모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의

‘대한민국 대표 우주론 교과서’ 대망의 증보판 출간! ★ APCTP 선정 “우리 시대의 과학 고전 50” ★ 융합형 과학 교육의 필독서 지금 인류는 갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인의 시대 이상의 지식 혁명 시대를 살고 있다. 우주의 기원과 운명이 밝혀지고 있기 때문이다. 우주의 기원과 운명, 이것이야말로 인류 지식의 궁극적 목표가 아닐까? ― 본문에서 21세기에 들어선 오늘날은 또 다른 천문학 혁명기에 놓여 있다. 플랑크 우주 망원경은 우주 배경 복사의 비등방성을 정밀 관측해 우주의 남은 비밀들을 풀어나가고 있다. 앞으로 허블을 대체할 제임스 웹 우주 망원경이 가져올 변화는 감히 예상할 수 없을 정도이다. 오늘날 우리는 우주 137억 년의 역사와 미래의 운명을 놀라울 정도로 견고하게 파악해 나가고 있다. 바로 빅뱅 우주론을 통해서 말이다. 융합형 공교육을 목적으로 개편된 고등학교 과학 교과에 천문학의 비중이 확대되었다. 특히 ‘우주의 기원과 진화’, 즉 빅뱅 우주론에 관한 내용이 교과서의 첫머리를 장식하고 있다. ‘융합형 교과 시대’를 예고했던 2009년, 이석영 교수(연세 대학교 천문우주학과)의 『모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의』는 출간과 함께 대중의 관심을 불러일으켰다. KBS 「인문강단 락(樂)」 초청 강연과, 이명현 교수 등 저명한 천문학계 인사들의 찬사 속에서 이 책은 단 번에 베스트셀러로 자리매김했다. 우리 사회가 빅뱅 우주론의 중요성을 체감하고 현대인이 반드시 알아야 할 기초 소양으로 인정했다는 뜻이다. 2018년부터 문․이과 통합 과학 시험이 출제되면 빅뱅 우주론에 대한 깊은 이해가 수험생들에게 요구될 것이다. 빅뱅 우주론이 통합 과학, 즉 137억 년에 걸친 빅히스토리의 시작이기 때문이다. 이제 중고등학생도 반드시 읽어야 할 이 책은 진정으로 ‘모든 사람을 위한’ 책이 되었다. 천문학의 시대, 필수 교양이 된 빅뱅 우주론 융합형 교과 시대의 청소년과 일반인의 필독서 이번에 ㈜사이언스북스에서 새롭게 펴낸 『(증보판) 모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의』는 우주의 원리를 설명하는 유일무이한 이론으로 자리매김한 빅뱅 우주론의 핵심과 최근 이슈를 모두 담았다. 새로운 천문학 혁명을 직접 경험하는 ‘감격을 나만 알 수 없다’는 저자 이석영 교수가 직접 들려주는 빅뱅 우주론의 최신 연구 결과를 이번 증보판을 통해 확인할 수 있다. 빅뱅 우주론의 기초부터 최전선의 풍경까지 모두 담은 강의라고 할 수 있다. 특히 증보판에 새롭게 추가된 12강 「우주 배경 복사의 비등방성」은 최전선의 핵심을 이루고 있다. 최근 10년간 WMAP와 플랑크 우주 망원경의 측정 결과에 따르면, 우주 배경 복사의 온도 분포는 완전히 고르지 않고 10-5~10-6의 편차를 보인다. 이 미세한 온도 편차를 우주 배경 복사의 비등방성이라고 한다. 그동안 측정상의 오차로 치부했던 비등방성이 현재 우주의 거대 구조를 결정하는 씨앗 역할을 했다는 사실이 오늘날 밝혀지고 있다. 이론적 예측과 놀랍도록 일치하는 비등방성 연구 결과와 우주 거대 구조의 형성 과정을 이 책에서 확인할 수 있다. 한편 저자는 편평한 우주가 언젠가 팽창을 멈출 것이라는 대중의 오해를 바로 잡기 위해 특별히 수학적 증명 과정을 수반한 부록 「편평한 우주의 팽창」을 추가했다. 심지어 고등학교 과학 교재들조차 이러한 오류를 범하고 있는 지금, 이 책은 정확한 내용을 바탕으로 ‘대한민국 대표 우주론 교과서’로 자리매김하고 있다. 이석영 교수는 연세 대학교 천문우주학과를 졸업하고 예일 대학교에서 타원 은하에 관한 이론으로 박사 학위를 받았다. 타원 은하에 관한 논문으로 학계에서 크게 인정받은 그는 미국 천문학회에서 기조 강연을 하기도 했다. 졸업 후에는 곧바로 미국 항공 우주국(NASA) 고더드 우주 비행 센터에서 연구원으로 재직하면서 허블 우주 망원경 프로젝트에 참여했다. 뿐만 아니라 캘리포니아 공과 대학에서 선임 연구원으로 지낸 이력도 있다. 국내 천문학계가 배출한 최고의 인재라고 감히 말할 수 있다. 이 책은 그가 옥스퍼드 대학교와 연세 대학교에서 교수로 재직하며 학생들에게 강의한 빅뱅 우주론의 모든 것을 담고 있다. 자칫 어려울 수도 있을 내용들을 최대한 쉽게 설명하는 이석영 교수의 강의를 통해, 우리는 새로운 천문학 혁명의 맥락을 따라잡을 수 있다. 요컨대 『(증보판) 모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의』는 우주 137억 년의 역사를 단 한 권에 담은 책이다. “당신의 우주는 얼마나 넓습니까?” 한국 대표 천문학자가 들려주는 우주 137억 년의 이야기 나는 감히 “꽃보다 아름다운 것이 우주 공간에 있다.”라고 말하고 싶다. 우주에는 단순한 아름다움을 넘어 ‘무게 있는 아름다움’이 있다. ― 본문에서 『(증보판) 모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의』는 새롭게 추가된 강의를 포함해 총 18강으로 구성되어 있다. 1강 「당신의 우주는 얼마나 큰가요?」에서 저자는 우주 구성의 개괄적인 배경 지식과 함께 방대하고 심오한 빅뱅 우주론의 세계로 들어가는 우리를 맞이한다. 본격적으로 강의가 시작되는 2~4강에서는 빅뱅 우주론의 탄생 과정을 다룬다. 먼저 2강 「무게 있는 아름다움」에서는 허블 우주 망원경을 통해 관찰한 은하와 은하단의 모습을 통해 앞으로 다룰 탐구 대상(우주)의 규모를 체감할 수 있다. 지름 10만 광년의 은하, 태양 질량의 1000조 배에 해당하는 은하단, 수십억 년에 걸쳐 진행되는 은하의 모습 변화 등은 감히 우리의 일상적인 사고방식으로는 상상할 수 없는 규모이다. 독자 스스로가 이러한 ‘천문학적 관점’을 정립했다면, 이제껏 그 누구도 헤아리지 못한 세계를 탐구한다는 자부심을 갖고 다음 강의로 넘어가도 좋다. 3강 「우주는 왜 한 점으로 수축하지 않을까?」는 빅뱅 우주론의 실마리를 제공한 동시에 그것을 부정했던 아인슈타인의 이야기로 시작한다. 빅뱅 우주론이 생명력을 얻은 것은 오히려 프리드만의 (아인슈타인의 방정식을 통한) 수학적 증명과 허블의 관측 덕분이었다. 이러한 역설적인 탄생 이후 빅뱅 우주론은 본격적으로 발전을 거듭해 천문학의 핵심 이론으로 자리 잡는다. 4강 「빛은 137억 년의 세월을 뚫고」에서는 우주의 ‘끝’에서 ‘137억 년의 세월을 뚫고’ 우리에게 도달한 우주 배경 복사의 발견에 대한 이야기를 다룬다. 우주 배경 복사의 발견은, 그리고 그것의 에너지 스펙트럼이 열역학 이론과 정밀하게 일치한다는 사실은 빅뱅 우주론을 증명할 수 있는 직접적인 증거에 해당한다. 우주가 과거로부터 지금까지 팽창해 왔다면 앞으로는 어떻게 될까? 끝도 없이 팽창할까? 아니면 언젠가는 다시 줄어들까? 빅뱅 우주론에 따르면 우주의 운명은 우주 탄생과 함께 이미 결정되었다. 이것은 마치 로켓을 공중으로 쏘아 올릴 때 초기 속도를 알면 로켓의 최후를 알 수 있는 것과 같다. ― 본문에서 5~7강은 빅뱅 우주론이 밝혀낸 우주의 역사를 다룬다. 5강 「우주의 나이가 38만 년이 되기까지」에서는 빅뱅 직후부터 38만 년의 기간에 일어난 우주의 변화에 대해 설명하고 있다. 대통일 이론 시대, 급팽창의 시대, 강입자의 시대, 핵합성의 시대를 비롯해 우주 역사 38만 년까지 개괄적으로 이해할 수 있다. 특히 앞서 이야기한 ‘천문학적 관점’이 매우 긴 시간뿐만 아니라 매우 짧은 시간(10-43초)에 대한 이해 역시 요구한다는 것을 미리 일러두고 싶다. 이렇게 짧은 시간을 조금이나마 헤아릴 수 있다면 6강 「태초의 3분」으로 넘어와도 좋다. 태초의 3분은 이후 137억 년의 역사와 견줄 정도로 역동적인 변화가 있었던 시기다. 강입자와 수소 원자가 지배했던 이 시기의 우주는 빅뱅 핵합성 이론을 통해 잘 설명된다. 수소 원자의 핵합성 작용을 시작으로 헬륨 등의 물질들이 만들어지며 현재의 우주가