 현재까지도 계속되고 있는 우주 팽창에 대해 다룬다. 우주는 초기 특이점이라 불리는 하나의 점이 팽창해 생겨났다. 우리가 서술할 수 있는 역사는 빅뱅 후 10-43초가 지난 시점부터이다. ‘플랑크 시대’라고 불리는 이전 시대의 우주는 극도로 작고 뜨거웠던 탓에 거시 세계와 미시 세계를 각각 기술하는 일반 상대성 이론과 양자 역학의 통합 없이는 들여다볼 수 없다. 플랑크 시대 직후 본격적으로 시작되는 우주 역사에서는 기본 입자인 쿼크, 렙톤, 광자, 그리고 이들이 결합한 하드론, 원자핵이 각각 지배하는 시대를 거친다. 빅뱅 후 2분 동안 진행된 이 ‘대서사시’를 즐기기 위해서는 우주 배경 복사, 반물질, 암흑 물질, 암흑 에너지, 다중 우주에 대한 이해가 필요하다. 1부에서는 이 개념들을 주제로 각각의 챕터를 만들어 설명하고 있다.

그리고 아무 일 없이 38만 년이 흐른다. 2부 「은하와 우주 구조의 기원」에서는 기껏해야 원자 수준의 작은 물질들이 어떻게 은하와 같은 거대한 구조를 이룰 수 있었는지 설명한다. 핵심은 1부에서 다룬 물질과 반물질의 비대칭에 기인한 ‘비등방성’에 있다. 우주 초기의 미세한 차이가 별, 행성, 혜성, 성운 등을 가진 은하와 텅 빈 공간의 분포를 결정했다는 것이다. 무엇보다 이 이론이 WMAP, COBE, 허블, JWST 등 점차 발전해 가는 우주 배경 복사 탐사 위성들의 관측을 통해 직접적으로 증명이 된 사실이라는 점에 중요한 의미가 있다. 천체 물리학과 첨단 과학을 통해 우주 역사는 더 이상 ‘추측’이 아닌 ‘팩트’가 되었다.

3부 「별의 기원」에서는 ‘스스로 에너지를 내는 별이 어떻게 탄생했는가?’라는 질문에 답한다. 태양을 포함한 별이 가진 에너지는 눈으로 볼 수 있는 빛 에너지와 피부로 느낄 수 있는 열 에너지가 전부가 아니다. 별이 가진 에너지, 그리고 별 생성의 비밀은 바로 원자핵을 이루는 양성자, 중성자의 ‘핵융합’ 과정에 있다. 여기까지 따라온 독자들은 천체 물리와 입자 물리라는 양 극단을 오가는 경험을 하게 될 것이다. 마침 저자는 이 시점에서 독자들이 원소 주기율표와 핵융합의 원리에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 10장 「원소 동물원」을 배치해 두었다.

이제 빅뱅 후 100억 년이 흘러 지구를 비롯한 행성들이 탄생하는 시점까지 왔다. 4부 「행성의 기원」에서는 원반 모양의 가스 덩어리로부터 어떻게 미행성, 그리고 행성이 만들어졌는지를 다룬다. 태양계의 진화와 행성 이외의 천체들, 위성, 혜성, 소행성, 퇴출된 명왕성, 오르트 구름, 카이퍼 벨트에 대한 흥미로운 사실들이 들어있다. 특히 13장 「셀 수 없이 많은 세상들: 태양계 너머의 행성들」은 태양이 아닌 다른 별들을 돌고 있을 외계 행성들과 그것들이 포함하고 있을지도 모르는 외계 생명체의 존재 가능성을 시사하며 마지막 부인 5부로 넘어간다.

천체 물리학이라는 틀 안에서 1부에서는 입자 물리학, 3부에서는 화학이 특별한 활약을 했다면 5부 「생명의 기원」은 생물학이 맹활약하는 부분이다. 우주 생물학(astrobiology)이라는 분과 학문이 만들어졌을 만큼 우주에서 생명은 중요한 위치를 차지하고 있다. 5부에서는 우주 생물학, 그리고 외계 생명체의 존재 확률을 공식화한 드레이크 방정식을 통해 넓게는 우주, 좁게는 태양계의 외계 생명체 존재 가능성에 대해 다룬다. 인간 중심적, 지구 중심적 생각들과 달리 외계 환경과 생명체의 형태에 얼마나 다양한 가능성이 있을 수 있는지, 그리고 기존 SF 영화들은 외계 생명체를 어떻게 묘사해 왔는지 알아보는 흥미로운 시간이 될 것이다. 특히 목성의 조력 에너지를 공급받으며 수심 10만 킬로미터의 심해를 가지고 있으리라 여겨지는 위성 유로파는 외계 생명 탐사 1순위로 손꼽히고 있다. 이 책을 읽은 후 유로파의 수중 생물을 상상해 보는 것만으로도 재밌는 경험이 될 것이다.

빅뱅과 팽창하는 우주로부터, 스스로를 돌아볼 줄 아는 생명체인 우리까지 연결되는 우주 역사 140억 년을 모두 걷고 나면 닐 타이슨, 그리고 이전에 칼 세이건이 말한 ‘우주적 관점’으로 우리 스스로를 새롭게 바라보게 될 것이다. 무엇보다 이 과정이 매우 정밀한 천체 물리학을 비롯한 현대 과학을 통해 실현 가능해졌다는 점에서 현재를 살아가는 우리가 진정 ‘코스모스 세대’임을 느낄 수 있을 것이다. 다섯 단계의 기원이 끝난 후 종언 「우주에서 우리 자신을 찾자」에서 저자는 천체 물리학자 에드윈 허블의 말을 패러디한 다음의 말을 남긴다.

 

“망원경, 현미경, 질량 분석기, 지진계, 자기장 측정기, 입자 검출기, 가속기, 모든 스펙트럼 대역의 전자기파를 검출할 수 있는 기기와 함께 다섯 가지의 감각 기관을 가지고, 사람들은 자신들 주위의 우주를 개척한다. 그리고 그 탐험을 과학이라고 부른다.”

 

 

*이 책은 2005년 『오리진: 140억 년의 우주 진화』(지호)라는 제목으로 출간된 적이 있다.

목차

감사의 글 … 7

책 머리에 과학의 기원, 그리고 기원을 다루는 과학에 대한 단상 … 9

 

서언 가장 위대한 이야기

 

1부 우주의 기원

1장 최초에 … 27

2장 반물질 … 43

3장 빛이 있으라 … 51

4장 어둠이 있으라 … 63

5장 더 많은 어둠이 있으라 … 79

6장 하나의 우주인가 다중 우주인가 … 101

 

2부 은하의 기원

7장 은하의 발견 … 115

8장 구조의 기원 … 129

 

3부 별의 기원

9장 먼지에서 먼지로 … 155

10장 원소 동물원 … 177

 

4부 행성의 기원

11장 세상이 아직 젊었을 때 … 195

12장 행성들 사이에 … 207

13장 셀 수 없이 많은 세상: 태양계 너머의 행성들 … 219

 

5부 생명의 기원

14장 우주 생명체 … 241

15장 지구 생명체의 기원 … 251

16장 태양계의 생명체를 찾아서 … 271

17장 우리 은하의 생명체를 찾아서 … 299

 

종언 우주에서 우리 자신을 찾자 … 317

용어 해설 … 323

옮긴이 후기 … 352

참고 문헌 … 356

찾아보기 … 359

도판 저작권 … 365

작가 소개

닐 디그래스 타이슨

미국 자연사 박물관 부설 헤이든 천문관의 천체 물리학자이자, 천문학을 비롯한 과학의 대중화에 앞장서고 있는 세계적인 과학 커뮤니케이터. 1958년에 뉴욕에서 태어난 타이슨은 브롱크스 과학 고등학교를 졸업하고, 하버드 대학교에서 물리학으로 학사 학위를, 컬럼비아 대학교에서 천체 물리학으로 박사 학위를 받았다. 우주론, 별의 형성과 진화, 왜소 은하, 우리 은하의 구조 등 다양한 분야에 관심을 가지며 수십 편의 논문과 보고서를 펴냈다. 뉴욕 자연사 박물관에서 발행하는 《자연사》의 고정 필진으로 칼럼을 연재했고, 『블랙홀 옆에서』, 『오리진』, 『스페이스 크로니클』 등 여러 과학책을 펴냈다. 그 외에도 다양한 미디어 활동을 활발하게 펼치고 있는데, 대표적인 것이 2014년에 전 세계에 방영된 텔레비전 다큐멘터리 「코스모스: 스페이스타임 오디세이」의 내레이터로 출연한 것이다. 현재 팟캐스트 「스타 토크」를 진행하고 있으며 1200만 명에 가까운 팔로워를 거느린 트위터 계정도 운영 중이다. 타이슨은 19개의 명예 박사 학위를 받았으며, 2004년 NASA 공로 훈장을 받았다. 국제 천문 연맹에서는 타이슨의 공로를 기려 소행성에 ‘13123 타이슨’이라는 이름을 붙였다. 2000년에는 《피플》에서 ‘현존하는 가장 섹시한 천체 물리학자’로 선정되기도 했고, 2015년 미국 과학 학회의 ‘공익 메달’을 받기도 했다.

도널드 골드스미스

미국의 대표적인 과학 저술가이자 천문학자. 하버드 대학교를 졸업하고 1969년 캘리포니아 대학교에서 천문학 박사 학위를 받았다. 1995년 PBS 다큐멘터리 「우리 은하로의 여행(Voyage to the Milky Way)」의 자문 위원으로 활약했다. 현재 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에서 강의하고 있다. 『천문학자들(The Astronomers)』, 『아인슈타인의 최대 실수(Einstein’s Greatest Blunder?)』, 『탈주하는 우주(The Runaway Universe)』, 『우주와의 접속(Connection with the Cosmos)』 등 우주 과학에 관한 유익하고 독창적인 책을 여러 권 펴내 미국 천문학회와 태평양 천문학회로부터 공로상을 받았다.

곽영직 옮김

서울 대학교 자연 과학 대학 물리학과를 졸업하고, 미국 켄터키 대학교 대학원에서 박사 학위를 받았다. 현재 수원 대학교 물리학과 명예 교수로 재직하고 있다. 저서로는 『큰 인간 작은 우주』, 『원자보다 작은 세계 이야기』, 『자연과학의 올바른 이해』, 『과학 이야기』, 『아빠! 달은 왜 나만 따라와?』, 『물리학 언어』, 『별자리 따라 봄 여름 가을 겨울』, 『물리학이 즐겁다』 등이 있다.

독자 리뷰