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우주로의 여행
자오정 지음, 채경훈 옮김 / 시그마북스 / 2024년 12월
평점 : 
이 책은 아인슈타인과 호킹의 이론을 바탕으로 천체 우주 물리학의 주요 내용들을 소개하는 교양과학서적이다.
책의 구성과 내용은 크게 3부분으로 나누어서 20세기 현대 물리학에서 연구된 물리학의 연구 결과들을 소개하고, 아인슈타인의
업적과 연구 이론 결과들을 설명하고, 호킹 중심의 블랙홀 관련 연구 성과들에 대해 총 16개 단원에 걸쳐 이야기한다:
아인슈타인의 광양자설 이후로 광속 불변 원칙하에 상대성 이론이 등장하면서 뉴턴의 절대 시공간의 개념이 해체된다: 동일한 사건이더라도 측정의 기준이 상대적으로 달라지면 전혀 다른 결과값을 얻게 된다. 상대성 이론에 따르면 관측 우주에 보이는 녹색편이 현상이 아닌 적색편이 현상으로 인해 우주 공간은 현재 팽창
중에 있다는 사실을 알려준다. 이때 관측 우주의 암흑공간은 암흑물질과 암흑에너지로 채워져 있다는 개념이
도출되게 된다.
뉴턴 역학을 하나의 무저항 관성 운동으로 해석하는 상대성 이론적 해석은 만유인력의 법칙은 물체의 무게에 의해
왜곡된 시공간 상에서 일어나는 관성운동이라는 특수 상대성 이론이라고 할 수 있다. 고밀도 중성자별이
근접 거리에서 공전하거나 블랙홀이 직접 충돌하는 경우에 발생한다는 중력파의 존재가 관측으로 입증되었다.
일반 상대성 이론을 근거로 도출해낸 구면 대칭 물체의 왜곡된 외부 시공간 공식에서 질량을 고정시키고 부피를 줄이면
초고밀도 상태가 되는데, 반지름의 길이가 특정 거리가 될 때 밀도값이 무한대값이 되고 특이점에서의 시공간
곡률이 무한대인 속성을 갖는다는 것을 알아낸다. 즉, 블랙홀의
존재를 수식으로 계산해낸 것으로 블랙홀의 실제 관측은 1960년대 후반에 이루어진다.
진정한 블랙홀 연구는 스티븐 호킹에 의해 이루어진다:
많은 천재 물리학자들의 연구 업적과 내용이 소개되는데, 특히 2명의 물리학자 아인슈타인과 호킹에 관해서 교육 과정을 소개하기도 한다:
알버트 아인슈타인은 대학 입학 성적 1등이었지만 지도교수와의 관심분야의
차이로 인해 재학 기간 내내 학교 수업은 등한시하는 한편 자신이 독학한 독일 물리학 서적의 내용을 바탕으로 물리학과 실험실에서 혼자 실험을 통해
독학하면서 낙제를 겨우 면하고 졸업하게 된다. 천재 물리학자인 아인슈타인도 졸업 후에도 물리학과 실험
조교로 채용되지 못하고 2년 동안 백수로 지내다 대학 친구와 친구 아버지의 도움으로 겨우 스위스 베른
특허청에 말단 특허 심사관으로 입사하게 된다. 문제는 아인슈타인이 특허청에 입사한 이후 3년 안에 엄청난 물리학 논문 9편을 쏟아냈다는 점이다:
스티븐 호킹은 평범한 중고등 학창시절을 보내고 과학교사의 영향으로 옥스퍼드대학 물리학과에 진학하지만 학부기간
내내 수업에 게을리하다가 졸업 학년이 되어서야 천체물리학에 관심을 갖게 되어 케임브리지 대학원에서 석박사 과정을 이수하게 된다. 호킹 자신이 원하는 지도교수와 자신의 관심분야와의 깊은 거리 때문에 원하지 않는 지도교수 밑에서 대학원 과정을
보내게 된다. 호킹의 업적은 블랙홀 연구인데, 블랙홀 모형에서
유일한 시간의 시작점과 중력붕괴 시에 시간의 종료점의 존재한다는 특이점 정리와 블랙홀의 표면적 온도 변화에 따른 블랙홀 외부와 내부가 전혀 다른
성질을 가진다는 블랙홀의 양에너지 분출입자인 호킹 열복사 현상을 발견한다.
저자는 중국 베이징 사범대학 물리학과 자오정 교수이다.
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우주 공간을 비행하는 우주선이나 블랙홀에 관한 주제를 다루는 학문 분야가 우주 천체물리학으로 어렵고 난해한 학문으로
알려져 있다. 그래서인지 수많은 연구자들이 연구하고 있고 다양한 연구 결과와 주장들이 쏟아지고 있다:
가장 최근에 인기있는 주제는 아마 블랙홀일 것이다: 블랙홀의 외부적인
모양이나 특징 같은 것들은 이미 [인터스텔라]같은 영화를
통해 대중들에게 알려져 있지만, 블랙홀 내부와 블랙홀의 운명에 관한 것들은 아직까지 여러 모델과 주장들이
제시되고 있다.
여기에 전통적인 주제는 공상과학 소설과 영화의 소재인 [시간여행]일텐데 이것 또한 아인슈타인의 상대성 원리와 관련이 있다: 광속보다
빠른 속력을 낼 수 없고 열역학 법칙을 거스를 수 없이 왜곡된 시공간의 비가역적 이전 상태로의 전이가 불가능하다는 것이 다수 물리학자들의 의견이다.
또 한가지 재미있는 점은 호킹이 착안했던 빅뱅모형과 블랙홀, 화이트홀
사이의 연관성인데, 킵손을 비롯한 저명 물리학자들이 내놓은 모형과 주장의 기원이 되는 부분이란 점에서, 호킹의 위대함이 느껴진다.
개인적으로 흥미로운 내용은 아무래도 2명의 천재 아인슈타인과 호킹의
학창 시절의 교육 과정 부분이다: 어쩌면 그토록 짧은 시간 안에 평범한 학생에서 눈부시게 창의적인 생각을
발휘하게 되는 연구자로 변신되었는지 풀리지 않는 미스터리이지만, 일관된 공통점은 철저하게 교수나 외부의
도움보다는 스스로의 강한 동기로 인해 성과를 이루어냈다는 점이 아닐까 생각해본다.
전반적으로, 천체물리학의 주요 내용에 관한 핵심적으로 설명하는 교양과학서적이라는
생각이 든다.