제네시스

제네시스 - 우주, 지구, 생명의 기원에 관한 경이로운 이야기
귀도 토넬리 지음, 김정훈 옮김, 남순건 감수 / 쌤앤파커스 / 2024년 2월

현대 물리학이 알려주는 천지창조 이야기

책을 선택한 이유

알렉스 헤일리의 소설 뿌리는

흑인 노예인 조상 쿤타킨테의 삶을 추적해 나간다.

자신의 뿌리를 찾는 것이 현재 삶에 별다른 영향을 미치지 않더라도

인간은 자신의 근원을 찾으려는 욕망이 있다.

인간이 태어나고 자란 곳은 지구지만

지구가 생겨난 근원은 우주다.

인간은 별의 아이인 것이다.

과학이 밝혀낸 인간의 뿌리를 찾아보기 위해

"제네시스"를 선택한다.

"제네시스"는

우리의 관점을 영원히 바꾸어놓는 세상

태초에 진공이 있었다

첫째 날 터져 나오는 숨결이 첫 번째 경이로움을 낳다

둘째 날 섬세한 손길이 모든 것을 변화시키다

셋째 날 불멸자들의 탄생

넷째 날 그리고 마침내 빛이 있었다

다섯째 날 첫 번째 별에 불이 켜지다

여섯째 날 혼돈이 질서로 위장하다

일곱째 날 복잡한 형태의 무리

우리를 인간으로 만드는 것

으로 구성되었다.

우리의 관점을 영원히 바꾸어놓는 세상 에서는

갈릴레오 갈릴레이 는 렌즈로 달을 보고서

책에 묘사된 완벽한 천체가 아닌 지구와 유사함을 깨닫는다

갈릴레이 는 진리가 반증될 수 있는 가능성을 추구하면서,

실험적 검증을 바탕으로 교정한다.

코스모스 우주의 기원을 향한 여정을 시작하기 위해서는

일상의 개념을 즉시, 영원히 버려야 한다.

코스모스의 겉모습 아래 카오스가 숨어 있다.

혼돈으로 가득한 시스템도 멀리서 보면 질서정연하고 규칙적이다.

우주의 탄생을 이해하려면 질서에 대한 편견을 버려야 한다.

태초에 진공이 있었다 에서는

시공간은 질량-에너지와 함께 세상에 들어온다.

진공은 가상 입차로 채워져 끊임없이 변동하는

에너지 장으로 가득 차있다.

물질적 우주는 극심한 변동 시스템에서 발생한다.

과학자들이 생각한 유니버스 우주 세계관을 살펴보며,

아인슈타인 조차 우주가 팽창한다는 생각을 거부한다.

로마 카톨릭 사제 조르주 르메트르 는 외부은하 성운의

시선속도 측정으로 우주의 팽창을 밝혀낸다.

에드윈 허블 은 안드로메다 성운이 놀라운 속도로

멀어지고 있음을 관측한다.

우주는 무수한 은하로 멀어지고 있는 거대한 구조다.

카톨릭 사제 르메트르는 우리가 평범한 은하계, 태양계의

미미한 구성 요소임을 밝혀낸다.

프로드 호일 은 우주의 탄생에 대한 르메트르 가설을

경멸하면서 빅뱅이론이라고 표현한다.

아노 펜지어스 와 로버트 윌슨 이 우주 마이크로파

배경 복사를 발견하고 우주의 온도를 관측하면서,

빅뱅 이론에 대한 논란은 사라진다.

특이점은 무한한 밀도와 곡률을 가친 무차원의 점이다.

우주의 팽창이 완전히 상쇄되고, 수축 단계가 시작되면,

은하들은 느리지만 가차 없이 은하단 내부로 응축되고,

우주의 모든 구석에서 물질의 밀도와 평균 온도가 상승한다.

특이점에서 또 다른 빅뱅이 일어나 새로운 우주가 탄생하는

팽창과 수축의 무한한 연쇄가 일어난다.

순환 우주 가설은 시작도 끝도 없는 삶과 죽음,

재생의 순환의 우주는 존재의 수레바퀴 윤회의 지배를 받는다.

우주의 물리적 시스템에 대한 데이터가 수집되면서,

팽창이 역행하여 빅 크런치로 돌아갈 것임을

나타내는 데이터를 발견하지 못한다.

우주가 제로 에너지, 제로 충격량, 제로 각운동량,

제로 전하를 가진다는 특성은

우주가 특이점이 아니라 진공에서 비롯되었으며,

여전히 변형을 겪은 진공 상태라는 것을 시사한다.

진공과 무의 개념에 대한 과거의 생각을 알아본다.

진공은 물질과 에너지가 제로 상태인 물리계다.

진공은 물질과 반물질의 무궁무진한 저장고다.

에너지 제로의 우주는 초기 특이점의 존재를 불필요하게 한다.

진공으로 이해되는 카오스는 엄격하게 질서 있고,

규제되고 대칭적인 시스템이다.

완벽한 메커니즘이 중단되고 양자 요동이 일어나면

우주 급팽창이 일어난다.

첫째 날 터져 나오는 숨결이 첫 번째 경이로움을 낳다 에서는

양자 거품에서 우주가 탄생한다.

우주는 진공의 작은 요동으로 시작되어 팽창하면서

불균등하게 부풀어 오른다.

앨런 구스 가 가정한 원시장은 놀라운 음의 압력에서

아주 짧은 시간에 모든 것이 엄청나게 팽창하면서

빅뱅이 시작되는 우주적 인플레이션을 이야기 한다.

우주의 균질성과 등방성은 우주 급팽창으로 설명할 수 있다.

하나의 원초적인 초힘이 우주가 될 거품을 지배한다.

강력은 양성자와 중성자를 형성하고 조립하며,

약력은 특정 방사성 붕괴에서 나타나고,

전자기력은 원자와 분자를 묶고 빛의 전파를 조절하고,

중력은 질량이나 에너지에 작용한다.

둘째 날 섬세한 손길이 모든 것을 변화시키다 에서는

갓 태어난 우주는 이미 거대하다.

힉스와 연관된 장은 진공의 속성을 근본적으로 변화시킨다.

힉스 장 안에서 남아 있는 기본입자들은

상호작용의 세기에 따라 서로 달라지며,

다른 질량을 가지게 된다.

에미 뇌터 의 뇌터 정리는 물리법칙의 모든 연속적인

대칭에 대응되는 보존법칙이 있음을 확립한다.

급팽창 단계 이후에 나타난 완벽한 우주는

대칭적인 완벽한 메커니즘을 갖는다.

대칭을 깨는 것은 진공이다.

초기 우주에서 완벽하게 대칭된 힉스 장은

온도가 낮아지면서 대칭이 깨진다.

입자가속기는 빅뱅 직후 사라진 소멸된 입자를

잠깐 동안 되살려내는 타임머신이다.

힉스 입자의 발견은 전기-약 대칭이 자발적으로

깨지는 매커니즘을 설명할 수 있게 한다.

양자역학은 전하를 가진 모든 입자는

질량이 같지만 전하가 반대인 반입자가 존재한다고 말한다.

반물질은 우리 주변 우주에서는 확실히 사라진다.

반물질이 사라진 이유에 대한 가설을 살펴본다.

초대칭성은 모든 입자에는 초대칭 짝이 있으며,

초세계에서 상호작용을 수행하는 것은 페르미온,

물질을 구성하는 것은 보손 이다.

물리학은 급팽창,힘, 암흑 물질, 암흑 에너지,

반물질의 소멸 메커니즘을 밝혀내지 못하고 있다.

물리학 연구를 위한 새로운 가속기 개발 계획을 소개한다.

셋째 날 불멸자들의 탄생 에서는

우주가 팽창하면서 온도는 빠르게 떨어진다.

가벼운 쿼크는 응결되어 진공의 불연속적인 부분을 차지한다.

양성자는 매우 견고하고 잘 조직되어

사실상 불멸의 존재로 간주될 수 있다.

가속기는 전자 또는 양성자와 같은 점 입자를,

소수의 쿼크와 글루온 복합 시스템을 사용한다.

쿼크와 글루온 플라즈마가 존속할 수 있는 임계온도를 지나

우주가 냉각되면서, 글루온에 의한 상호작용이 강해지면서,

물질은 하드론 상태로 응집되기 시작한다.

3개의 쿼크 가 조합된 양성자는 매우 안정적이며

어떤 붕괴도 관찰되지 않는다.

중성자는 양성자의 중성 버전이다.

양성자와 중성자가 만나 서로를 소멸시키면 광자를 형성하며,

매우 빠른 탄생과 소멸의 순환에서 비대칭이 증폭되며,

온도가 떨어지고, 양성자, 중성자 추출 과정이 중지되면서

우주는 물질로만 이루어지는 방향으로 나간다.

중성미자는 우주의 물질적 조성을 결정하게 될 균형에서

중요한 역할을 한다.

온도가 빨리 떨어지면서 중성미자는

양성자와 중성자 사이에 열에너지 분배에

적합한 반응속도를 유지할 수 없게 된다.

양성자가 중성자와 융합하면 중수소 핵이 되며,

중수소핵이 융합하면 헬륨핵이 탄생한다.

양성자와 중성자의 질량 차이는 핵반응을 일으키는

수소의 충분한 생산에 영향을 미친다.

넷째 날 그리고 마침내 빛이 있었다 에서는

우주가 3천 도 정도로 낮아지면, 전자기 인력이 우세해져,

전자는 원자핵 주위를 공전하면서, 수소, 헬륨 원자가 형성된다.

광자가 해방되면서, 빛이 나오게 된다.

프린츠 츠비키 는 머리털자리 은하단의 속도를

설명하기 위해, 암흑물질이 있다고 말한다.

온도가 3천 도 이하로 떨어지고,

에너지 밀도 감소 차이는 균형이 무너지게 된다.

열평형이 깨지면서 복사가 쇠퇴하면서

물질 시대가 시작된다.

우주배경복사의 광자 바다를 해석하면서

우주 급팽창 시점의 첫 번째 대변화의 순간까지

다가갈 수 있다.

온도 분포의 불규칙성 또는 비등방성은

우주 탄생의 첫 순간에 일어난 일에 대한

귀중한 정보를 담고 있다.

급팽창 단계의 열쇠를 담고 있는 여러 흔적을 이야기 한다.

다섯째 날 첫 번째 별에 불이 켜지다 에서는

물질과 복사가 분리되면서 빛이 통과할 수 있게 된다.

수소와 헬륨의 거대한 구름을 형성하는 원자로 안정화되며,

암흑 물질이 우주를 뒤덮는다.

물질 우주에 대한 중력의 지배는 별을 탄생시킨다.

최초의 별 메가스타는 암흑 시대의 깊은 어둠 속에서 형성되고,

수명이 다하면 폭발하여 물질을 사방에 흩뿌리고,

새로운 세대의 별들에게 자리를 내준다.

재이온화 시대는 자유전자가 광자를 붙들어두어

우주는 다시 어둠 속으로 빠져든다.

별의 소멸은 중심핵의 수축으로 별이 폭발하는

초신성 폭발이 일어난다.

중성자 별은 강력한 자기장을 생성하며 펄서를 생성한다.

블랙홀은 기조력으로 빼앗은 주변 물질이 가속되어

형성되는 강착 원반에서 나오는 전자기 방사를 통해

알 수 있다.

중성자별이 충돌하며 합쳐지면서, 막대한 양의 귀금속 먼지,

거대한 금과 백금 덩어리가 형성된다.

여섯째 날 혼돈이 질서로 위장하다 에서는

중력은 거대한 암흑 물질 주위에 형성된

물질 덩어리에 천천히 작용하면서 모든 것을 끌어당긴다.

별들과 물질의 무리는 중심핵을 중심으로 회전하면서

은하가 탄생한다.

혼돈은 질서로 위장하고, 균형과 조화의 가면을 쓴다.

은하수는 매혹적이고 기하학적인 구조로 형성된다.

나선은하 와 타원은하 가 일반적이며,

10% 정도는 불규칙한 모양을 하고 있다.

궁수자리 A는 은하의 중심에 숨어 있는 블랙홀이며,

케이론은 우리와 가장 가까운 블랙홀이다.

퀘이사, 블레이자, 활동성 은하핵은

은하의 나이에 따라 발생 비중이 달라진다.

텍사스 소스 블랙홀에서 발생하는 무서운 가속이

양성자를 가속한다는 사실이 밝혀지면서,

우주 방사선의 기원의 미스터리가 풀린다.

일곱째 날 복잡한 형태의 무리 에서는

은하 내부에 은하의 미니어처가 형성되면서,

태양 성운과 강착 원반이 형성되면서

원시행성계 원반이 탄생한다.

행성이 태양과 적정한 거리를 유지하면서,

환경조건에 반응하여 진화하고 번식할 수 있는

최초의 생명체가 탄생한다.

태양에 가까운 지역에서 공전하는 먼지 알갱이가

점점 더 큰 물체로 뭉치기 시작하면서

정교한 태양계가 형성된다.

원시 지구 가이아 는 테이아 와 충돌하면서,

달이 탄생한다.

목성은 태양계에서 가장 큰 가스행성이며

내부 행성을 보호하는 파수꾼 역할을 한다.

지구의 내핵을 중심으로 액체 의 동심원 층들은

거대한 원형전류를 생성하며 자기장이 발생한다.

원핵생물 남세균은 진핵생물로 발전하며,

새로운 생명체들이 폭발적으로 등장하면서,

인류의 탄생까지 어어져 온다.

생명체가 탄생하기 위해서는 안정적 조건들이 필요하며,

안정적 조건이 수십억 년 동안 지속되어야 한다.

생명체가 발달할 가능성이 있는 외계 행성 찾기에

대해 이야기 한다.

우리를 인간으로 만드는 것 에서는

네안데르탈인은 최초의 상징적 세계를 만든다.

정교한 인지능력은 호모사피엔스의 특권이 아니다.

이야기 없이는 거대한 문명 뿐만 아니라

기본적인 사회 구조조차도 살아남을 수 없다.

문화는 자신의 뿌리에 대한 자각이다.

상상력과 이야기 능력은 강력한 생존 도구다.

과학은 실험적 검증을 기반으로 한 이야기를 만들며,

훨씬 더 대담한 기술과 비전을 개발하면서,

기원에 대한 이야기를 밝히기 위해 패러다임을 바꾼다.

예술, 과학, 철학은 인간됨에 실체성을 부여하면서

미래의 도전에 맞서는 데 가장 적합한 도구다.

"제네시스"는

빅뱅과 우주의 탄생부터, 태양계가 형성되고,

인류가 탄생한 현재까지의 이야기를 다룬다.

갈릴레오 갈릴레이 는 실험적 검증을 바탕으로

진리의 반증 가능성을 추구한다.

코스모스 우주의 겉모습 아래에는 카오스가 숨어 있다.

혼돈으로 가득한 시스템도 멀리서 보면 질서정연하고 규칙적이다.

우주의 탄생을 이해하려면 일상의 질서 개념을 버려야 한다.

진공은 가상 입차로 채워져 끊임없이 변동하는

에너지 장으로 가득 차있다.

물질적 우주는 극심한 변동 시스템에서 발생한다.

카톨릭 사제 르메트르는 우주가 무수한 은하로 멀어지고 있는

거대한 구조며, 우리가 평범한 은하계, 태양계의

미미한 구성 요소임을 밝혀낸다.

프로드 호일 은 우주의 탄생에 대한 르메트르 가설을

경멸하면서 빅뱅이론이라고 표현한다.

특이점은 무한한 밀도와 곡률을 가친 무차원의 점이다.

특이점에서 또 다른 빅뱅이 일어나 새로운 우주가 탄생하는

팽창과 수축의 무한한 연쇄가 일어난다는

순환 우주 가설은 재생과 순환의 우주를 상정한다.

팽창이 역행하여 빅 크런치로 돌아갈 것임을

나타내는 데이터를 발견하지 못하면서,

우주가 특이점이 아니라 진공에서 비롯되었으며,

여전히 변형을 겪은 진공 상태임을 알게 된다.

진공은 물질과 에너지가 제로 상태인 물리계다.

진공은 물질과 반물질의 무궁무진한 저장고다.

에너지 제로의 우주는 특이점의 존재를 불필요하게 한다.

진공의 카오스의 질서 있고, 규제되고, 대칭적인

메커니즘이 중단되고 양자 요동이 일어나면

우주 급팽창이 일어난다.

양자 거품에서 우주가 탄생한다.

우주는 진공의 작은 요동으로 시작되어 팽창하면서

불균등하게 부풀어 오른다.

앨런 구스 의 원시장은 놀라운 음의 압력에서

아주 짧은 시간에 모든 것이 엄청나게 팽창하면서

빅뱅이 시작되는 우주적 인플레이션을 말한다.

우주의 균질성과 등방성은 우주 급팽창으로 설명할 수 있다.

갓 태어난 우주는 이미 거대하다.

급팽창 단계 이후에 나타난 완벽한 우주는

대칭적인 완벽한 메커니즘을 갖는다.

대칭을 깨는 것은 진공이다.

초기 우주에서 완벽하게 대칭된 힉스 장은

온도가 낮아지면서 대칭이 깨진다.

양자역학은 전하를 가진 모든 입자는

질량이 같지만 전하가 반대인 반입자가 존재한다고 말한다.

반물질은 우리 주변 우주에서는 확실히 사라진다.

반물질이 사라진 이유에 대한 가설을 살펴본다.

우주가 팽창하면서 온도는 빠르게 떨어진다.

가벼운 쿼크는 응결되어 진공의 불연속적인 부분을 차지한다.

양성자는 매우 견고하고 잘 조직되어 사실상 불멸의 존재다.

우주가 냉각되고, 쿼크와 글루온 플라즈마 임계온도 밑으로

떨어지면서, 물질은 하드론 상태로 응집되기 시작한다.

3개의 쿼크 가 조합된 양성자는 매우 안정적이며

어떤 붕괴도 관찰되지 않는다.

양성자와 중성자가 만나 서로를 소멸시키면서

광자를 형성하고, 비대칭이 증폭되며,

온도가 떨어지고, 양성자, 중성자 추출 과정이 중지되면서

우주는 물질로만 이루어지는 방향으로 나간다.

양성자가 중성자와 융합하면 중수소 핵이 되며,

중수소핵이 융합하면 헬륨핵이 탄생한다.

양성자와 중성자의 질량 차이는 핵반응을 일으키는

수소의 충분한 생산이 가능하게 한다.

우주가 3천 도 정도로 낮아지면, 전자기 인력이 우세해져,

전자는 원자핵 주위를 공전하면서, 수소, 헬륨 원자가 형성되고,

광자가 해방되면서, 빛이 나오게 된다.

온도가 3천 도 이하로 떨어지고,

에너지 밀도 감소 차이는 균형이 무너지게 된다.

열평형이 깨지면서 복사가 쇠퇴하면서

물질 시대가 시작된다.

물질과 복사가 분리되면서 빛이 통과할 수 있게 된다.

수소와 헬륨의 거대한 구름을 형성하는 원자로 안정화되며,

암흑 물질이 우주를 뒤덮는다.

물질 우주에 대한 중력의 지배는 별을 탄생시킨다.

최초의 별 메가스타가 형성되고, 수명이 다하면 폭발하면서,

새로운 세대의 별들이 등장한다.

별의 소멸은 중심핵의 수축으로 별이 폭발하는

초신성 폭발이 일어난다.

중성자 별은 강력한 자기장을 생성하며 펄서를 생성한다.

블랙홀은 강착 원반에서 나오는 전자기 방사를 통해 확인할 수 있다.

중성자별이 충돌하며 합쳐지면서, 막대한 양의 귀금속 먼지,

거대한 금과 백금 덩어리가 형성된다.

중심핵을 중심으로 중력이 모든 것을 끌어당기면서,

별들과 물질의 무리가 회전하는 은하가 탄생한다.

은하수는 매혹적이고 기하학적인 구조로 형성된다.

궁수자리 A는 은하의 중심에 숨어 있는 블랙홀이며,

케이론은 우리와 가장 가까운 블랙홀이다.

은하 내부에 은하의 미니어처가 형성되면서,

태양 성운과 강착 원반이 형성되면서

원시행성계 원반이 탄생한다.

태양에 가까운 지역에서 공전하는 먼지 알갱이가

점점 더 큰 물체로 뭉치기 시작하면서

정교한 태양계가 형성된다.

원시 지구 가이아 는 테이아 와 충돌하면서,

달이 탄생한다.

원핵생물 남세균은 진핵생물로 발전하며,

새로운 생명체들이 폭발적으로 등장하면서,

인류의 탄생까지 어어져 온다.

정교한 인지능력은 호모사피엔스의 특권이 아니다.

이야기 없이는 거대한 문명 뿐만 아니라

기본적인 사회 구조조차도 살아남을 수 없다.

문화는 자신의 뿌리에 대한 자각이다.

상상력과 이야기 능력은 강력한 생존 도구다.

과학은 실험적 검증을 기반으로 한 이야기를 만들며,

훨씬 더 대담한 기술과 비전을 개발하면서,

기원에 대한 이야기를 밝히기 위해 패러다임을 바꾼다.

예술, 과학, 철학은 인간됨에 실체성을 부여하면서

미래의 도전에 맞서는 데 가장 적합한 도구다.

인간은 뿌리를 찾고 싶은 강한 욕망이 있다.

인간의 뿌리는 광활한 우주다.

까마득한 우주탄생의 기원을 밝혀내기 위해

인간은 상상력을 총동원하면서 신화, 종교, 문학 등을 만든다.

"제네시스"는 물리학을 통해 우주의 탄생을 추적한다.

과학적 증거를 찾아가면서 우주의 근원에 다가가는 것은

인간의 독창적 상상력이 아니면 해결되지 않는다.

우주의 존재는 인간의 원형이다.

인간의 근원을 찾아가면서 인간은 삶의 힘을 얻는다.

자신에 대해 생각하지 않는 삶은 의미없는 생활일 뿐이다.

인간의 위대한 공상과 사실에 대한 뛰어난 인지력은

우주의 기원을 밝혀내면서, 인간의 존재를 돌아보게 한다.

별의 아이, 인간이 우주를 이해하려는 노력은

광대한 우주 기원의 역사에 대한 이야기가

인간의 뿌리를 찾고, 존재의 의미를 발견하기 때문일 것이다.

"제네시스"는 우리의 근원인 우주를 이해하면서

현대 물리학이 밝혀낸 우주의 기원을 소개한다.

"제네시스"는 현대 물리학이 인류의 철학, 문학적 상상력을 이용해

밝혀낸 우주의 기원과 우주의 진실에 접근하는 이야기는

다양한 학문의 통섭과 융합이 발전의 원동력임을 깨닫게 한다.

쌤앤파커스 와 컬처블룸 서평단에서 "제네시스"를 증정해주셨다.

감사드린다.

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#귀도토넬리 #김정훈 #남순건 #물리학