어떤 전파 망원경은 지구의 반대편에 있는 다른 전파 망원경과 연결하여 사용하기도 한다. 그러면 지구의 지름을 온통 기선 baseline 으로 활용할 수 있으니까 지구만 한 크기의 전파 망원경이 탄생하는 셈이다. - P522
앞으로는 전파망원경들을 지구 궤도에 올려놓을 수 있게 될 터인데, 그때가 오면 우리는 그 크기가 내행성계만 한 전파 망원경을 가질 수 있다. 이 정도의 전파망원경 배열이면 퀘이사의 내부 구조와 정체도 밝혀낼 수 있을 것이다. - P522
행성 궤도상에 전파 망원경 배열이 구축되면 표준 초의 구실을 할 퀘이사가 정해진다. 그러면 우리는 적색 이동을 측정하지 않고도 퀘이사까지의 거리를 직접 알아낼 수 있게 된다. - P522
가장 멀리 떨어져 있다고 추정되는 퀘이사들의 거리를 정확히 알아내면, 우리는 우주의 팽창 속도가 수십억 년 전에는 현재보다 빨랐다가 점점 느려졌는지, 아니면 우주가 앞으로 팽창을 멈추고 수축할 것인지 등을 판가름할 수 있을 것이다. - P522
현대 천문학에서 사용하는 전파 망원경들은 아주 높은 수신 감도를 자랑한다. 요즈음의 전파 망원경이 검출하는 먼 퀘이사의 전파 신호는 1000조분의 1와트이다. 즉 현대 전파천문학의 기술은 10^-15와트의 미약한 신호도 하늘에서 잡아낸다는 말이다. 이것이 얼마나 작은 신호인지는 지구에 있는 모든 전파 망원경들이 여지껏 검출한 우주 전파 신호의 에너지를 모두 합해도 눈 조각 하나가 지표를 때릴 때 발생하는 에너지보다 적다는 사실로 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. - P523
오늘날 전파천문학자들은 우주 배경 복사를 전 하늘에 걸쳐 측정하여 그 세기의 분포도를 작성한다거나 밝기에 따른 퀘이사의 개수를 헤아려 우주진화의 정체를 밝히려 한다. - P523
그들은 외계 생물이 내놓을지 모르는 신호를 열심히 찾기도 한다. 전파천문학자들의 이러한 활동은, 따지고 보면, 그냥 흘려 버릴 수도 있는 지극히 미약한 전파 신호와 심각한 싸움을 벌이는 일이다. - P523
고온의 물질, 특히 별의 대기층에 있는 물질은 사람의 눈이 식별할 수 있는 빛을 내놓는다. 그러나 주로 은하의 외곽부에 있는 저온의 성간 기체와 성간 티끌은 가시광선을 방출하지 않기 때문에 우리 눈에 쉽게 띄지 않는다. 대신에 전파 대역에서 전자기파를 방출한다. 그러므로 우주론적 신비를 캐내려면 통상의 광학 망원경이 아니라 대륙 간 전파 망원경 배열과 같은 초대형의 연구 시설이 필요하다. - P523
엑스선 대역도 외계 은하와 우주론 연구에 중요한 역할을 한다. 인공 위성에 실린 엑스선 망원경으로 하늘을 관측했더니 은하와 은하 사이에서 강력한 엑스선 복사가 검출됐다. 처음에는 은하 간 물질로 존재하는 고온의 수소 가스가 이 엑스선 복사의 원천이라고 생각했다. 그것이 정말로 수소라면 그때까지 관측되지 않은 막대한 양의 그 수소는 코스모스의 팽창을 막기에 충분한 것이었다. 학자들은 그것을 우리가 진동 우주에 갇혀 있다는 증거로 받아들였다. - P523
그러나 좀 더 최근에 수행된 고분해능 엑스선 관측을 바탕으로 리카르도 자코니Ricardo Giacconi는 은하간 공간에서 검출된 엑스선 복사가 많은 점광원點光源들이 중첩되어 나타난 결과라고 규명했다. 그리고 그 점광원들은 아주 먼 거리에 있는 퀘이사일 가능성이 높은 것으로 판명됐다. 그러니까 여태껏 숨어 있던 질량의 일부를 찾아낸 것이었다. - P524
우주의 새로운 구성원이 알려질 때마다 우주 평균 밀도의 값이 수정돼 왔다. 우주 구성원들의 인구조사를 철저히 하여 은하, 퀘이사, 블랙홀, 은하 간 수소 가스, 중력파원, 그 외에도 우주의 소수 희귀 거류민들의 질량을 모두 알아낸 후에야 우리가 살고 있는 이 우주의 운명을 점칠 수 있을 것이다. - P524
우주의 거대 구조를 논할 때 천문학자들은 공간이 굽었다느니, 평탄하다느니 하는 식의 표현을 즐겨 사용한다. 이해하기 어려운 표현은 이것만이 아니다. ‘우주는 유한하지만 열려 있다.‘라는 식의 설명도 무엇을 의미하는지 얼른 감을 잡을 수 없기는 마찬가지이다. - P524
3차원적 개체는 2차원 나라에 온전히 존재할 수가 없다. 자신의 일부분만 2차원 나라에 밀어 넣을 수 있을 뿐이다. 납작이들에게는 납작이나라의 평면과 접촉하는 단면만 보인다는 말이다. 납작이나라로 미끄러져 내려가는 3차원 생물은 납작이들에게 처음에는 작은 점으로 보이다가, 그 점이 점차 커지는 것처럼 보일 것이고, 결국에 가서는 원 비슷한 모양으로 인식될 것이다. 납작이의 관점에서는 모양이 계속해서 변하는 묘한 녀석이 난데없이 나타난 것이다. - P526
자신이 속해 있지 않던 차원으로의 이동은 그에게 잠시나마 일종의 ‘엑스선 투시 능력‘을 제공했던 것이다. - P526
우리는 1차원의 세계를 머릿속에 그려 볼 수 있다. 1차원 세계에서는 모두가 선분이다. 0차원의 마술 세계도 상상할수 있다. 거기서는 모두가 점이다. 차원을 이렇게 낮춰 가기보다 높여가는 여행을 하면 더 재미있다. 아, 그런데 4차원은 실재할 수 있는 것인가? - P527
정말로 4차원적 생물이 존재한다면 어떨까? 4차원에서의 실체인 그는, 우리 3차원 세계에 마음대로 나타나서 누구에게도 보이지 않다가, 또 자신의 모습에 주목할 만한 변화를 주기도 하고, 마음만 먹으면 우리를 밀폐된 방에서 잡아 밖으로 끌어내기도 하고, 또 아무도 알 수 없는 곳으로부터 다시 불러들여 실체를 부여할 수도 있을 것이다. 우리의 안팎이 뒤집혀 질 수도 있다. 하나만 예를 들자. 창자와 온갖 장기가 외부로 나와 전 우주에 흩어지고, 그 대신 벌겋게 빛을 발하는 은하 간 물질, 은하, 행성, 그 외의 온갖 천체들이 내부에 들어앉는 것이다. - P527
3차원적 구조물은 2차원 평면에 완벽하게 기술될 수 없다. 이것이 투영을 이용하여 차원을 줄이는 편리함에 지불해야 하는 대가이다. - P528
1차원 선분을 한 번 움직여 2차원의 정사각형을 만들고 이것을 한 번 더 이동시켜 3차원 입방체를 만들었듯이 3차원 입방체를 ‘수직 방향‘으로 한 번 더 움직인다면 4차원 입방체를 만들 수 있을 것이다. - P528
3차원에서는 4차원 입방체를 3차원 입방체 안에 또 하나의 입방체가 있고 그 둘의 꼭짓점들이 서로 선분으로 연결된 구조물로 표현할 수밖에 없다. 그러나 실제 4차원에서 4차원 입방체는 모서리의 길이가 동일하고, 모서리와 모서리가 이루는 각이 모두 90도인 구조물이다. - P528
우주의 중심은 어디인가? 우주에 경계가 있는가? 있다면 그 경계 바같은 도대체 무엇이란 말인가? 2차원 우주에는 중심이 없다. 비록 2차원 우주가 3차원적으로 구부러져 있어도 그 공의 표면에 해당하는 2차원 우주에서는 중심을 정할 수 없다. 그런 우주의 중심은 그 우주에 있지 않다. 중심이 있다면 그것은 그 우주의 주민들이 접근할 수 없는 3차원에 있다. 다시 말해서 구의 중심에 있다. - P529
납작이나라의 영토는 구의 표면일 뿐이다. 그러므로 2차원 우주는 유한하다. 그렇지만 경계는 찾아볼 수 없다. 경계 바깥의 정체는 질문의 대상이 될 수 없다. 그것은 질문할 성질의 것이 아니란 말이다. 납작이나라에 사는 납작이들은 자신의 ‘힘‘만으로는 2차원의 세계를 벗어날 수 없다. - P529
이제 차원의 수를 1씩만 높여 보자. 그러면 납작이나라의 납작이들이 3차원 공간에 익숙한 우리 자신이라는 사실을 깨달을 수 있을 것이다. - P529
4차원적 실체인 ‘초구체超球體, hypersphere‘는 중심도, 경계도 없다. 그래서 그 경계의 바깥이란 것은 애당초 없는 것이다. 그렇다면 왜 은하들이 우리로부터 달아나는 것같이 보이는지 이해할 수 있다. 한 점에서부터 시작한 초구체가 4차원 풍선이 부풀듯이 팽창하면서 우주의 공간이 순간순간 더 만들어진다. 팽창이 시작되고 얼마쯤 지나자 은하들이 만들어졌고, 만들어진 은하들은 초구체의 표면에서 초구체의 팽창과 더불어 움직인다. 각각의 은하에는 천문학자들이 살고 있을 터이고 천문학자들이 관측하는 빛도 초구체의 굽은 표면을 따라서 초구체와 같이 움직인다. 초구체가 팽창함에 따라 어떤 은하의 천문학자는 다른 은하들이 자기로부터 멀어지고 있다고 생각할 것이다. 그러므로 그어디에도 우주의 기준 좌표계라는 특별한 지위를 부여할 수 없다. - P529
우주의 등방성은 관측자의 위치와 무관하게 성립한다. 우주는 그 어느 곳에서 보든, 그 어느 방향으로 보든, 대국적으로 같은 모습이라는 뜻이다. 우주 등방성은 조르다노 브루노가 제일 먼저 주장했다고 한다. - P530
멀리있는 은하일수록 빨리 후퇴하는 것처럼 보인다. 은하들이 공간에 붙박여 있는데, 공간이라는 이름의 그 천은 모든 방향으로 늘어나는 중이다. 그렇다면 여러분은 "우리가 사는 이 우주에서 대폭발이 일어난 곳은 어디입니까?"라는 질문에 뭐라고 답할 수 있을까? 여러분은 이제 "우주 도처" 라고 답할 수 있을 것이다. - P530
우주가 팽창을 멈출 만큼 충분한 질량을 갖고 있지 않다면 우리가 살고 있는 우주는 열린 굽은 공간이다. 열린 굽은 공간의 3차원적 비유로 말안장 표면이 자주 이용된다. 안장은 구부러져 있고 무한히 뻗어나갈 수 있는 표면이다. 충분한 질량의 물질이 있다면 우주는 닫힌 굽은 공간이다. 3차원으로 낮춰서 생각하면 통상의 구에 비유될 수 있다. - P530
닫힌 우주에서는 빛이 갇혀 있다. 1920년대에 관측 천문학자들이 M 31 반대쪽 먼 곳에서 나선 은하 한 쌍을 봤다. 이때 사람들은 ‘이 두 은하가 은하수 은하와 M 31을 반대 방향에서 보고 있는 것이 아닌가?‘ 하고 의심한 적이 있다. 다시 말해 자신의 뒤통수를 자기가 보고 있다는 이야기이다. 빛이 우주에 갇혀 있으면 내 뒤통수를 떠난 빛이 우주를 한 바퀴 돌아서 나의 정면에 다시 나타날 수 있다. - P531
오늘날 우리가 알고 있는 우주의 크기는 1920년대에 상상했던 것보다는 훨씬 커서, 빛이 우주를 한 바퀴 돌아오려면 우주의 현재 나이보다 더 긴 시간이 필요한 것으로 판명됐다. 게다가 은하들의 나이가 우주의 나이보다 짧다. - P531
우주가 닫혀 있기 때문에 빛이 우주를 빠져나갈 수 없다면 그것이 바로 블랙홀이 아니고 무엇이란 말인가? 블랙홀 안의 상황이 어떤지 궁금한가? 그렇다면 자신의 주위를 돌아보면 된다. - P531
앞에서 우리는 벌레 구멍, 즉 웜홀의 존재 가능성을 언급했다. 벌레 구멍이라는 아이디어는 블랙홀을 통하면 실제로 움직여 가지 않고도 이 지점에서 저 지점으로 직접 이동할 수 있다는 생각에 기초한 것이다. 그러니까 웜홀은 4차원을 관통하는 통로인 셈이다. - P531
우리는 웜홀의 존재 여부를 모른다. 그렇지만 웜홀이 실제로 존재한다면 그것들은 우리 우주의 어떤 곳과 반드시 연결돼 있지 않겠는가? - P531
벌레 구멍이 한 우주와 다른 우주를 연결할 수도 있다. 통상적으로 두개의 우주는 상대방의 존재를 알아챌 수 없도록 서로의 지평선 너머에 떨어져 있지만 둘 사이에 정보 교환은 벌레 구멍을 통해 이루어질 수도 있다. - P531
어떻든 여러 개의 우주들이 있을 수 있다. 어쩌면 한 우주가 다른 우주를 감싸고 있을 수도 있다. - P531
‘우주들‘이 끝없이 이어지는 ‘계층 구조階層構造, hierarchy of universes‘를 이루고 있다는 것이다. 이 아이디어에 따르면 전자 같은 소립자도 그 나름의 닫힌 우주이다. 그 안에 그 나름의 은하들이 우글거리는가 하면 은하보다 작은 구조물들도 있고 또 그들의 세계에 맞는 소립자들이 존재한다. 어디 그뿐인가. 이 소립자들 하나하나도 역시 또 하나의 우주이다. 이 계층 구조는 한없이 아래로 내려간다. - P532
‘우주들의 계층 구조‘가 이렇게 아래로만 연결되라는 법도 없다. 위로도 끊임없이 연결된다. 우리에게 익숙한 은하, 별, 행성, 사람으로 구성된 이 우주도, 바로 한 단계 위의 우주에서 보면, 하나의 소립자에 불과할 수 있다. 이러한 계층 구조는 무한히 계속된다. 아, 내 사고의 흐름을 절벽 같은 것이 가로막고 있는 듯하다. - P532
힌두교의 우주론은 영원히 순환하는 우주를 우리에게 가르친다. 앞에서 이야기한 우주들의 계층 구조라는 아이디어야말로 힌두교의 우주관을 뛰어넘은 유일한 대안이라고 나는 생각한다. - P532
우리 우주 외의 또 다른 우주들이 있다면 그 우주를 지배하는 자연법칙은 우리의 것과는 별도의 체계를 이룰까? 그 우주도 은하와 별과 사람과 사람들이 같이 하는 세상을 갖고 있다면, 이 모든 것들이 우리 우주의 그것들과는 과연 어떻게 다를까? 그 우주의 사람은 우리와 다른 구조와 형태의 생물일까, 아니면 비슷한 생물일까? - P532
그들의 세계에 진입하려면 어떻든 4차원으로 ‘길‘을 내야 할 것이다. 그 길은 쉽게 열리지는 않을 것이다. 하지만 블랙홀이 우리를 그 길로 데려가 줄 수 있을지도 모른다. 태양계 근처에 작은 블랙홀들이 존재하지 말라는 법도 없다. 자, 이제 영원의 벼랑 끝에 서서 정들었던 이 우주와 헤어져, 저 우주로 뛰어들 채비를 해 보자. - P533
혹등고래는 높이뛰기 기록과 비상한 의사소통 능력으로 특히 유명하다. 그들은 평균 몸무게가 50톤에 평균 몸길이가 15미터에 이르며 사람보다 큰 두뇌를 가지고 있다. - P534
많은 신들 중 어느 분이신지, 그분께서 세상을 정돈하여 카오스에서 코스모스의 영역으로 밀어 넣은 다음에, 제일 먼저 땅을 튼튼한 공의 모습으로 빚어내셨다. 어느 쪽에서 보든 땅이 같은 모습으로 보이도록 말이다. 그 어디에도 생명이 없는 곳이 없었으며, 하늘은 별과 성스러움으로 가득했고, 바다는 번쩍이는 물고기들의 집이 됐으며, 땅에는 짐승이, 부드러운 공기에는 새들이 있었다..... 그 다음에 사람이 태어났다. ..... - P536
모든 짐승들의 시선은 땅을 향하게 하셨지만, 사람에게는 쳐들 수 있는 머리를 주시고 곧추설수 있게 하셨다. 사람은 자신의 시선을 하늘로 향할 수 있게 됐다. - P536
우주의 저 광막한 암흑의 심연에는 우리 태양계보다 더 젊거나 늙은 별과 행성 들이 수없이 많이 존재한다. - P536
우리 은하수 은하 하나에만도 100만 개의 다른 세상이 존재한다. 거기에서는 우리와 전혀 다른 모습의 지적 존재들이 살면서 우리보다 훨씬 앞선 기술 문명을 키우고 있을 것이다. - P536
박학博學하다는 것과 현명하다는 것은 별개의 문제이다. 지적 능력은 단순히 축적된 정보를 의미하지 않는다. 지적 능력은 주어진 정보에서 연관성을 읽어내 판단할 수 있는 능력을 뜻한다. 그럼에도 불구하고 우리가 접근할 수 있는 정보의 양 자체가 우리의 지적 능력을 가늠하는 하나의 척도 구실은 한다. - P536
지적 능력을 잴 수 있는 잣대, 즉 정보의 단위로 이진법의 ‘비트‘가 사용된다. 던져진 질문에 대한 답인 ‘예ㆍ아니오‘가 1비트를 이룬다. 이때 질문은 물론 묻는 내용이 확실한 질문이어야 할 것이다. - P536
알파벳 스물여섯 글자 중에서 하나를 지칭하는 데 5비트가 필요하다. 가부 두 가지 가능성 중에서 하나씩 택하기를 다섯 번 반복해야 한다는 뜻이다. (2×2×2×2×2=32) 26은 분명히 32보다 적은 수이므로 알파벳 스물여섯 글자 각각은 5비트로 충분히 구별된다. - P537
이 책에 실린 언어 정보의 총량은 1000만 개 (10^7개)의 비트가 채 못 되며 한 시간짜리 텔레비전 프로그램의 평균 정보량이 10^12비트 정도이다. 지구상에 있는 모든 도서관에 보관된 책과 그림에 언어와 화상의 형태로 담겨 있는 정보의 총량은 대략 10^16 내지 10^17비트이다. 그중의 대부분은 중복된 정보이지만 이 숫자가 인류가 갖고 있는 지식의 총량을 얼추 짐작할 수 있게 해 준다. - P537
지구보다 오래된 문명 세계가 보유한 정보량은 비트 단위로 10^20, 아니 10^30일 수도 있을 것이다. 정보의 양뿐 아니라, 그질적 내용의 측면에서도 지구와 큰 차이가 있을 것이다. - P537
이렇게 많은 양의 정보를 방송으로 전달하는 데 얼마나 걸릴지 계산해 보면 재미있다. 미국의 큰 도시 하나에 100여 군데의 방송국이 있고, 방송국마다 하루 평균 10시간씩 1년 동안 계속 송출한다면, 10^12비트의 1시간짜리 비디오가 약 3만6000개 만들어지는 셈이니, 1년 동안에 방송으로 송출된 정보의 총량이 대략 4 x 10^16 비트에 이른다는 계산이 나온다. 한 도시에 있는 방송국이 모두 동원돼서 한 1년 정도만 외계로 방송을 내보내면 인류가 갖고 있는 지식 정보 전체를 외계인에게 알려줄 수 있다. 비트마다 동일한 가치의 정보를 갖고 있는 것은 물론 아니다. - P537
지구는 표면이 온통 물로 덮여 있는 아주 진귀한 존재이다. - P537
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