‘시각화를 통한 명쾌한 이해’를
가장 잘 적용한 우주론

과학 단행본의 편집에 있어 가장 중요한 것 중의 하나는 독자와의 눈높이 맞추기라고 할 수 있다. 그렇지 않아도 ‘과학은 어렵다’는 인식을 가지고 있기 때문에 늘 화두는 ‘어떻게 하면 과학을 좀 더 쉽고 재미있게 전달할 수 있을까’ 하는 것이었다. 하지만 과학이라는 것이 원래 이론적인 데다 그 배경이 되는 물리학적, 화학적 지식이 없으면 핵심 논리를 이해하기가 쉽지 않다. 결국 ‘과학의 대중화’라는 말에는 어느 정도 모순이 있을 수밖에 없다.
특히 최첨단 과학이론으로 갈수록 이러한 현상은 더욱 심화된다. 우주론은 그중에서도 가장 광범위하고 가장 추상적인 개념이 동원되는 학문이다. 인간의 상상력으로는 도저히 가늠할 수 없는 범위를 다루는 데다가 우주를 상대로 직접적인 실험을 해볼 수 없다는 점도 우주론을 더욱 어렵게 만든다.

말하고자 하는 내용이 복잡할수록 말로만 전달하기보다는 직접 그림을 그려서 분류하고, 표로 만들어보는 ‘시각화’를 하면 내용을 명쾌하게 이해할 수 있을 때가 많다. 《친절한 우주론》은 이제까지 나온 우주론 관련 서적 중에서 사진과 그림, 도표를 가장 많이 활용한 책이다. 거의 모든 이론을 설명할 때 그림으로 이해를 돕고 있으며 복잡한 수학적 연산은 그래프와 도표를 활용해 설명한다. 그런 점에서 이 책은 ‘시각화를 통한 명쾌한 이해’를 가장 잘 적용한 우주론이라고 할 수 있다. 과거에 ‘어려운 과학’, 특히 ‘우주론’과 관련해서 머리가 지끈거릴 정도로 책과 씨름해본 사람들이라면 반드시 일독해볼 것을 권한다.

아마도 이 책을 덮을 즈음에는 우주의 탄생부터 현재와 미래의 모습까지 파노라마처럼 머릿속에 그려질 것이다. 뿐만 아니라 조금만 곱씹으며 읽는다면 누군가에게 ‘우주론이란 말이야~’ 하고 설명해주는 기쁨도 느낄 수 있을 것이라 확신한다. - 편집자의 글 -


● 초신성 폭발을 조사하면 우리는 우주의 거리 측정뿐만 아니라 어느 정도의 속도로 멀어지고 있는가 하는 우주 팽창에 대해서도 알 수 있다. 어째서일까? 빛은 파동이기 때문에 광원이 되는 초신성이 멀어지면(파장이 늘어져서) 빨갛게 보이고 가까워지면(파장이 줄어들어) 파랗게 보인다. 초신성의 본래 색깔은 추측할 수 있기 때문에 우리는 그 색이 어떻게 보이는가를 지구에서 관측하는 것만으로 초신성이 우리에게서 멀어지는 속도를 계산할 수 있는 것이다.
(소리의 파동을 예로 들어 보자. 구급차가 가까워질 때는 소리가 높게 들리고 멀어지면 소리가 낮게 들린다. 본래의 소리가 가진 높이를 알고 있으면 사이렌 소리가 어떻게 들리는가에 따라서 구급차의 속도를 알 수 있는 것이다.) - 〈 4.2 초신성이 밝히는 우주의 비밀 〉 중에서

● 그러나 우주 끝까지 간다고 해서 우주가 끝나는 것은 아니다. 놀랄만한 사실은 푸앵카레 12면체의 가장자리에 도달하면 빛도 물질도 다른 면에서 되돌아와 버린다는 것이다. 이것을 시각화하는 가장 간단한 방법은 2차원의 원통 모양 우주를 떠올리면 된다. 원통이 무한대로 길면 그것은 2차원적으로 평탄한 무한히 큰 우주가 되는 것이다. 그러나 그 원통이 미묘하게 굽어 있어서 어느 한계까지 이르면 원래의 자리로 되돌아와 버린다면? 당신은 유한한 크기의 도넛과 같은 우주에 살고 있다는 것이다! - 〈 4.10 대우주의 지도를 만들다〉 중에서

● 아인슈타인의 일반상대성이론에서는 특이점이 반드시 생길 수밖에 없다는 매우 어려운 내용을 증명한 사람은 스티븐 호킹과 로저 펜로즈이다. 그 이전인 1963년에는 러시아의 물리학자 이브게니 미하일로비치 리프시츠와 이사크 M. 할라트니코프가 인위적인 가설을 토대로 대칭성이 높은 우주에서만 특이점이 생기며 실제 우주에서는 복잡하기 때문에 특이점이 생기지 않는다고 주장하기도 했다. 예컨대 이들의 주장은 ‘우주의 시작은 없다’는 것이다. 그 후 1965년에 호킹과 펜로즈는 그 주장이 잘못된 것이며 특이점은 상대성이론에서 피할 수 없는 문제임을 수학적으로 증명하였다. - 〈 7.3 무서운 특이점 〉 중에서

● 오래전부터 우주의 탄생에 관한 문제는 철학자와 과학자, 종교학자 모두에게 골칫거리였다. 현대 물리학과 우주론에서도 예외는 아니다. 시작도 없이 우주는 영원히 계속되고 있다는 프레드 호일의 정상우주론도 이 고민으로부터 벗어날 수 있는 하나의 방법이기는 하지만, 빌렌킨은 ‘어차피 탄생된 것은 탄생된 것이니까 태도를 바꾸면 되지 않을까?’ 하고 생각했다. 탄생되기 전에는 아무것도 없었기 때문에 결국 우주는 ‘무’에서 탄생되었다는 것이다.
- 〈7.7 사건의 진상은 ‘무의 세계’〉 중에서