천체 물리학 : 융합과 발전

스티븐 호킹의 우주
데이비드 필킨 지음, 동아사이언스 옮김, 스티븐 호킹 감수 / 도서출판성우 / 2001년 2월

<스티븐 호킹의 우주>는 천체 물리학의 역사를 정리한 개론서다.

스티븐 호킹의 우주론(무경계 우주론)을 설명하기 위해 고대 그리스부터 책이 쓰여진 1997년까지의 이론을 사진과 그림으로 쉽게 정리했다. 

스티븐 호킹은 수식을 제외한 대중친화적인 저술로 유명하다. 이 책의 저자 데이비드 필킨 역시  스티븐 호킹의 뜻을 충분히 살려 아인슈타인의 유명한 공식 E = mc2 을 제외하고는 수식을 사용하지 않는다. 그리고, 친절한 그림과 중간의 아름다운 밤하늘의 별 사진을 통해 중도에 포기하려는 독자들을 완독(完讀)의 길로 이끈다.

물리학에 대해서는 잘 알지 못하기 때문에 여러 입문서를 읽었는데, 이 책의 두드러진 특징은 '물리학에 끼친 여러 학문'들의 영향이 잘 나타난다는 점이라 생각된다. 비교적 최근까지 강조되어온 '융합(融合)'이 우주의 기원과 형성을 연구하는 천체 물리학에 어떤 영향을 미쳤는지 잘 정리되어 있다.

1. 신학(神學) : 기독교

중세 기독교 교회는 창조론에 맞는 우주관의 정립이 필요했다. 그래서, 지구를 중심으로 한 프톨레마이오스의 우주관을 받아들이되, 천동설을 부정한 갈릴레오의 이론은 단죄받게 되었다. 역설적이게도, 갈릴레오에게 영향을 주었던 과학자 코페르니쿠스는 폴란드의 신부였다. 비록 갈릴레오는 자신의 주장(지동설)을 철회했지만, 그가 제기한 '행성 궤도의 문제'는 교회의 숙제로 남겨지게 되고, 이 문제는 '뉴턴의 운동 법칙'을 통해 일시적으로 해결된다. 약 200년 동안 받아들여지던 뉴턴의 우주론은 '프라운 호퍼 선'등의 발견으로 인해 붕괴되고, 이후 신학은  물리학과 큰 관계를 맺지 못했다. 20세기에 들어 르메트르 신부가 주장한 '빅뱅(Big Bang)'이론을 통해 우주의 기원 설명하는 이론과 창조론을 결합시키게 된다.

2. 화학

드미트리 멘델레예프는 원소를 주기율표에 배열하는 방법을 발견하여, 물질의 본질과 원소들의 연관 관계를 밝혔다. 이를 통해 초기 우주에 생성된 두 원소 수소와 헬륨이 어떻게 발전되었는가에 대한 실마리를 풀어갈 수 있었다. 퀴리 부부가 발견한 방사능 원소(폴로늄, 라듐)으로부터 러더퍼드는 화학 원소간 변성이 일어날 수 있음을 발견했고, 원소에서 에너지로 변환될 수 있음을 발견한다. 이러한 화학 부분에서의 성과를 통해 우주의 진화에 대해 설명할 수 있게 되었다.

3. 생물학

생물학의 진화론이 주요 개념 중 하나가 '적자생존'이다. 리 스몰린은 적자생존의 개념을 통해 린데의 '다중우주'문제에 접근하는 해결책을 제시하고자 했다. 

4. 기타 : 수학, 전기학, 컴퓨터공학 등

이외에도 뉴턴은 수학을 통해 '중력의 법칙'을 증명했으며, J.J 톰슨의 전기학 연구를 통해 전자의 흐름을 입증했다. 그리고, 전자의 흐름을 발전시켜 현대의 입자 가속기를 만들 수 있게 되었다. 광학을 통해 성능 좋은 망원경을 만들어 더 많은 별과 성운들을 발견할 수 있었고, 컴퓨터의 발전을 통해 'M이론'의 11차원에 이르는 수만개의 방정식을 풀어갈 수 있게 되었다.

위와 같은 내용이 <스티븐 호킹의 우주>에 시기별로 정리되어 제시되기 때문에, 이 책을 통해 많은 학문분야가 서로 융합되어 발전되어 왔음을 파악할 수 있었다. 또한, 이 책에서는 이러한 학문 간 연관관계를 파악하는 이외에도  고대 그리스의 에라토스테네스의 지구 크기 측정 부터 최근의 초끈이론, M이론까지를 폭 넓게 다루고 있다. 마치 예전 고등학교 때의 <사회과부도>처럼 많은 그림과 사진으로 쉽게 구성되어 있다.  <스티븐 호킹의 우주>는 현대 과학간 연관관계와 천체물리학의 직관적인 이해를 도와준다는 점에서 초보자들에게 매력적인 입문서라 생각된다.