과학이론 20

과학이론 20 - 우주론 · 양자역학 · 진화론 · 분자생물학의 최전선
호소카와 히로아키 지음, 김정환 옮김, 다케우치 가오루 감수 / 보누스 / 2017년 8월

과학이론이란 과학의 어떤 분야 대상에 관한 이론의 집대성을 말한다. 이것은 어느날 갑자기 단독으로 불쑥 등장한 것이 아니라, 충분히 이론화된 같은 분야의 연구를 토대로 만들어진다. 요컨대 굳건한 토대가 없는 곳에서는 과학이론이 만들어질 수 없다. (P12)


과학 이론의 정의이다. 중력파의 발견과 힉스 입자에 대한 검증, 이 두가지에 대해 최근에서야 발견할 수 있었고, 검증 해낸 것은 과거의 과학자들이 수학과 과학을 바탕으로 가존의 학설에 대한 모순과 관찰 연구를 통해 이론으로 먼저 만들어졌기 때문이다.지금은 그것을 검증할 수 있는 과학 장비가 있었기에 가능했다 . 스티븐 호킹이 블랙홀을 찾아낸 것도 마찬가지이다. 과학은 기존의 학설을 의심하고, 새로운 학설을 만들어내는 과정에서 새로운 과학 분야가 만들어진다. 그 대표적인 분야가 양자역학이며, 양자역학 이외에 우주론, 진화론, 분자생물학까지 아우르고 있다,


이 책은 쉽다, 중학생이 읽을 수 있을 정도로 과학 이론에 대해 쉽게 설명한다. 하지만 쉬우면서도 어렵다. 양자역학은 아무리 쉽게 설명해도 우리에게 와닿지 않으며, 초끈이론의 경우 중,고등학교에서도 다루지 않는다. 우주를 이해하기 위해 나타난 양자역학은 여전히 검증되지 않았고, 가설 상태에 놓여져 있으며, 수학을 활용한 이론적인 분야에 머물러 있다. 책에 나오는 양자론이 왜 존재하고, 어떻게 응용되는지는 알지만 이론을 이해하는 것만으로도 지루함을 느끼게 된다.


우주론, 양자역학, 진화론, 분자 생물학으로 나누고 있지만, 전체적으로는 지구과학이라는 하나의 분야로 묶일 수 있다. 우주의 태초는 어떠했는지에 대해서 먼저 설명하고 있다. 우주가 대폭발을 한 이후 팽창하고 있다는 사실을 허블이라는 과학ㅈ자에 의해서 알려지게 된다. 그동안 우주에 관한 책을 읽으면서 의구심이 들었던 게 있었다. 우주의 역사는 130억년 정도인데, 우주의 전체 공간은 130억 광년을 훨씬 뛰어넘기 때문이다. 그의구심에 대한 답이 책에 나오고 있다. 공간은 빛의 속도보다 더 빠를 수 있고, 이론적으로는 전체 우주는 400억 광년을 지닌다고 말한다. 즉 우리는 빛으로 볼수 있는 그 너머의 공간을 알지 못한다는 걸 알 수 있다. 400억 광년의 우주 공간에서 우리가 볼수 있는 공간은 100억 광년 남짓할 뿐이다.


지구와 달은 기울어져 있다. 또한 목성 너머의 행성들 또한 크게 기울어진채 자전을 하고 있다. 이런 모습에 대해 자전축이 기울어진 것은 거대한 천체와의 충돌 때문이다. 지구도 무언가와 충돌하였고, 천왕성도 충돌했다는 계산이다 . 지구가 기울어져 있고, 달도 지구를 기울어진채 공전하고 있기에 지구에 생명체가 살 수 있었고, 수십억년 동안 생명체가 멸종되지 않고, 공존해 왔다는 걸 알 수 있다. 


지구에 대해서, 특히 지구 안의 일본이라는 나라의 지질학에 대해 말하고 있다. 지구는 판구조론이며, 맨틀은 어러개로 쪼개어져 있다. 4개의 판이 겹쳐져 있본에 지진이 잖은 이유가 여기에 있다. 실제 전세계 10퍼센트의 지진은 일본에서 일어나고 있으며, 화산활동도 원할하다. 반면 지구 너머의 화성이라느 행성은 하나의 판으로 이루어져 있다. 그래서 화성에는 거대한 산 하나,그 산을 올림포스몬스 산이라 부르며 크기는 에베레스트 산의 세배인 25km 에 달한다.  


립밴 윙클 효과가 나오고 있다. 이 단어를 보면서 이와이 슌지의 <립반윙클의 신부> 가 생각났다. 여기서 립반윙클 효과란 수광년 떨어진 곳에 우주비행사가 광속의 속도로 비행했다가 돌아오면, 우주비행사와 같은 나이 또래의 친구가 우주비행 후 더 늙어 보이고, 나이 차이가 크게 나타난다는 과학 이론이다.. 립밴윙클 효과를 소재로 한 SF 소설과 에니메이션이 있으며, 이와이 슌지의 소설에서도 주인공들의 삶 속에 립반윙클 효과에 대한 스토리가 쓰여지고 있다.


책을 읽으면 지구과학 이외에 물리학, 화학, 지질학, 전자기학 등등 다양한 과학 이야기가 나온다. 그 이론들은 지구와 우주를 설명하기 위한 과학이론이다. 상대성 이론이나, 강한 핵력,전자기력, 약한 핵력, 중력에 대해서도 마찬가지이다. 우리가 살아가는 공간에는 중력이 미치고 있지만, 중력은 실제 네가지 힘 중에서 가장 약하며, 강한 핵력은 중력의 10의 40승배이다. 또한 우주안에 존재하는 인간이 발견해낸 원소들은 우주의 태초에 대해서 설명하고 있으며, 지구의 암흑물질과 암흑 에너지에 대한 설명은 우주에 대한 호기심을 증폭시킨다.