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한 권의 책은 하나의 사건이다. 한 권의 책에 담긴 지은이, 만든이, 읽는이의 고뇌와 정성을 기억한다.



제목 ≪모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의≫ -한 권으로 읽는 우주의 역사- 이석영 2020-01-06 22:13:44
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만약 여러분이 지구 난민들을 아끼는 세계주의적 마음을 가지고 있어 다른 나라의 소식에 자주 관심을 기울이고, 남극과 북극의 빙산이 녹는 것을 안타까워하며, 중동 위기가 나아지기를 바란다면, 여러분의 우주는 반지름 6,400킬로미터 정도의 지구 전체가 되며, 이는 빛의 속도로 환산할 때 약 0.02초가 된다. - 당신의 우주는 얼마나 큰가요? -
태양과 태양계는 약 46억 년 전에 탄생했으며, 태양과 같은 별이 1,000억 개 정도 모여 있는 우리 은하중심으로부터 26,000광년 정도 떨어졌다. 태양계는 우리 은하의 변두리인 것이다. 태양은 자신의 탄생을 스스로 결정한 것이 아니라 2억 년에 한 바퀴 도는 우리 은하의 회전운동으로 인해 생겨났다. 우리 은하의 크기는 10만 광년 정도이다.
우리 태양계가 탄생하기 전, 태양계의 원재료가 된 기체 덩어리 근처에서 초신성 폭발이 일어났는데, 현재 사람의 몸속에 있는 모든 중원소(칼슘, 나트륨, 마그네슘,)는 이 초신성에서 만들어졌다. 수십억 년 전 이름 모를 초신성이 귀한 중원소들을 은하에 환원하지 않았다면 지구 생명은 시작되지 못했을 것이다.
우리 은하는 우리 우주에 있는 1000억 개 정도의 은하들 중 하나에 불과하며, 다른 많은 은하와 복잡한 관계를 통해 생겨났다.
은하들은 우주의 나이가 30~40억 년일 때 태어나기 시작했는데, 이러한 최초의 은하들에 대해서 궁금해 하기 시작한다면, 여러분의 우주는 100억 광년 이상으로 확장된다.
은하를 이루게 될 기체와 티끌의 원료인 가벼운 원소들은 우주 나이가 1초에서 3분 정도 되는 초기 우주에서 만들어졌다. 우리 몸의 대부분을 구성하는 물의 주원료인 수소는 거의 전부가 빅뱅 초기 3분간 만들어졌다. 이제 여러분의 우주는 수백억 광년 크기에 달하게 된다.
수학적으로 보면 우리 우주는 하나가 아닐 수 있다. 다중 우주일 수도 있는 것이다. 다중 우주설을 연구하는 사람들에게 우주의 크기는 그야말로 끝이 없다.

1929년에 또 하나의 과학 혁명이 일어났다. 코페르니쿠스의 지동설, 뉴턴의 중력 법칙, 아인슈타인의 상대성 이론에 버금가는 혁명적 발견이었다. 프리드만이 예측했던 것처럼 우주는 팽창하고 있었다! 이 놀라운 발견을 한 사람은 에드윈 허블이었다. - 우주는 왜 한 점으로 수축하지 않을까? -
팽창 우주설은 1960년대 우주 배경 복사가 발견되기 전까지 큰 호응을 얻지 못했다. 1949년경 당대 최고의 천문학자 인 케임브리리지 대학교 교수인 프레드 호일팽창 우주설에 대해 와장창설이라고 영국의 한 라디오 방송에서 비아냥거리며 웃어넘겼는데, 영어 표현으로는 “big bang idea”였던 것이다. 이후 많은 학자들이 팽창 우주설을 비하할 때마다 빅뱅 우주설이라고 불렀다. 훗날 빅뱅을 대신할 용어를 공모했는데, 아이러니컬하게도 더 좋은 아이디어가 나오지 않았다고 한다.

빅뱅에 기반을 둔 팽창 우주론에 따르면 과거로 갈수록 우주의 크기는 작아지고 온도는 높아진다. - 우주의 나이가 38만 년이 되기까지 -
빅뱅은 시공간의 탄생이다. 하지만 빅뱅의 순간을 정의할 수는 없다. 왜냐 하면 그 순간에는 시간과 공간이 없었을 뿐만 아니라 양자 역학적으로 볼 때 물리학이 정의할 수 있는 시간의 한계 밖에 있기 때문이다. 이 한계 상황을 가리켜 플랑크 시간이라고 한다. 플랑크 시간 빅뱅 이후 10³초 정도가 지난 시점(1억 곱하기 1억 곱하기 1억 곱하기 1억 곱하기 1억 곱하기 1,000이라는 어마어마한 숫자로 1을 나눈 상상 초월의 작은 숫자)이다.
우주가 플랑크 시간보다 어렸을 때는 오늘날 우주를 기술하는 네 가지 힘중력, 전자기력, 약력, 강력도 존재하지 않았다고 생각한다.
대통일 이론 시대(10³초부터 10³⁴    초 정도 될 때까지, 우주 온도는 10²⁷     도, 그러니까 1억 곱하기 1억 곱하기 1억 곱하기 1,000)를 지나서 우주 나이가 10³⁵        초에서 10³²초 정도 되었을 때 우주는 급격한 팽창을 한 것 같다. 이 시기를 급팽창inflation’시기라고 부른다. 급팽창 이후 우주는 입자를 구성할 수 있을 정도로 온도가 낮아진다.
우주의 나이가 1가 되었을 때 운명의 순간이 왔다. 우주의 크기는 오늘날의 100억분의 1이고 온도는 약 100억 도였다. 이 순간 우주에 가득 찬 광자들의 에너지가 중성자와 양성자의 질량 차이에 해당하는 에너지와 같아졌다.
우주의 나이가 2~3 정도 될 때 양성자 대 중성자의 개수 비는 8 1이 된다. 이때 우주 역사의 한 막이 오르게 되는데 최초로 수소와 헬륨 원자핵이 탄생하게 되는 것이다. 우주 나이 1초부터 3분까지 일어난 이 현상을 빅뱅 핵합성Big Bang nucleosynthesis이라고 부른다.
우주의 나이가 약 1만 년이 되는 순간 이후는 물질의 시대 혹은 먼지의 시대라고 부른다. 우주에는 수소 원자 하나당 10억 개의 광자가 있어 왔다. 우주의 팽창 속도는 빛의 시대보다 물질의 시대에 더 빠르다. 물질의 시대라 하더라도 그 후 약 37만 년 동안 우주는 매우 혼돈된 상태였다.
우주의 밖은 존재하지 않는다.

우주에는 단순한 아름다음을 넘어 무게 있는 아름다음이 있다. 그 존재를 확인했을 때 갑절, 규모를 알게 되었을 때 갑절, 그리고 그 의미를 비로소 깨달았을 때 또 갑절이 되는 감동, 그 감동이 우주에 있다. - 무게 있는 아름다움 -

비밀은 끝이 없다. 광활한 우주의 빅뱅 팽창은 우리가 알지 못하는 암흑 에너지암흑 물질의 힘을 이용해 놀라운 정교함으로써 우주 거대 구조를 만든다. 우주 거대 구조는 비밀스럽게 온갖 은하를 만들고, 은하는 아름다운 을 만들고, 별은 우주에 다양한 원소생명의 기반을 만든다. 그곳에서 나약한 인간이 탄생하고 그 광대한 우주가 어떻게 자신들을 있게 했는지를 이해하며 감탄한다. 우리는 우주가 만든 최고의 걸작이며 우주 존재의 이유이다. - 이 모든 것이 빅뱅의 산물이다 -

이석영, 모든 사람을 위한 빅뱅 우주론 강의, 사이언스북스, 2009

빅뱅 우주론 강의는 빅뱅 우주론의 모든 것을 담고 있다. 어려울 수 있는 내용들을 최대한 쉽게 설명하는 이석영 교수의 강의를 통해, 우리는 새로운 천문학 혁명의 맥락을 따라잡을 수 있다. 우주의 원리를 설명하는 유일무이한 이론으로 자리매김한 빅뱅 우주론의 핵심과 최근 이슈를 모두 담았다. 증보판이 출간되어 있다.

목차

증보판을 펴내며, 진심으로 모든 사람을 위해 7        책을 시작하며, 하늘의 높이라고? 10
1
강 당신의 우주는 얼마나 큰가요? 15                       2강 무게 있는 아름다움 23
3강 우주는 왜 한 점으로 수축하지 않을까? 43           4강 빛은 137억 년의 세월을 뚫고 61
5강 우주의 나이가 38만 년이 되기까지 77                 6강 태초의 395
7
강 우주의 운명은? 109                                           8강 빅뱅 우주론은 완벽하지 않았다 127
9
강 보이는 게 전부가 아니다! 147                            10강 초강력 다리미, 급팽창 173
11
강 정체 모를 에너지가 우주를 지배한다! 187         12강 우주 배경 복사의 비등방성 207
13
강 우리가 아는 것은 겨우 4퍼센트 225                  14강 암흑 물질은 은하의 요람 235
15
강 별보다 은하 249                                             16강 하나의 별이 탄생해 사라지기까지 273
17
21세기는 천문학의 시대 293                            18강 이 모든 것이 빅뱅의 산물이다 307
부록 편평한 우주의 팽창 314

이석영 : 연세 대학교 천문우주학과를 졸업. 미국 예일 대학교 천문학과 박사(타원 은하의 자외광 진화에 관한 이론 연구). 미국 항공 우주국(NASA) 고더드 우주 비행 센터에서 박사 후 연구원, 허블 우주 망원경 프로젝트에 참여, 이론적 연구 수행. 미국 캘리포니아 공과 대학 물리학과 교수. 2005년 별 생성을 멈춘 것으로 알려졌던 타원 은하가 별을 꾸준히 생성하고 있다는 것을 발견, 세계 천문학계를 놀라게 했다. 이 업적을 인정받아 미국 천문학회의 초청을 받고 기조 강연을 함. 현재 연세 대학교 천문우주학과 교수, 은하의 진화 연구로 천문학 분야 최고 권위 학술지인 미국 천체 물리학회지, 영국 왕립 천문학회지, 사이언스, 네이처등에 100편 이상의 논문 발표. 미국 과학 한림원 협력 연구상 수상. 저서 초신성의 후예.


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