우리 가슴과 가슴 깊숙한 곳에는 지구가 우주의 중심이며 초점이며 지렛대의 받침목이기를 바라는 아쉬움이 아직 숨어 있다. 하지만 우리가 정녕 코스모스와 겨루고자 한다면 먼저 겨룸의 상대인 코스모스를 이해해야 한다. 여태껏 인류가 멋모르고 부렸던 우주에서의 특권 의식에 먹칠을 하는 한이 있더라도 우리는 코스모스를 제대로 이해해야만 한다. 자신의 위상과 위치에 대한 올바른 이해가 주변을 개선할 수 있는 필수 전제이기 때문이다. 우리와 다른 바깥세상이 어떠한지 알아내는 것도 자신이 처한 상황을 개선하는 데 결정적인 도움을 준다. - P386
우리의 행성 지구가 우주에서 중요한 존재로 남기를 간절히 바란다면 지구를 위해 우리가 할 수 있는 일들이 분명히 있을 것이다. 질문을 던질 수 있는 용기와 던져진 질문에 대한 깊이 있는 답변만이 우주에서 지구의 위상을 높일 수 있는 밑거름이 되는 것이다. - P386
세대를 거듭하면서 유년기의 호기심이 줄어들기는커녕 오히려 더 커져 갔다. 별들은 도대체 어떤 존재인가? - P387
우리는 나그네로 시작했으며 나그네로 남아 있다. - P387
하늘과 땅이 내 나이와 같고, 만물이 결국은 하나다.
- 장자, 기원전 3세기경 - P389
별들은 서릿발 같은 전설들을 우리의 눈에 휘갈겨 남겨놓았으며, 번쩍이는 장시長時의 시편들을 정복 불허의 공간에 내다걸었다. - 하트 크레인, <다리> - P389
해안에서 부서지는 물결의 출렁임도 따지고 보면 태양과 달의 중력 작용이 만드는 조석 작용의 결과이다. 태양과 달이 지구에서 멀리 떨어져 있음에 틀림이 없지만 그들이 주는 중력의 영향을 우리는 이곳 지구에서 분명하게 느낄 수 있다. 그러므로 중력은 부정할 수 없는 자연의 실체이다. - P390
우주에는 별들이 셀 수 없을 정도로 많고 또 많다. 지구상의 해변이란 해변 모두에 깔려 있는 모래알들보다 우주에 있는 별들이 훨씬 더 많다. - P390
고대 천문학자와 점성술사 들은 하늘에 보이는 밝은 별들을 이리저리 이어서 여러 가지 모양을 만들어 내고자 무척 노력했다. 이렇게해서 생긴 것이 별자리이다. 그러나 별자리는 실제로는 어둡지만 가까이 있기 때문에 밝게 보이는 별이나, 멀리 있지만 원래 밝아서 밝게 보이는 별들을 마음대로 무리를 지어 만든 것에 불과하다. - P391
별들 사이의 평균 거리가 3~4광년이므로, 별자리의 모양은 몇 광년은 족히 움직여야 알아볼 수 있을 정도로 변할 것이다. - P391
1광년이 거의 10조 킬로미터에 이르는 엄청난 거리인데 비하여 지구의 지름은 겨우 1만 3000킬로미터에 불과하다는 점을 기억해 두기 바란다. 따라서 3~4광년 정도의 거리를 이동해야만 어떤 별이 그 별자리에서 달아나고 또 어떤 것은 그 별자리로 들어오는 것같이 보여서, 주어진 별자리가 전혀 다른 모습으로 변모할 것이다. - P391
로르샤흐 검사 Rorschach test : 본래는 잉크 얼룩 같은 도형을 해석하게 해 그 사람의 성격을 판단하는 정신의학의 인격 진단 검사법이었으나, 현재는 성격심리학, 임상심리학, 문화인류학 등의 분야에서도 검사도구로 널리 쓰인다. - P392
별자리의 모양은 공간적으로만 변하는 것이 아니라 시간적으로도 바뀐다. 즉 별자리를 이루는 별들과 관측자의 상대 위치가 바뀌어도 주어진 별자리의 모양이 변하지만, 관측자가 한 장소에서 충분히 오랫동안 기다리기만 해도 별자리가 변하는 것을 볼 수 있다. 별들이 무리를 지어 한 덩어리로 함께 움직일 뿐 아니라, 때로는 어떤 별 하나가 주위 동료들보다 훨씬 빠르게 달아나기도 하기 때문이다. 그런 별은 본래 있던 별자리를 떠나 결국 다른 별자리로 편입된다. - P392
우주 공간에서는 쌍성계를 이루던 두 별 중 하나가 폭발하여 우주 공간으로 흩어지는 경우가 종종 있다. 이렇게 되면 나머지 동반성은 상대방과 이루던 중력의 속박에서 완전히 벗어나게 되므로, 폭발 이전의 궤도 속도로 우주 공간에 내팽개쳐진다. 하늘에도 고무줄 새총이 있는 셈이다. - P392
별도 새로 태어나서 진화하다가 죽어 사라진다. 그러므로 충분히 오랫동안 기다린다면 새로운 별들이 하늘에 나타나고 늙은 별이 시야에서 사라지는 것을 목격하게 될 것이다. 하늘에 그려진 별자리들의 모양은, 그래서 아주 천천히 변하다가 결국엔 영영 사라지고 만다. - P393
태양의 겉보기 위치는 1년에 한 차례씩 천구상에 원을 그리며 완주한다. - P394
태양의 천구상에서의 이동 경로를 우리는 황도黃道라 하며, 황도 근처에 있는 열두 개의 별자리들이 이루는 띠를 황도대黃道帶, zodiac 또는 황도수대黃道獸帶라고 부른다. - P394
‘zodiac‘ 이 동물원을 뜻하는 ‘zoo‘에서 온 말임을 기억해둘 필요가 있다. 그렇다면 왜 하필 동물원이란 말인가? 그것은 별자리 열두 개 모두가 사자와 같이 동물의 형상을 본뜬 것이기 때문이다. - P394
우리가 ‘zodiac‘ 을 그냥 ‘황도대‘로 하지 않고 짐승을 뜻하는 ‘수(獸)‘자를 굳이 더 붙여서 ‘황도수대‘ 라고 번역한 것은‘zodiac‘의 어원을 고려했기 때문이다. - P394
오리온자리는 황도 12궁에 속하지 않는 별자리이다. 오리온자리는 사냥꾼의 모습을 이루고 있는 네 개의 밝은 별과, 별자리 전체를 사선을 그리며 둘로 나누는 사냥꾼의 벨트 같은 세 개의 별로 이루어진 별자리이다. 허리띠에 매달려 있는 듯한 약간 흐릿한 세 개의 별이 실은, 천문학적 전통에 따르면, 오리온의 칼이다. 하지만 세 별들 중에서 가운데에 있는 것은 별이 아니라 오리온성운이라 불리는, 별들이 태어나고 있는 거대한 가스 구름이다. - P395
오리온자리에 있는 많은 별들은 표면온도가 높고 태어난 지 얼마 되지 않는 매우 젊고 무거운 별이다. 이들은 빠르게 진화하여 초신성이라고 불리는 거대한 폭발 현상을 일으키면서 자신들의 생을 마감할 것이다. 이렇게 무거운 별들이 태어나고 죽는 주기는 몇 천만 년 정도이다. 만일 컴퓨터에서 시간의 흐름을 빠르게 진행시킨다면, 많은 수의 별들이 태어나고 극적인 죽음을 맞이하는 오리온자리의 별들이 마치 밤의 반딧불과 같이 반짝이는 것처럼 보일 것이다. - P395
태양의 가장 가까운 이웃은 켄타우루스자리에 있는 알파별이다. 그런데 알파 켄타우리 Alpha Centauri, 즉 켄타우루스자리 알파별은 사실 삼중성계三重星系로서 세 별 중의 둘이 서로 마주 보고 돌고, 나머지 프록시마 켄타우리 Proxima Centauri가 멀리서 이 둘의 주위를 또 공전한다. 가깝다는 뜻에서 유래된 프록시마라는 이름이 붙은 것은 궤도상에서 이 별이 어떤 특정 위치에 올 때 태양에서 가장 가까운 곳에 있는 특별한 별이 되기 때문이다. 대부분의 별들은 이렇게 쌍성계 또는 다중성계의 구성원으로 존재한다. 홀로 떨어져 있는 태양이 오히려 이상한 별이다. - P396
안드로메다자리 베타별의 영어 이름인 베타 안드로메대 Beta Andromedae에는 이 별이 안드로메다자리의 별들 중에서 두 번째로 밝은 별이라는 뜻이 담겨 있다. (Andromedae는 Andromeda의 소유격이다.) - P396
안드로메다자리 베타별은 태양에서 75광년 정도 떨어져 있으니, 현재 우리 눈에 도착하는 별빛의 광자들은 사실 75년 전에 그 별을 떠난 것들이다. 암흑의 성간 공간을 가로질러 우리에게 도착하기까지 75년이 걸렸다는 이야기이다. - P396
실제로 그런 일이 일어났을 것 같지는 않지만, 만일 그 별이 지난 화요일에 폭발했다 해도 우리는 이 별에서 그런 엄청난 사건이 터졌는지 전혀 알지 못한 채 앞으로 75년을 더 지낼 것이다. 비록 빛의 속도가 매우 빠르다고는 하나, 빛이 안드로메다자리 베타별에서 지구까지 오는데 75년의 시간이 필요하기 때문이다. - P396
공간과 시간은 서로 얽혀 있다. 시간적으로 과거를 보지 않으면 공간적으로 멀리 볼 수가 없다. 지금 이 순간에 우리가 공간적으로 멀리 떨어져 있는 어떤 천체를 들여다보고 있다면, 시간적으로 그 천체의 과거 모습을 보고 있는 것이다. - P397
빛이 빠르게 움직이는 것은 틀림없다. 그러나 별 사이는 텅 비어 있고 서로 아주 멀리 떨어져 있다. 75광년이라는 거리도 천문학적 척도에서 볼 때에는 매우 가까운 이웃까지의 거리에 불과하다. - P397
태양에서 우리 은하의 중심까지가 3만 광년이고 우리 은하에서 가장 가까운 나선 은하인 안드로메다자리의 M 31까지는 200만 광년이나 된다. 오늘 우리가 M 31에서 보는 빛이 지구를 향해 출발했을 당시 지구에는 인간이 단 한 명도 없었다. 우리 조상들이 빠르게 진화하고 있기는 했겠지만 말이다. - P397
지구에서 가장 멀리 떨어진 퀘이사 quasar까지의 거리는 80억 내지 100억 광년이다. 오늘날 우리가보는 그들의 모습은 사실 우주 먼지가 뭉쳐 지구가 되기 전, 심지어 우리 은하가 만들어지기도 전의 상황이다. - P397
천체들의 경우에만 시간과 공간이 얽혀 있는 것은 아니지만, 천체들 사이의 거리를 생각할 때 비로소 우리는 광속의 유한성을 실감하게 된다. - P397
같은 방 안에서 나와 3미터 정도 떨어진 곳에 앉아 있는 친구를 바라본다면, 나는 사실 그의 ‘지금‘ 모습이 아니라 1억분의 1초, 즉 100분의 1마이크로초 전의 ‘과거‘ 모습을 보고 있는 것이다. 빛의 속도가 초속 30만 킬로미터이므로, 3미터를 움직이는 데 걸리는 시간은, 3미터 나누기 초속 3×10^8미터이기 때문에 10^-8초라는 계산이 나온다. 그렇지만 친구 모습의 지금과 10초 전의 모습에는 변화가 전혀 없을 것이다. - P397
그러나 준성체準星體, 또는 퀘이사와 같이 수십억 광년 떨어진 천체의 경우에는 상황이 크게 달라진다. 예를 들어서 우리가 지금 80억 광년 떨어진 퀘이사를 보고 있다면 그것은 그 퀘이사의 현재 모습이 아니라 80억 년 전의 모습이라는 말이다. - P398
(은하 형성 초기 단계에는 격렬한 폭발이 발생하는데, 그 폭발이 퀘이사의 현상으로 우리에게 관측되는 것이다. 한편 멀리 있는 은하일수록 더 오래전의 모습, 즉 형성 초기의 모습일 것이다. 그러므로 멀리 바라볼수록 퀘이사를 더 많이 보게 된다. 실제로 50억 광년 이상 떨어진 거리에서 퀘이사의 숫자가 급격하게 증가한다.) - P398
지구에서 여태껏 발사된 물체들 중에서 그래도 가장 빨리 움직이는 것이 두 대의 보이저 우주선이다. 지금은 광속의 약 1만분의 1의 속도로 움직이고 있다. 그렇다고 하더라도 태양에서 가장 가까운 거리에 있다는 켄타우루스자리 알파별까지 가는 데에도 4만 년이 걸린다. - P398
동정심의 발로로 (알베르트) 아인슈타인의 부모가 막스 탈메이Max Talmey라는 아주 가난한 학생을 자기네 집으로 저녁 초대를 한 적이 있다. 이 자리에서 막스는 대중 과학책을 열두 살의 어린 알베르트에게 건네줬는데 알베르트는 그 책을 읽고서 자기 안에 숨어 있던 자연과학에의 흥미를 일깨울 수 있었다고 한다. - P399
우리는 살아가면서 어떤 아이디어가 그것의 진위가 주의 깊게 고찰되지도 않은 채 하나의 확실한 사실로 받아들여지는 경우를 종종 볼 수 있다. - P400
당신은 나한테서 반사된 다음 당신을 향해 움직이는 태양 광선을 통해 나를 알아볼 것이다. - P401
어떤 물체에서 반사되거나 방출된 빛은 그 물체가 움직이든 움직이지 않든 상관없이 동일한 속도로 진행한다. ‘그대는 그대의 속도를 빛의 속도에 더하지 말지어다."가 반드시 준수돼야 하는 규칙인 셈이다. - P403
또한 어떠한 물체도 빛보다 빠르게 움직일 수 없다. 그러므로 또 하나의 규칙은 "그대는 빛의 속도로나 빛의 속도보다 빨리 움직여서는 아니 되느니라."가 된다. - P403
이론적으로 우리는 빛의 속도에 원하는 만큼 가까이 접근할 수 있다. 예를 들어 빛의 속도의 99.9퍼센트로도 움직일 수 있다. 하지만 우리가 아무리 노력하더라도 빛의 속도의 100퍼센트로는 절대로 움직일 수가 없다. 이 세계가 논리적 모순 없이 존재하려면 반드시 보편적인 속도의 한계가 있어야 한다는 말이다. 그렇지 않으면 페달을 계속 밟음으로써 어떠한 속도에라도 도달할 수 있어야 할 것이다. - P403
19세기가 20세기로 바뀌는 시기에 대부분의 유럽 인들은 세상에는 어떤 특별한 기준 좌표계가 존재한다고 믿고 있었다. 그래서 독일 또는 프랑스 혹은 영국의 문화와 정치 체제가 다른 나라보다 더 낫다거나, 유럽 인이 식민 지배를 받아 마땅한 다른 인종들보다 우수하다고 믿었다. 사회나 정치에 대한 아리스타르코스나 코페르니쿠스의 생각을 적용하는 일은 거부되거나 무시되었다. - P403
그러나 젊은 아인슈타인은 그가 정치에 대해 그랬던 만큼 물리학에서도 절대적 의미의 기준 좌표계를 거부했다. 이리저리 어지럽게 공간을 배회하는 별들로 가득 찬 우주에서 ‘정지해 있는‘ 장소라든가 우주를 관측하기에 더 좋은 좌표계 같은 특권이나 특전은 있을 수가 없었다. 적어도 그에게는 말이다. 그리고 이것이야말로 ‘상대성 이론‘이라는 단어가 의미하는 바였다. - P404
상대론적 상황에 접하게 될 때마다 요술 덫에 걸리는 듯하지만 아이디어 자체는 매우 간단하다. 즉 우주를 보는 데에 있어서 모든 장소가 공평하다는 것이다. 대자연의 법칙은 그 누가 설명하든지 간에 동일해야 한다. 이 규칙이 사실이라면 아무도 빛보다 빠르게 여행할 수 없게 된다. 그리고 우리가 살고 있는 이 지구의 위치가 우주에서 어떤 특별한 의미를 갖는 곳이라면 이 또한 이상한 일이 아니고 무엇이겠는가. - P404
채찍을 휘두를 때 생기는 ‘휙‘ 하는 소리는 채찍이 소리의 전파 속도보다 빠르게 움직여 소규모의 충격파를 만들기 때문이다. 천둥소리도 비슷한 원리에서 발생한다. - P404
한때 사람들은 비행기가 소리보다 더 빠르게 움직일 수 없을 거라고 생각했지만 오늘날 초음속 비행은 아주 일상적인 일이 돼 버렸다. 그러나 빛의 경우에는 사정이 다르다. 빛의 속도를 넘을 수 없다는 것은 초음속 비행기를 만드는 것과 같은 공학적 문제가 아니라, 중력과 같은 대자연의 근본과 관련된 문제이다. 그리고 경험상으로도 진공 속에서 빛보다 더 빨리 움직일 가능성을 시사하는 현상을 찾을 수 없었다. 채찍 소리라든지 천둥 소리 같은 현상을 빛에서는 전혀 찾아볼 수 없다는 말이다. - P404
그렇지만 빛의 경우에는 채찍 소리나 천둥소리는 비교할 수 없는 이상한 현상을 연출한다. 입자 가속기 속의 입자는 속도가 빨라지면 빨라질수록 무거워지고, 빛의 속도 가깝게 움직이는 원자시계는 느리게 간다. 우리는 이런 이상한 현상의 효과를 특수 상대성 이론으로 아주 정밀하게 예측하고 측정할 수 있다. - P404
소리는 통상적으로 공기와 같이 형체를 가진 매질을 통하여 전파되기 때문에 소리의 경우에는 빛의 동시성 패러독스 같은 문제가 생기지 않는다. 친구의 이야기를 전달하는 음파는 공기 분자들의 진동 운동에 따른 것이다. 반면 빛은 진공 속을 돌아다닌다. 공기 분자들에게는 만족시켜야 할 일련의 운동 규칙들이 있지만 그 규칙들이 진공에 적용되는 것은 아니다. - P405
태양에서 방출된 빛은 태양과 지구 사이의 빈 공간을 가로질러 우리에게 도달하지만, 아무리 귀를 기울여 들어 봐도 흑점의 탁탁거리는 소리나 태양 플레어의 우레 소리 따위는 들을 수가 없다. 상대성 이론 이전 시대에는 빛이 공간에 충만한, ‘에테르 aether‘라고 불리던 특별한 매질을 통하여 전파된다고 믿었다. 하지만 실험을 통하여 에테르가 존재하지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 그 실험이 바로 저 유명한 마이컬슨-몰리 Michelson-Morley의 실험이다. - P405
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