[상대성이론과 만나는 과학교과서]초등과학을 넘는 신기한 우주 이야기~

상대성 이론과 만나는 과학교과서 ㅣ 상상력을 깨우는 초등 과.수.원 4
과학노리 글, 전국초등과학교과연구모임 감수 / 사이언스주니어 / 2015년 1월

[상대성이론과 만나는 과학교과서/과학노리/사이언스주니어]초등과학을 넘는 신기한 우주 이야기~

낭만적으로 이런 노래를 부르던 어린 시절이 있었다. 저 별은 나의 별, 저 별은 너의 별, 별빛에 물더런 창가의 까만 눈동자~~

그땐 미처 몰랐다. 빅뱅도, 초신성도, 상대성 이론도 말이다. 다행인지 불행인지 지금은 그런 노래가 낭만적이진 않다. ㅜ.ㅜ 그런 노래를 흥얼거리다가도 초신성 폭발, 블랙홀이 아른거려서 말이다. ㅠ.ㅠ

『상대성이론과 만나는 과학교과서』

영화 <인터스텔라>를 보면서 우주에 대한 관심이 더욱 쏠렸기에 설레며 펼친 책이다. 읽으면서 호기심 가득한 우주 세계로 신나는 여행을 다니는 기분이었다.

핵융합과 핵분열에 따른 별의 탄생과 죽음에 이르는 과정들이 흥미진진하다.

모든 것을 흡수하고 빛조차 빨아들이기에 어두운 공간인 블랙홀의 이야기는 무섭지만 빨려들게 된다. 마치 이 책이 블랙홀인 것처럼. ㅎㅎ 우주 대폭발인 빅뱅으로 시간과 공간이 만들어지고, 에너지가 물질로 변하는 이야기에 몹시도 즐겁다.

빅뱅이 일어난 시점은 137억 년 전이다. 그때 우주의 씨앗이 될 작은 점이 어떤 원인에 의해 폭발하게 되고, 이 폭발로 엄청난 에너지가 나오면서 지금의 태양이 되고, 지구가 만들어졌다. 이렇게 빅뱅은 아주 작은 점에서 폭발을 함으로써 지금의 우주를 만들어 냈다. 어마무시한 빅뱅이다.

세상의 원소들이 만들어지는 과정이 자세하게 나와 있어서 좋다. 처음 접하는 원소탄생의 과정이 신기하다. 맨 처음 빅뱅으로 수소가 만들어지고, 타고 있는 별의 내부에서 4개의 수소가 충돌하여 헬륨이 만들어지고, 초신성의 폭발로 인한 뜨거운 열이 가벼운 원소들을 결합해 여러 가지 무거운 원소로 만들어 진다.

중력의 힘은 별을 타오르게 한다니. 신비로운 이야기다. 중력의 힘으로 거대한 별이 타오르다가 모든 것을 소진하게 되면 붕괴하면서 블랙홀을 생성시키거나 초신성 폭발을 일으키게 된다. 적색거성이 지구를 삼켜버린다니, 섬뜩하다.

적색거성.

중심핵에서 수소가 결합해 헬륨이 만들어지기 위한 연료가 바닥이 나 죽음을 앞두고 있는 별입니다. 이때의 별은 원래 크기보다 100배까지 팽창합니다. 하지만 그 크기에 비해 표면 온도는 낮습니다. 우리 태양도 50억 년이 지나면 연료가 바닥이나 이 적색거성이 되는데 이때가 되면 수성과 금성이 모두 태양에 빨려 들어가고 지구도 모든 것이 불타버리고 아무것도 살 수 없게 됩니다. (20쪽)

태양보다 1.4배 큰 별의 초신성 폭발은 중성자별이 되거나 블랙홀이 된다. 태양보다 8배에서 30배 정도 되는 별들은 적색거성을 거쳐 적색초거성, 엄청난 밀도를 지닌 중성자별이 된다. 태양보다 30배 큰 별은 적색초거성을 거쳐 엄청난 중력을 지닌 블랙홀이 된다. 거대한 별이 죽어서 남긴 블랙홀은 별이 죽은 자리이지만 엄청난 밀도이기에 누구도 탈출할 수 없는 죽음의 장소가 된다. 직진하는 빛조차도 휘어져 버리고 빠져 나오지 못하는 곳이 된다. 블랙홀이 별을 삼키는 장면은 마치 우주의 토네이도 같다.

주변의 물질과 가스를 모아 또 다른 태양으로 변하는 초신성 잔해들, 우주에 있는 무수한 태양마다 온도도 다르고 수명도 다르다는 이야기, 우리 태양의 수명이 100억 년이기에 앞으로 50억 년은 더 살게 된다는 이야기 모두 흥미로우면서도 끔찍한 별들의 전쟁이야기다.

태양이 밝게 빛나는 이유는 수소를 연료로 사용하기 때문이고, 그 수소가 다하는 날 태양은 사멸하는 날이 될 것이다. 아직 50억 년이 남았으니, 그동안 과학자들은 제2의 푸른 별을 찾아내지 않을까.

책에서는 천문학의 시작인 원시 점성술의 발달, 스톤헨지, 마야의 치첸잇싸, 이집트의 여신 누트, 아리스토텔레스의 우주론, 프톨레마이오스의 행성의 위치 계산, 코페르니쿠스의 지동설, 최초로 행성과 별의 움직임을 관측한 케플러, 망원경을 사용해 지동설을 주장한 갈릴레이, 중력을 발견한 뉴턴, 시간과 공간도 변한다는 상대성 원리를 발견한 아인슈타인, 블랙홀의 존재를 아인슈타인의 상대성이론으로 풀어낸 실트, 무수히 많은 다른 은하를 발견한 허블, 웜홀 이론을 수학적으로 제시하고 소설 <콘택트>를 자문하고 영화 <인터스텔라>자문에 참여한 킵손의 이야기까지 담겨 있다.

초등 수학과 과학 교재를 만드는 연구진들이 만든 교과서를 뛰어넘는 과학교과서다.

초등과학 수준을 훨씬 넘는 쉽고도 신기한 우주 이야기다.

초신성의 폭발로 만들어지는 태양계, 별의 크기에 따라 초신성, 밀도가 엄청난 중성자별, 블랙홀로 나눠지는 이야기, 적색거성, 백색왜성, 흑색거성의 차이점, 블랙홀과 웜홀 이론 등에 대한 이야기들을 읽으면서 제2의 지구를 찾는 과학자들의 열정에 기대게 된다. 제2의 지구는 어디쯤 있을까.

우주의 별은 가보지 못한 곳, 보기 어려운 곳이지만 실제로 있는 곳이고 현재도 탄생과 죽음을 거듭하는 별이기에 늘 흥미롭다. 코페르니쿠스, 케플러, 갈릴레이, 뉴턴, 아인슈타인 등 우주의 비밀을 캐려는 과학자들의 이야기는 대단함을 넘어 존경스럽기까지 하다.