스티븐 와인버그의 '최초의 3분' - 21세기 新고전 50권

스티븐 와인버그의 '최초의 3분' - 21세기 新고전 50권

2005년 08월 24일

| 글 | 임경순 / 포항공대 교수·과학사ㆍ |

우주의 창조에 대한 궁금증은 신화가 지배하던 아주 오랜 옛날부터 인간의 마음을 사로잡아 왔다. 지난 1세기 동안 과학자들은 현대 우주론의 정설로 자리 잡은 팽창 우주에 대한 다양한 논의를 전개해 왔다. 대폭발 이론, 정상상태 우주론, 인플레이션 시나리오로 대변되는 팽창 우주에 대한 다양한 논의는 기본 입자와 상호 작용을 통일적으로 이해하려는 표준 모형, 대통일 이론, 초대칭 이론, 초끈 이론, 막우주론 등과 결합되면서 우주와 물질의 본질을 이해하려는 인간 상상력의 최전선을 잘 보여 주고 있다.

‘최초의 3분’은 전자기력과 약력을 통일한 공로로 노벨 물리학상(1979년)을 수상한 스티븐 와인버그가 1960년대 중반 이후에 발전한 우주 창조 및 기본입자의 생성, 그리고 자연에 존재하는 여러 힘을 통일하려는 통일 이론을 대중에게 알기 쉽게 소개한 책이다. 무엇보다도 이 책은 20세기 중반 이후에 우리가 어떻게 소위 ‘표준 모델’에 도달하게 됐는가를 잘 보여 주고 있다.

1948년 러시아 출신의 미국 과학자 조지 가모와 그의 제자 랠프 알퍼는 자연계에 존재하는 수많은 원자핵은 특정한 온도와 밀도의 평형 상태에서 만들어졌다기보다는 태초에 우주가 한 점에서 폭발한 뒤 팽창·냉각돼 단계적으로 만들어졌다는 대폭발 이론을 제기했다. 같은 해 영국 케임브리지대의 천문학자들인 허먼 본디, 토머스 골드, 프레드 호일 등은 대폭발 이론과는 전혀 다른 정상상태 팽창 우주론을 제안했다. 그들은 우주가 팽창하되 지속적으로 새로운 물질을 만들어 내 항상 일정한 평균 밀도를 유지한다고 주장했다. 이리하여 1960년대 중반에 이르기까지 천문학계에서는 대폭발 이론과 정상상태 우주론이라는 두 팽창 우주론이 서로 대립하면서 경쟁적으로 발전했다.

1960년대 중반에 이르러 대폭발 이론은 정상상태 우주론을 누르고 천문학자들 사이에서 표준 우주 모형으로 받아들여지게 됐다. 1965년 미국 뉴저지 주 벨 전화연구소에 있는 아노 펜지어스와 로버트 윌슨은 극히 예민한 잡음을 제거하기 위해서 마이크로파 탐지 실험을 하던 중 우주의 모든 방향에서 밤낮과 계절에 상관없이 관측되는 복사선을 발견했다. 이 연구팀이 발견한 복사선은 초기의 우주 팽창 과정에서 생겨나서 우주의 팽창과 함께 변화돼 현재의 마이크로파로 지구에서 관찰된 것으로 판명됐다. 이 우주 배경 복사선의 발견으로 대폭발 이론과 정상상태 우주론 사이의 경쟁은 마침내 대폭발 이론의 승리로 결판나게 됐다.

대폭발 이론의 창시자인 가모 역시 대중 과학저술에 탁월한 능력을 지닌 과학자였으나, 아쉽게도 대폭발 이론이 받아들여진 직후인 1968년 8월 20일 세상을 떠났다. 결국 대폭발 이론을 소개하는 글은 와인버그의 손으로 넘어가게 되었다. 와인버그는 1972년 ‘중력과 우주론’이라는 전문적인 책을 집필했는데, 이 내용을 대중을 상대로 알기 쉽게 소개한 책이 1977년 출판된 ‘최초의 3분’이다. 빛이 지배하던 처음 100분의 1초에서 물질이 지배하게 되는 처음 3분 45초 동안에 우주에서 무슨 일이 있었는지를 흥미 있게 다룬 이 책은 스티븐 호킹의 ‘시간의 역사’와 함께 우주론과 통일 이론을 다룬 대표적인 대중 과학서로 남게 됐다.

번개칠때 강력한 X선 발생

번개칠때 강력한 X선 발생

2005년 08월 26일

| 글 | 이충환 기자 ㆍcosmos@donga.com |

최근 번개가 칠 때 나오는 X선 에너지는 가슴을 찍는 X선 에너지의 2배가량 되는 것으로 나타났다. 골프 카드를 끌고가는 캐디의 모습을 X선으로 투시한 상상도. 사진제공 사이언스 올제

최근 번개와 천둥이 전국을 강타하며 정전이 일어나고 사망자가 발생하기도 했다. 번개는 1752년 미국의 벤저민 프랭클린이 연 실험을 통해 전기적 현상임을 보였지만, 많은 부분은 아직도 베일에 가려져 있다.

구름 속 전자들이 공기입자와 충돌해 X선 발생

만화에서 지상에 떨어지는 번개(낙뢰)를 맞은 사람은 종종 전기에 감전되고 몸속 뼈가 드러나는 상태로 그려진다. 이 그림은 과학적으로 보면 터무니없진 않다. 사실 번개가 칠 때 몸속 사진을 찍는 X선이 나오기 때문.

미국 플로리다공대 조지프 다이어 박사팀이 26번의 낙뢰를 관측해 번개가 매번 엄청난 양의 X선을 생성한다는 사실을 발견했다.

번개의 X선 에너지는 가슴을 찍는 X선 에너지의 2배에 달한다.

이 결과는 지난해 3월 ‘지오피지컬 리서치 레터스’에 실렸다.

다이어 박사는 “구름 속의 전자들이 빛의 속도에 가깝게 가속된 후 공기 입자들과 충돌해 X선을 발생시키는 것”이라고 설명했다.

구름 속 얼음이 번개 만들어

번개가 어떻게 발생하는지도 오래된 수수께끼. 미국 앨라배마대의 월터 피터슨 박사팀이 국제학술지 ‘지오피지컬 리서치 레터스’

최신호에 발표한 연구결과에 따르면 번개 발생이 얼음 입자와 관련 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 미국항공우주국(NASA)의 인공위성 ‘TRMM’으로 전 세계 하늘의 소나기구름을 관측한 결과 번개가 치는 구름 속에 항상 얼음 입자가 존재한다는 사실을 발견했다.

이론에 따르면 소나기구름 속에서 지름이 1∼8mm로 비교적 큰 얼음 입자들이 무수한 미세 얼음 알갱이들과 충돌하는 과정에서 전자를 빼앗는다. 전기를 띤 얼음 입자들이 지상으로 떨어지면 구름 꼭대기와 지면 사이에 전기적 불균형이 나타난다.

이 불균형이 심해지면 대량의 전기가 순간적으로 흘러 거대한 전기스파크인 번개가 발생한다는 것이다.

피뢰침 뾰족한 것보다 뭉툭해야 효과 커

우리가 번개와 관련해 잘못 알고 있는 정보도 많다. 먼저 피뢰침이 뾰족해야 좋다는 것도 근거 없는 속설.

미국 뉴멕시코공대 찰스 무어 박사팀이 높이 3288m의 산정에서 뾰족한 피뢰침들과 무딘 피뢰침들을 6m 간격으로 배열시킨 후 7년간 관측하자 무딘 것 12개는 번개를 맞은 반면 뾰족한 것은 하나도 번개를 맞지 않은 것으로 나타났다.

이 결과는 2000년 ‘지오피지컬 리서치 레터스’에 발표됐다.

기상청 낙뢰전문가 이종호 연구관은 “몸에 쇠붙이가 있으면 낙뢰를 맞을 위험이 크다는 것도 잘못 알려진 사례”라고 말했다.

체내를 통과할 전기의 일부가 피부의 쇠붙이로 흘러 오히려 쇼크사의 위험성을 줄이기 때문. 실제 일본의 한 여성이 쇠 지퍼가 달린 원피스를 입은 덕분에 낙뢰를 맞고도 살았다.

수학으로 푸는 강력 사건 - 스콧형제가 만든 ‘넘버스’

수학으로 푸는 강력 사건 - 스콧형제가 만든 ‘넘버스’

2005년 08월 25일

| 글 | 서정보 동아일보 기자 ㆍsuhchoi@donga.com |

케이블 위성 채널 XTM에서 29일부터 방영될 TV 시리즈 ‘넘버스’는 수학을 이용한 수사라는 독특한 설정으로 미국에서 상반기 인기 톱10 안에 들었다. 사진 제공 CJ미디어

수학을 이용해 강력 사건을 해결한다?

2005년 미국 CBS에서 방영된 TV드라마 ‘넘버스’가 29일부터 매주 월·화 오후 9시에 케이블 위성 채널인 XTM을 통해 소개된다.

‘넘버스’는 13부작으로 미국연방수사국(FBI) 요원인 형 돈 엡스와 천재수학자인 동생 찰리가 힘을 합쳐 미궁에 빠진 사건을 해결한다는 내용.

형은 경험과 열정을 갖춘 유능한 수사관으로 늘 어려운 사건을 맡는다. 수사가 한계에 부닥칠 때마다 돌파구를 마련해 주는 것은 동생의 수학적 분석력. 동생 찰리는 20대에 세계적 수학자가 된 천재로 인간의 성향과 행동을 수학적으로 판단하는 인물이다. 남들이 생각하지 못한 독특한 시각으로 사건을 분석해 형에게 해결의 실마리를 던져준다.

29일 첫 회에서는 연쇄 성범죄 살인범을 추적하는 과정이 소개된다. 돈은 한 지역에서 강간살인 13건이 잇따라 발생한 사건의 조사를 맡는다. 연쇄 범죄자의 경우 범행 초기에는 범죄 지역이 들쭉날쭉하지만 갈수록 좁혀진다는 것이 돈의 경험적 지식. 찰리는 여기에 힌트를 얻어 물리학자가 블랙홀을 찾을 때 쓰는 방정식을 적용해 범죄자의 주거지일 가능성이 높은 지역을 찾아낸다.

그러나 범인의 은신처일 확률이 높았던 지역에서 용의자를 찾아낼 수 없자 수사는 다시 미궁에 빠진다. 돈은 간신히 살아난 한 피해여성이 범죄를 당한 장소에 대해 거짓말을 했다는 사실을 알아내고, 찰리는 집뿐만 아니라 사무실이라는 변수를 근거로 또 한번 방정식을 푼다.

‘넘버스’는 영화감독 토니 스콧과 리들리 스콧 형제가 제작한 첫 번째 TV시리즈. 상반기 방영 중 시청률이 10위권에 들었으며 9월부터 시즌2가 시작된다.

리들리 스콧은 ‘블레이드 러너’ ‘에일리언’ ‘델마와 루이스’ ‘글래디에이터’ 등을, 토니 스콧은 ‘탑건’ ‘마지막 보이스카웃’ 등을 만든 감독이다. 이들은 직접 연출을 하지 않았지만 제작 전반에 관여하는 책임 프로듀서를 맡았다.

문화로 읽는 세계사에 나오는 '기사도'

중세 말의 현실은 난폭하고 냉혹하며 잔인했다. 기근과 질병과 전쟁이 곳곳에 만연해 있어서, 사람들은 죽음 앞에 무력하게 무릎을 꿇는 시기였다. 이때가 페스트로 인구의 3분의 1이 사라져 갈 만큼 고통스러운 시기였음을 우리는 잘 알고 있다. 고난으로 가득 찬 이 세상에서 버텨 나가기 위해 무엇보다도 필요한 것은 환상이었다. 그래서 현실을 기사도적 이상으로 환원시킨 것이다.

기사들은 스스로에게 고난을 부여했다. 이 시기는 그래서 서약의 전성시대가 되었다. 기사들은 온갖 괴상한 서약을 했다. 푸아투 지역의 한 기사단은 고귀한 태생의 남녀 연인들의 모임이었는데, 이들은 여름이면 두꺼운 옷과 털 외투, 모직으로 안을 댄 두건 따위를 입고 벽난로에 불을 떄야 했으며, 반면 겨울에는 털이나 모피로 안을 대지 않은 얇은 옷 하나만을 입어야 했다. 살을 에는 추운 날씨에 바닥에 나뭇잎을 깔고 벽난로는 나뭇가지 밑에 숨긴 채 위에선 얇은 홑이불밖에 덮지 않았다. 이런 이상한 행동을 한 것은 금욕적인 고행을 통해 사랑의 힘을 증대 시키겠다는 뜻이었으나, 사랑의 힘이 크게 자라기 전에 이 기사단의 여러 사람들이 그만 얼어 죽었다고 한다. 그러나 어쨌든 이들은 소원대로 사랑의 순교자가 된 것이다.

어떤 영국인들은 프랑스에서 혁혁한 공을 세우기까지는 한 눈으로만 보겠다는 맹세를 하고는 한쪽 눈을 헝겊으로 가리고 살았다. 아비뇽에 갇힌 브누아 13세는 풀려나기 전에는 절대로 면도를 하지 않겠다고 맹세했다. 한 수난 기사단에 입단한 폴란드인은 9년 동안 한 번도 식탁에 앉아 밥을 먹은 적이 없었다. 어떤 기사들은 자신이 정한 임무를 완수할 때까지는 고기를 한입도 먹지 않겠다든지 하루에 빵 세 개만 먹겠다는 식의 맹세를 하기도 했다. 이슬람교도 한 명을 죽이기 전까지는 토요일마다 침대에서 자지 않겠으며, 15일을 계속해서 같은 마을에 머무르지 않겠다는 맹세를 한 사람도 있었다.

기사도 ‘놀이’에는 확실히 사랑이 아주 중요한 요소였다. 기마 시합은 에로틱한 요소들을 분출하는 좋은 기회였다. 기사들은 자기가 사모하는 부인의 베일이나 옷을 걸치고 나오는 것이 관례였다. 또 여인네들은 시합의 열기가 뜨거워지면 몸에 걸친 장신구들을 하나씩 벗어 던졌다. 그래서 마침내 경기가 끝나면 여인들은 머리에 아무것도 걸치지 않고 팔과 어깨마저 소매 없이 맨 살을 드러냈다.

기마 시합은 또 유부녀와 불륜을 벌이기에 가장 적당한 장소였다. 한 대귀족이 주최하는 기마 시합에서 그 귀족의 부인은 자신을 흠모하는 세 기사에게 자기 속옷을 주면서 갑옷 대신 그 속옷을 입고 싸울 수 있는지를 물었다. 두 기사는 거절하지만, 세 번째 기사는 기꺼이 그러겠노라고 답한다. 이 기사는 그런 위험한 상태로 나왔다가 심하게 부상당하여 온몸에 상처를 입는다. 그는 죽어 가면서 피투성이가 된 찢어진 속옷을 귀부인에게 돌려주며 폐회식에서 그 옷을 걸치고 있어 달라고 부탁한다.

책 두권으로 보는 출판, 인쇄...

  야만과 문명 누가 살아남을 것인가?

처음에는 고전 지식을 담은 출판물이 폭발적으로 쏟아져 나왔지만, 그리스어와 라틴어로 된 걸작들을 인쇄하다 보니 그 수에 한계가 있었고, 그 두 가지 중 어느 언어로든 새로운 저작물을 쓸 능력이 되는 저술가는 그리 많지 않았다. 출판사는 라틴어를 되살렸지만, 그것은 죽어가는 언어가 마지막으로 몰아쉬는 숨에 지나지 않았다.
출판 산업은 인쇄소 운영에 필요한 자금을 마련하기 위해 방대한 양의 새로운 저작물을 내놓을 필요가 있었고, 라틴 어로 된 저작물을 더 이상 찾아낼 수 없게 되자 각 지방의 보통 사람들이 일상적으로 쓰는 지방어로 책을 펴내기 시작했다. 출판 산업은 프랑스어, 독일어, 스페인어, 러시아어, 이탈리아어 등의 현대 언어들이 표준화 된 형태로 자리 잡을 수 있게 해 주었다.

출판은 각 나라에 나름의 언어를 만들어 주었을 뿐 아니라 여러 나라에서 여러 가지 다른 형태의 인쇄 양식이 발달하게 해 주기도 했다.
구텐베르그는 처음 책을 인쇄할 때 무거워 보이는 고딕체를 썼는데 이것이 루터의 성경 표준체가 되었고 그 뒤 독일어가 쓰이는 전역에서 표준체가 되었다. 알디네 출판사는 손으로 쓴 글씨와 비슷하게 구부러지고 약간 기울어진 형태의 서체를 사용했다. 이 서체는 출판사 이름을 따서 올더스(Aldine)라는 이름으로 불리게 되었고, 나중에는 이탈리아 인이 출판에 사용한 새로운 지방어를 가리키는 이름인 이탤릭(Italic)이라 불리게 되었다.

  문화로 읽는 세계사

1500년 이전에 인쇄된 책을 인큐내뷸라(incunabula 요람, 시작이라는 뜻의 라틴어 incunabulum)라고 하는데, 그 수가 벌써 2천만 권이 넘었다. 당시 유럽인구가 7천만 명이라는 점과 비교해 보면 인쇄술이 도입된 초기부터 얼마나 많은 책들이 찍혔는지 알 수 있다. 16세기에는 20만 종에 2억권 정도로 추산된다.
인쇄술의 기능으로서 지식의 보급이라는 측면을 이야기했지만, 또 한 가지 중요한 기능이 있으니 그것은 지식의 정확성을 높인 것이다.

중세의 서책 사정을 상상해 보자. 이떄 지식의 중요한 보존 장소는 수도원이었다. 주로 수도사들이 책을 베끼는 일을 담당했는데, 가장 힘든 일 중 하나로 꼽혔다. 따라서 무엇보다 많은 책을 만들 수 없었을 뿐 아니라 아주 심각한 문제가 발생하기도 했다. 사람이 피곤하면 실수를 하게 마련이다. 더 심각한 것은 의도적인 왜곡이다. 수도사들은, 예컨대, 아리스토텔레스의 책을 옮겨 적다가 아무래도 어떤 부분이 성경과 맞지 않는다고 생각하면 스스로 내용을 바꿔 쓰기도 하였다. 이런 일을 두고 양심에 거리끼는 일로 생각하는 것도 아니어서, 도리어 아리스토텔레스 같은 학자에게 자신이 한 수 가르쳐 주었노라고 뿌듯해 했다. 그러다 보니 같은 아리스토텔레스 책이라고 하는데 책마다 내용이 다 달랐다.

우리나라의 인쇄술은 지식의 정확한 보존이라는 측면에서는 무척 공을 들였으나 지식의 보급이라는 점에서는 취약했다. 만일 한글이 알파벳과 같은 형태로 되어 있다면 몇십 종류의 활자만 만들면 되었을 터이나, 글자가 한자식으로 조합되어야 하므로 모든 글자마다 하나씩 활자를 만들어야 했다. 따라서 일찍이 한글 인쇄가 그리 활발하지 못했고, 18세기에 들어서도 필사본으로 문학 작품들이 유통되었다. 그 대신 정확성에 대해서는 지나칠 정도로 철저해서 “한 장에 한 자의 잘못이 있을 때에는 감독관과 조판인이 태형 30대요, 한 장에 한 자의 글자가 너무 검거나 너무 희미한 불량 인쇄일 때에는 인쇄인에게 태형 30대를 가한다”고 했으니 인쇄광의 충원이 어려울 지경이었다.