유쾌한 천문학자들 - 에피소드로 읽는 천문학의 역사

인류 최고의 지성들이 밝혀낸
이 세상에서 가장 크고, 재미있고, 경이로운 우주의 비밀
철학이 ‘나는 누구인가’를 묻는다면,
천문학은 ‘나는 어디에 있는가’를 묻는다

오늘날 우리가 가지고 있는 우주에 관한 모든 지식은 최소한 지난 1만 년 동안 인류 최고의 지성들이 일구어낸 결실이라 할 수 있다. 20만 년 전 지구 행성에 최초로 등장한 인류는 자신들이 딛고 있는 땅덩어리는 부동의 자세로 세계의 중심에 굳건히 박혀 있으며, 하늘은 신이 만든 하나의 뚜껑으로 인식했고, 거기에 무수히 많은 별들이 박혀 있는 거라고 생각했다. 인류 최초의 천문학자들은 이것에 천구(天球/celestial sphere)라는 이름을 붙여주었다. 물론 태양과 달 역시 천구에 박혀 있는 그 무엇이었다. 그 둘이 밤하늘의 여느 별들과 다른 점은 나약한 인간의 삶에 결정적인 영향을 끼치는 존재로서, 그것을 ‘신’이라 생각하기도 했다는 점이다. 지구상의 수많은 원시 종족들의 신화 속에 숨쉬는 태양신, 달의 신은 그렇게 창조된 것이다. 많은 문명권에서 천문 현상은 신의 현현顯現으로 받아들여졌다. 그런 후 오랜 우주의 시간, 아니 찰나의 우주 시간이 흘렀다. 그동안 지구상에 살다 간 수많은 현자들은 그 빛나는 지성으로 우주의 비밀들을 하나하나씩 벗겨냈다. 그 결과, 지금 인류가 살고 있는 우주의 모습은 어떤 것일까?

먼저, 우리가 살고 있는 이 지구는 우주의 중심은커녕 심지어 가장자리도 아니라는 사실을 알게 되었다. 이 우주에는 중심이란 것 자체가 존재하지 않으며, 태양은 무수히 많은 별들 중 평범한 작은 별에 지나지 않는다는 사실도 알았다. 또한 영원히 반짝일 것으로 믿었던 별들 역시 우리 인간처럼 생, 로, 병, 사를 거쳐 이윽고 사라지는 덧없는 존재라는 사실도 알게 되었다. 그러나 별은 죽어서 자기 몸을 우주로 뿌리고, 또 그 별먼지들이 모여서 새로운 별로 탄생하는 윤회의 길을 걷는다. 그뿐인가? 우주 역시 우리처럼 생일을 갖고, 지금 이 순간에도 빛의 속도로 팽창하며, 원자 알갱이 하나도 한자리에 머무는 법이 없는 일체무상의 대우주다. 따라서 우리가 오늘 사는 이 우주는 어제의 우주와 다르며, 또 내일의 우주와도 같지 않은 것이다. 지구의 모래알보다 많은 무수한 별들이 피고 지며 명멸하는 이 광막한 대우주 속에서, 그렇다면 우리 인간은 무엇일까? 나는 누구일까? 우주와 인간, 나와 우주는 어떤 끈으로 서로 묶여 있는 관계일까?― 이 같은 의문은 인류 최고의 지성들이 걸어간 우주로의 길을 따라가면서 이 책의 마지막 장을 덮을 무렵 각자 나름대로의 답을 얻을 수 있으리라 믿는다.

[목 차]

ㆍ 머리말 | 세상에서 가장 큰 이야기 004

01. 별자리를 만든 이름 없는 고대인들 | 양치기 천문학자들
02. 별을 보다가 우물에 빠진 천문학자 | 탈레스
03. 우주론의 아버지 | 아낙시만드로스
04. ‘만물의 근원은 수’이다 | 피타고라스
05. ‘빵’에서 원자를 본 고대의 천재 | 데모크리토스
06. 고대 그리스의 천동설을 완성하다 | 아리스토텔레스
07. 인류 최초로 지동설을 싹틔우다 | 아리스타르코스
08. 막대기와 각도기로 지구의 크기를 측정하다 | 에라토스테네스
09. 별에다가 계급장을 붙인 천문학자 | 히파르코스
10. 지구중심설의 결정판, 『알마게스트』 | 프톨레마이오스
11. 하늘과 땅을 맞바꾸다 | 코페르니쿠스
12. 하늘이 내린 최고의 천문 관측가 | 튀코 브라헤
13. 우주에 이정표를 세우다 | 요하네스 케플러
14. 천상세계의 문을 열어젖히다 | 갈릴레오 갈릴레이
15. 우주의 작동 원리를 찾다 | 아이작 뉴턴
16. 핼리 혜성을 발견하다 | 에드먼드 핼리
17. 지구에서 태양까지의 거리를 잰 남자 | 조반니 카시니
18. 음악가에서 천문학자로 변신하다 | 윌리엄 허셜
19. 종이와 연필로 발견한 해왕성 | 애덤스 & 르베리에
20. 최고의 철학자가 밝혀낸 태양계 탄생의 기원 | 임마누엘 칸트
21. 지구에서 별까지의 거리를 재다 | 프리드리히 베셀
22. 별을 해부한 사람들 | 프라운호퍼 & 키르히호프 & 허긴스
23. 별의 일생을 추적한 두 남자 | 헤르츠스프룽 & 러셀
24. 노벨상 수상을 앞두고 타계한 비운의 여성 천문학자 | 헨리에타 리비트
25. 빛의 정체를 밝혀낸 사람 | 패러데이 & 맥스웰
26. 우주는 휘어져 있다 | 아인슈타인
27. ‘별의 죽음’을 사색한 남자 | 찬드라세카르
28. ‘어제가 없는 오늘’ 일어난 빅뱅 | 조르주 르메트르
29. 과학사 최대의 발견, 우주는 팽창하고 있다! | 에드윈 허블
30. ？별이 반짝이는 이유를 최초로 알아낸 남자 | 한스 베테
31. 빅뱅 이론에서 원소들을 뽑아내다 | 조지 가모프
32. 암흑물질을 잡은 남녀 | 츠비키 & 루빈
33. 휠체어에서 우주를 가장 멀리 본 남자 | 스티븐 호킹

ㆍ 연표 | 우주 달력(The Cosmic Calendar)

[본 문]

별은 죽어서 자기 몸을 우주로 뿌리고, 또 그 별먼지들이 모여서 새로운 별로 탄생하는 윤회의 길을 걷는다. 그뿐인가? 우주 역시 우리처럼 생일을 갖고, 지금 이 순간에도 빛의 속도로 팽창하며, 원자 알갱이 하나도 한자리에 머무는 법이 없는 일체무상의 대우주다. 따라서 우리가 오늘 사는 이 우주는 어제의 우주와 다르며, 또 내일의 우주와도 같지 않은 것이다. 지구의 모래알보다 많은 무수한 별들이 피고 지며 명멸하는 이 광막한 대우주 속에서, 그렇다면 우리 인간은 무엇일까? 나는 누구일까? 우주와 인간, 나와 우주는 어떤 끈으로 서로 묶여 있는 관계일까?- 이 같은 의문은 인류 최고의 지성들이 걸어간 우주로의 길을 따라가면서 이 책의 마지막 장을 덮을 무렵 각자 나름대로의 답을 얻을 수 있으리라 믿는다.
-「머리말, 세상에서 가장 큰 이야기」 중에서

오늘날 우리는 수학과 과학은 서로 분리될 수 없을 정도로 밀접한 관계에 있다고 생각한다. 많은 과학이론들은 수학을 이용해서 표현되며, 과학적 사실들을 표현하기 위해서 다양한 수학이론들이 고안되기도 한다. 이런 밀접한 관계는 한 가지 사실을 가정하고 있다. 우리 세계는 수학적으로 질서 있고 조화로우며, 따라서 수학적으로 표현될 수 있다는 것이다. 피타고라스주의자들은 바로 이 점을 역사상 최초로 파악한 사람들로서, 그들은 또한 별과 행성들 역시 어떤 수학적인 공식에 따라 움직인다고 주장했는데, 이 놀라운 통찰은 후세에 전해져 코페르니쿠스와 케플러에 의해 지동설을 확립하는 데 디딤돌이 되었다.
-「 ‘만물의 근원은 수’이다」 중에서

아리스토텔레스의 동심원과 프톨레마이오스의 이심원만으로도 별들의 운동을 완전히 설명할 수 없다고 생각한 코페르니쿠스는 “세상만사에 면밀하기 짝이 없는 철학자들이 만물의 창조주가 인간을 위해 창조한 우주의 작동 방식에 적합한 이론이 없다는 사실에 구역질이 났다”고 밝히고는 과감하게도 땅과 하늘의 자리를 바꿔치기해버렸다. 바로 ‘코페르니쿠스 혁명’으로 지구중심설이다. 이렇게 지구를 움직이게 하면 모든 천체 현상이 신의 섭리에 맞게 너무나도 간단하게 설명이 되는 것이었다!
-「하늘과 땅을 맞바꾸다」 중에서

뉴턴 물리학은 이 세계 안에서 비물질적인 것이 영향을 미친다는 생각의 여지를 허용하지 않았다. 뉴턴 이전에는 천상의 세계는 비물질적이며 완전하고 불변하는 신의 세계였다. 그러나 뉴턴으로 인해 우주에서 비물질적이고 관념적인 것들을 모두 걷어내고 하나로 통합시켰으며, 인류는 문명사 6,000년 만에 비로소 우주를 이성적으로 사고할 수 있게 된 것이다. 뉴턴 역학이 전하는 복음은 분명했다. 한마디로 이 세계는 우주 역학의 결과이며, 모든 천체들이 고유한 질량과 그것들의 운행에서 나오는 힘들에 의해 움직이고 있다는 것이다. 행성운동은 말할 것도 없고, 우주 안에서 일어나는 모든 현상은 원자들의 상호관계에서 일어나는 역학의 결과이다. 그러므로 이 세계 안에 우연이란 것은 없다. 어느 모로 보나 뉴턴의 《프린키피아》는 천문학 역사상 한 시대의 종결을 고했고, 동시에 새로운 시대의 시작을 알리는 기념비적 저작이었다.
-「우주의 작동 원리를 찾다」 중에서

인간은 우주가 팽창한다는 사실이 발견되고, 우주의 팽창에는 중심이 없으며 모든 은하는 서로 멀어지고 있다는 사실로부터 우주에는 특별한 중심이 없고 어떤 방향으로도 동일하다는 등방성을 ‘우주원리’로 받아들이게 되었다. 이 원리는 우리은하가 있는 우주공간이나 수십억 광년 떨어진 다른 곳의 우주공간이나 근본적으로 별반 다를 게 없으며, 우리가 사는 곳이 우주의 어떤 특별한 장소가 아니라는 것이다.
-「‘어제가 없는 오늘’ 일어난 빅뱅」 중에서

암흑 물질은 우주의 총 에너지의 대략 22%를 차지하며, 암흑 에너지가 74%, 나머지 4% 중에서 성간 가스가 3.6%를 차지하고, 우리가 눈으로 보는 가시적인 우주는 0.4%에 지나지 않은 것으로 밝혀졌다. 우리는 이 0.4%의 가시 물질 위에 까치발을 하고 서서 우주를 바라보는 형국인 셈이다. 어느 천문학자의 말처럼 우리는 우리가 상상하는 이상으로 기괴한 우주에서 살고 있는 것이다.
-「암흑물질을 잡은 남녀」 중에서