매력적인 천체 우주 물리학으로의 여행

우주로의 여행
자오정 지음, 채경훈 옮김 / 시그마북스 / 2024년 12월

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.

---

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.

학습의 핵심 원리와 실천 방법

학습의 재발견 - 무엇이든 더 빠르게 배우는 사람들의 비밀
스콧 영 지음, 정지현 옮김 / 비즈니스북스 / 2024년 12월

이 책은 학습을 통해 이루어지는 발전 과정과 효율적인 학습법, 학습의 원리에 관해 이야기하는 교육개발서적이다.

책의 구성과 내용은 크게 3가지 학습 요소(관찰; 연습; 피드백)을 기준으로 3부분으로 나누어서 각 부분별로 구체적인 학습 원리와 효율적인 실천 방법들에 대해 총 12개 단원에 걸쳐 설명하고 소개하고 있다:

저자가 말하는 학습의 기본 3원칙은 보기(see), 연습하기(do), 피드백받기(feedback)이다:

본다는 것은 잘하는 모범 사례를 관찰함으로써 일종의 패턴화를 만드는 것을 의미하지만, 무작정 남을 따라한다는 것이 아니라, 스스로의 문제 해결 시도를 통해 일종의 직관적인 능력을 키우는 것이 주요 목적이라는 것이다.

물론 본다는 것이 물론 남들이 하는 것을 먼저 보는 행위를 뜻하지만, 단순한 수동적 따라하기에 그치지 않는다. 저자가 요구하는 수준은 전체적인 동작을 하나로 숙달하여 완전히 몸으로 체득하는 것이다. 어느 정도 반복적인 시행을 한 이후에는 독자적으로 가변성을 시도함으로써 새로운 것으로의 창의성이 발현되는 계기다 된다.

어떻게 보면 앞의 2개의 과정 보고 실제로 시행해보는 것은 학습자 측면에서 해야 하는 일인 반면에, 학습자의 결과나 과정에 대해 평가와 조언을 받고 교정으로 이루어지는 피드백 과정은 주변의 도움이 필요한 부분이다. 물론 주변에 조언자가 없다면 풍부한 실전 사례들을 활용하는 것도 도움이 된다.

저자는 베스트셀러 [울트라 러닝]의 저자이자 교육콘텐츠 사업가인 스콧 영이다.

---

이미 학습 방법론의 베스트셀러 [울트라 러닝]의 저자로서 유명하지만, 저자의 특이한 배경으로도 유명하다: MIT대학에서 공개 강좌로 운영하는 컴퓨터과학 학과 교육과정을 1년만에 독학으로 정상 이수한 경력을 가지고 있다는 점에서 무엇인가 비범한 학습 방법론이 있음을 짐작케 한다.

이 책은 학습의 방식이나 작동 원리, 효율적 결과를 위한 방법 등, 그야말로 학습의 모든 것들에 관해, 특히 빠르고 올바른 학습에 관한 것들을 이야기하고 있다.

학습 방법은 여러가지가 있고, 어느 한가지만이 정답은 아닐 것이다. 특히 혼자서 학습하는 방법 또한 그렇겠지만, 성공적인 학습법이 가지는 공통적인 학습 이론과 원리가 있다면, 적용해볼 만한 가치가 충분하다고 본다.

저자가 소개하는 학습법은 일반론적 성격이 강하지만, 특화된 분야에 적용하여 활용하기에는 구체적인 절차와 사례들이 많이 소개되어 있어서 유용하게 느껴진다.

전반적으로 보면, 학습원리와 학습 방법에 관해 이론부터 실천까지 총체적으로 설명해주는 학습개발 서적이라는 생각이 든다.

재미있는 바다 생물 이야기

바다의 천재들 - 물리학의 한계에 도전하는 바다 생물의 놀라운 생존 기술
빌 프랑수아 지음, 발랑틴 플레시 그림, 이충호 옮김 / 해나무 / 2024년 12월

이 책은 바다 생물들이 물에서 작동하는 행동들을 물리학적 관점에서 바라본 이야기들을 담은 교양과학서적이다.

책의 구성과 내용은 해양 생물들의 다양한 행동들을 대상으로 9가지 주제로 묶어서 물리학적인 분석을 통해 원리와 특징들을 이야기하고 있다:

-참다랑어나 개복치의 몇 센치밖에 안되는 치어가 수천 km를 헤엄쳐 산란지로 찾아간다.

-다랑어와 돌고래가 꼬리 지느러미 모양만 다를 뿐 근육이나 추진력을 생성하는 원리는 동일하다.

-다랑어가 하는 무리생활은 생존 차원의 원인 이외에도 헤엄과 관련된 에너지 소비 절약과 물리적 인력의 원리가 숨어 있다. 심지어 물고기끼리는 물고기의 무늬와 이동 속도와 위치를 인식 가능하다.

-400m이상으로 잠수가 가능한 포유류 동물인 고래의 잠수 능력은 이중 기능의 순환호흡기관에서 나온다.

-생태계적으로도 중요한 고래의 먹이가 되는 크릴 새우이지만 기후환경 면에서 조류 식물의 광합성 작용에 필요한 이산화탄소를 배출하는 중요한 역할을 한다.

-연어나 송어처럼 강과 바다 사이를 회귀하는 어종에게는 강과 바다 물의 염도 차이를 조절하도록 세포에 삼투압 기능이 있다.

-바닷물 수면을 뚫고 공중으로 날아오르는 날치는 물의 표면 장력뿐만 아니라 지구의 중력까지도 초월하는 속도를 낸다.

-부리가 긴 지느러미발 도요새는 물을 마시는 것이 아니라 물방울 수준으로 꿀꺽꿀꺽 삼킨다.

-바다를 횡단하여 장거리 비행가능한 앨버트로스는 다리가 짧아 걷기 불편해서 육지에 착륙하는 것을 싫어하고 바다 바람의 양력을 동력삼는 비행술을 이용한다.

-100톤이 넘는 몸무게를 가진 포유류 고래가 살 수 있는 서식지 환경은 극지방이 될 수밖에 없다.

-600볼트까지 전기가오리가 만들어내는 전기는 가오리의 근육 세포의 활동에 의해 발생된다.

-자연발광하는 어류는 자신의 세포에서 발광시킬 수 있지만 발광 세균을 통해서 만들 수 있다.

-자신의 몸색깔이나 무늬를 색상세포를 통해 바꾸는 어류의 메커니즘은 다양하다: 문어의 경우 뇌세포를 이용하고, 만새기는 호르몬을 통해 이루어진다.

-조개 껍데기가 만드는 기하학적 무늬는 세포들이 연결된 상태에서 화학적 커뮤니케이션을 통해 색소 활동을 수행하는 결과물이다.

-칠성장어처럼 바다 속에서 자외선이나 적외선을 감지하는 능력 이외에도 상어처럼 물고기의 움직임이 만들어내는 파동을 감지하는 능력도 있다.

-유리해면이 만드는 유리 산호초는 성분과 구조 덕분에 광섬유와 동일한 기능을 한다.

저자는 프랑스의 생물물리학자 벨 프랑수아이다.

---

가끔가다 tv프로그램에서 보여주는 다양한 해양 생물들이 보여주는 신기한 행태나 모습들을 보고 있으면 어떻게 저럴 수가 있지? 하는 궁금한 생각이 들 때가 많다.

이 책에서 다루는 다양한 바다 생물들의 행태에는 물리학적인 원리와 생물학적인 이유에 의한 일종의 습관으로 생성되어버렸다 사실이 숨겨져 있음을 깨닫게 된다: 포식자의 공격을 피하거나 방어하기 위한 기초적인 생존 본능에 의해서나, 역시 마찬가지로 목숨을 걸고 종족 번식 활동에 임하는 모습을 보면 과연 생물들에게 지능이 없다는 이야기가 맞나 하는 생각도 해보게 된다.

개인적으로는 대부분의 내용들이 새롭고 신기한 내용이라 매우 흥미롭게 읽을 수 있었다.

전반적으로 잘 알려지지 않았던 바다 생물들의 행태와 모습에 관한 과학적 분석을 통해 숨겨진 원리와 이야기들을 전해주는 교양과학서적이라는 생각이 든다.

숨겨진 곤충의 매력적인 세계

숨겨진 세계 - 보이지 않는 곳에서 세상을 움직이는 곤충들의 비밀스러운 삶
조지 맥개빈 지음, 이한음 옮김 / 알레 / 2024년 12월

이 책은 잘 알려지지 않았던 곤충들의 삶과 생태, 그리고 인간과의 연관성에 대해 이야기하는 교양과학서적이다.

책의 구성과 내용은 8개 단원에 걸쳐 곤충의 다양한 삶과 특징에 관해 이야기하고 있다:

-인류의 역사가 5천년에 비해 곤충의 역사는 5억년이다.

-곤충의 먹이는 지방, 탄수화물, 단백질 영양소라는 점에서 인간과 일종의 먹이 경쟁상대로 볼 수 있고, 다른 종류의 곤충을 포식하기도 한다. 특이한 점은 동식물의 사체, 특히 부패되기 시작하는 사체를 먹이로 삼기도 한다.

-곤충은 자외선과 적외선을 감지할 수 있고, 달빛과 별빛을 이용해 방향을 인지할 수 있다.

-아주 작은 총채벌처럼 독특한 날개짓을 이용한 비행원리는 헬기의 구조와 항공역학으로는 설명할 수 없다.

-생태 피라미드의 기반이 되는 식물이 의지하는 토양은 바로 곤충들의 활동으로 인해 자양분과 박테리아가 서식하게 되는 환경이 된다.

-곤충의 짝짓기 방식은 다양하다: 파리처럼 먹이 근처를 계속 날아다니며 배회하거나, 페르몬 향기를 이용하는 나방, 소리로써 유혹하는 딱정벌레나 귀뚜라미 매미가 있고, 불빛으로 유혹하는 반딧불, 특이한 것은 빈대는 일방적으로 정자를 주입하는 방식도 있고, 망고파리나 두꺼비금파리처럼 숙주에 살을 파고 알을 낳아 번식시키는 방식도 있다.

-곤충은 알에서 태어나 유충과 성충을 거쳐 생을 마감하는 생애주기를 갖는다.

-곤충은 인간을 포함한 동식물에 병균을 직접 옮기는 중간매개체 역할을 한다.

-곤충의 유충은 인간에게 유용한 식량 재원이 되기도 한다.

-곤충과 식물 사이에서 벌어지는 포식과 방어의 경쟁 속에서 중간자적인 입장인 인간에서 벌레퇴치용 식물의 효능 덕분에 이득을 얻을 수도 있다.

-현재 가장 큰 문제는 곤충종이 감소됨으로 인해 동물과 식물의 다양성도 감소하게 되고 생태계 먹이사슬 관계가 소멸되어, 결국 자연 환경의 파괴적 불균형이 되어 인간에게 자연적 재해로 나타나게 된다는 점이다.

7명의 곤충학자와의 인터뷰 내용도 함께 실려 있다.

저자는 영국의 생물학자 조지 맥개빈 학자이다.

---

수많은 곤충학자나 생물학자들이 전망하는 것은 비록 지구 상에서 인류는 멸종될지언정, 곤충은 사라지지 않고 지구의 운명과 함께 할 것이라는 의견이 지배적이다: 그만큼 강력한 생존력과 활동은 지구 생태계에서 어느 생물종보다 뛰어나다는 것을 의미하는 말일 것이다.

이 책에 소개되는 숨겨진 곤충의 세계를 통해 곤충이 가지는 생태계에서의 역할의 중요성에 비해 그동안 인간과 인간 사회는 너무 무관심했고 무시해왔다는 반성아닌 반성을 해보게 된다: 

요즘들어 무분별한 개발로 자연 대지가 인간 주거지역이나 생산지역으로 바뀌게 되면서, 어쩔 수 없이 기존의 자연 생태 환경이 곤충을 비롯한 여러 동식물들을 멸종시키는 방향으로 진행된다는 점에서 커지는 환경 위기감을 느끼게 된다: 특히, 여름과 겨울에 발생하는 자연 재해에 가까운 홍수나 눈사태에 이어 갑작스러운 곤충이나 동물들의 집단 출현이나 집단 폐사 현상을 보면 더욱 경각심을 갖지 않을 수 없게 된다.

전반적으로 보면, 숨겨져 있던 곤충의 놀라운 세계와 매력을 소개해주는 교양과학서적이라는 생각이 든다.

안정적인 주식 투자 초보자를 위한 안내서

주린이도 술술 읽는 친절한 배당투자 ㅣ 주린이도 술술 읽는 친절한 시리즈
안혜신.김인경 지음 / 메이트북스 / 2024년 12월

이 책은 초보자를 대상으로 배당 수익을 얻기 위한 투자 개념과 기법을 설명하는 금융 투자서적이다.

책의 구성과 내용은 크게 3부분으로 나누어서 배당투자의 개념과 배당 투자의 핵심과 투자 사례들, 그리고 배당투자 수익을 위한 투자방법에 관해 총 9개 단원에 걸쳐 서술하고 있다.

저자는 이데일리에서 근무중인 안혜신과 김인경 기자이다.

---

일반적으로 재테크 수단으로 주식투자는 은행 예금이나 적금보다는 상대적으로 위험한 투자 방식이라는 인식이 강하다. 주식투자의 위험 요인은 투자 원금의 손실 부분에 대한 두려움이 크기 때문일 것이다.

그러나, 만약 투자 원금의 손실 가능성이 거의 없고, 대신, 은행 예금이나 적금의 이자 수령액보다는 높은 수익을 얻을 수 있는 주식투자 방법이 있다면 어떨까?

배당 투자가 바로 그런 주식 투자 방식이며, 이 책에서 다루는 주된 주제이기도 하다: 배당투자 원리, 배당주 etf, 미국 배당주식과 미국 배당주 etf, 채권, 제안하는 배당 투자 기법, 배당 절세를 위한 ISA와 IRP 활용.

배당의 개념이 기업이 최근 1년 동안 벌어들인 수익 중에서 일부 현금을 주주에게 지급하는 것으로, 기업의 경영 활동이 충분한 흑자를 낸다는 증거로써 사용되기도 한다: 배당금을 지급하는 기업을 대상으로 주식투자를 하는 것이 요컨대 배당 투자의 개념이다.

물론 배당금 지급만으로 투자 대상이 될 수 없고 추가적인 경영관련 재무지표들을 확인하는 것이 필요한데, 이것은 일반적인 주식투자에서 우량기업을 선정하는 과정의 절차와 비슷한 부분이다.

개인적으로 흥미로운 부분은 배당투자를 중심으로 하는 펀드와 ETF상품에 투자하는 방식이다. 게다가 최근에 도입된 개인 종합자산 관리계좌(ISA)와 개인형 퇴직연금 제도(IRP)를 활용해 배당투자하며 절세효과까지 얻는 방법도 흥미로운 내용이다.

또 한가지, 저자가 제안하는 시드 머니와 분산투자 방식은 주식 투자 초보자에게 매우 필수적이고 효과적인 조언이라는 생각이 든다.

전반적으로 보자면, 멀게만 느껴지는 배당투자가 투자실패에 대한 두려움을 낮추어 도전해볼 수 있는 주식투자 방식임을 안내해주는 재테크 서적이라는 생각이 든다.