영국의 수학자이자 대중과학저술가, 영국왕립학회에서 대중과학에 기여한 이에게 수여하는 마이클 페러데이 상, 미국과학진흥회가 수여하는 과학 대중화 공로상을 받은 워릭대학교 명예 교수 이언 스튜어트가 우주 속에 숨어 있는 비밀을 수학으로 밝혀내는 놀라운 책으로 한국 독자들을 찾아왔다.
『위대한 수학문제들』, 『교양인을 위한 수학사 강의』로 한국 독자들에게 친숙한 이언 스튜어트 교수는 이 책 『우주를 계산하다: 광대한 우주가 건네는 수학적 사고로의 초대』에서 천문학과 물리학, 우주론에 이르기까지 해박한 지식을 다채롭게 풀어낸다.
과학의 발달은 우주 탐사를 가능하게 했고, 이로 인해 우리는 태양계 행성들과 천체에 대해 과거 그 어느 때보다도 방대하고 정확한 정보를 가질 수 있게 됐다. 이 모든 과학 발전의 중심에는 바로 수학이 자리한다.
수학은 태양과 달, 행성, 항성 등 수많은 우주 천체의 형성 과정을 설명하고 그 근본 원리를 증명해내는 데 있어서의 핵심 학문이다. 이언 스튜어트는 이 책 『우주를 계산하다』에서 일식이나 월식과 같은 자연현상, 행성의 궤도를 밝혀낸 케플러, 중력과 천체에 적용되는 만유인력의 법칙을 고안한 뉴턴, 아인슈타인에 이르기까지 역사적으로 우주의 비밀을 밝혀낸 수학 이야기를 다루고 있다.
지구와 달, 소행성과 블랙홀, 빅뱅 이론, 다중우주에 이르기까지, 수학이 이제껏 관측되지 않았던 천체들의 존재를 어떻게 예언했으며, 우주라는 미지의 존재가 가지고 있는 비밀을 어떻게 풀어냈는지 밝혀내는 이 놀라운 여정은 흥미롭고 신비로우며 감동적이다. 마치 저 먼 우주에서 반짝이는 무수한 별들처럼

 "우주를 계산한다"라는 책 제목에 여러 가지 생각이 들었다. 정말 신비로운 우주. 가끔 눈을 감고 있으면 눈앞에 우주를 떠도는 것 같은 묘한 기분이 들 때가 있다. 그럴 때마다 우주의 광활함이 펼쳐지기도 하는데 그 광활함이 두렵게도 느껴진다. 빅뱅, 블랙홀이라는 단어만으로도 신비하고 웅장하다. 평소에 우주에 관심이 많아 우주영화와 다큐멘터리를 즐겨 보는 편이다. 우주와 관련된 책은 몇 권 접해보지 못했으나 이 책을 통해서 우주에 대한 풍부한 지식을 얻을 수 있었다. 우주에 대한 지식에서 나아가 우리의 인생에 대한 지혜를 얻을 수 있는 기회가 될 것이다. 

 이 책은 과학을 넘어서 수학적으로 우주의 세계가 어떤 식으로 작동하는지에 대해 설명하고 있다. 영국의 수학자이자 대중 과학 저술자인 저자 이언 스튜어트는 영국에서 존경받는 수학자로 알려져 있다. 그는 수학을 싫어하는 당신도, 수포자인 학생도 인간은 누구나 수학적 직관을 약간은 가지고 있다고 말했다고 한다. 나도 "수포자"이지만 수학의 필요성은 항상 느낀다. 우리 주의 모든 것에 수학이 사용되지 않는 일이 없다. 그만큼 우리와 밀접한 관계이다. 

 이언 스튜어트는 고대 바빌로니아 시대부터 케플러, 뉴턴, 아인슈타인까지 수학이 우주론의 발전을 이끈 원동력이라는 사실을 보여준다. 80년 전 탄생한 빅뱅 이론과 이를 통해 인플레이션과 암흑 물질, 암흑 에너지와 같은 새로운 이론들이 추가됐다. 이처럼 하나의 이론에 여러 가지의 이론이 추가되는 방식으로 우주의 비밀에 파고든다. 이외에 중력, 지구와 달, 소행성들, 토성 고리, 별과 위성, 은하의 구조, 외계 행성, 블랙홀, 다중 우주 등 19장으로 구성되어있다. 

빅뱅 : 우주가 먼 과거의 어느 시점에 한 점에서 일종의 거대한 폭발로 인해 탄생했다는 이론이다.

우주를 계산하기 전! 필요한 과정은 우주가 어떻게 탄생했는가?부터 시작하는 것은 당연하다.

 한때 천문학자들은 태양계가 일단 탄생한 후에는 아주 안정했다고 생각했다. 정해진 궤도를 따라갔고, 별다른 변화가 일어나지 않았다. 하지만 오늘날엔 그 누구도 그렇게 생각하지 않는다. 

"태초에는 아무것도 없었는데, 그것이 폭발했다."

 오늘날 대부분의 우주론자들은 약 138억 년 전에 전체 우주가 탄생했다고 생각한다. 빅뱅 이론을 좀 더 구체적으로 말하자면 이렇다. 티끌만 한 시공간이 난데없이 나타나더니 빠른 속도로 팽창했다. 10억 분의 1초가 지난 뒤, 쿼트와 글루온 같은 기본 입자들이 나타났다. 100만 분의 1초가 지난 뒤, 입자들이 결합해 양성자와 중성자를 만들었다. 38만 년이 지난 뒤에야 수소와 헬륨, 중수소 원자가 나타났다. 이처럼 시간은 빅뱅과 함께 존재하기 시작했다. 

 138억 년 전, 10억 분의 1초, 100만 분의 1초 등의 시간들이 상상이 되지도 않는다. 지금 이 순간도 팽창하는 우주를 생각하면 나의 존재가 먼지와 같음과 동시에 특별하다고 생각했다. 무에서 유로 창조되는 그 순간을 정확하게 계산한 것이 신기할 따름이다. 사실 빅뱅은 호일이 이 이론을 비꼬려고 지은 이름이라고 한다.

 천문학자들은 은하 충돌이 별을 만드는 네 가지 주요 방법 중 하나라고 생각한다. 우리 태양계와 많은 행성계의 탄생을 설명하는 현재의 이론과 다르지만 소설[은하계 방위군]의 대략 설명은 다음과 같다. 

 45억 년 전(운석에서 발견된 광물 중 가장 오래된 것이 45억 6820년 전의 것인데, 이것은 태양이 태어나기 전의 성운에 있었던 최초의 고체 물질이 오늘날까지 남은 것), 폭이 600조 km에 이르는 수소 가스 구름이 천천히 갈라져나가기 시작했고 그 구름 조각이 응축해 별이 탄생했다. 그중 하나인 태양 성운에서 태양이 탄생하고, 8개의 행성과 5개의 왜행성, 수만 개의 소행성과 혜성도 함께 생겨났다. 태양에서 세 번째 암석 행성이 우리가 살고 있는 지구다. 이 이야기는 소설과 달리 사실일 가능성이 있다고 말한다. 

 끊임없는 가설과 질문으로 풀어가는 우주에 감탄하고 또한, 45억 년 전의 일들을 연구하고 추측하는 인간의 위대함에도 감탄했다. 호기심에 꼬리를 물어 마침내 또 다른 수수께끼를 낳는 과정에 놀라웠다. 그리고 책에서 전반적으로 현상이나 이론을 수학적으로 설명을 해서 다소 어려움을 느꼈지만 우주를 탐험하려면 수학은 필수!라고 말한다. 그래서 책을 읽으면서 우주와 수학의 관계나 둘 사이의 어떤 영향을 주고받는지에 대해 알 수 있었다. 

토성의 주요한 고리는 3개이며 바깥쪽부터 A, B, C라 이름지어졌는데, 탐사기의 관측을 통해 다시 D, E, F, G의 존재가 확인되었다.

"토성은 하나의 별이 아닌 세 별이 합쳐진 것으로 서로 닿아 있으면서 변하거나 움직이지 않으며, 황도를 따라 일렬로 늘어서 있고, 가운데 있는 별이 양옆의 별들보다 3배쯤 크며, oOo의 형태로 배열돼 있습니다." 1610년 7월 30일에 갈리레이가 후원자이던 코시모 데 메디치에게 보낸 편지의 일부 내용이다. 

 1895년 무렵 관측 천문학자들의 토성의 고리들은 막대한 수의 작은 물체들로 이루어져 있다는 평결이 나왔다. 추가 관측으로 부고리들이 여러 개 발견되었는데 각각 D,E,F,G고 공간상의 순서로는 토성으로부터 바깥쪽으로 DCBAFGE이다.

 그저 아름답게만 생각했던 토성 고리의 비밀을 알게 되니 재미있었다. 고리를 최초 발견한 갈리레이부터 오늘날에 이르기까지의 천문학자들이 어떤 식으로 관찰했고 어떤 식으로 받아들였는지에 대해 친절하게 설명해줘서 읽는 재미가 있는 부분이었다.

 여러 번의 관측을 통해서 틀린 부분은 바로 수정해 나가는 천문학자들의 역할이 생각보다 훨씬 대단해 보였다. 직접 보지 않는 한 한 치 앞도 쉽게 예측되지 않는 우주에 맞게 다양한 경우의 수를 고려하는 것이 말이다. 저자는 과학의 발전이 세 걸음 전진했다가 두 걸음 후퇴하는 식이라고 말했다. 얼마 전까지만 해도 타당한 것이 결국 틀린 것이 되었을 때 그것이야말로 더 나은 해결책으로 나아가는 길이라고 생각된다.

 쉽지만은 않은 책이었다. 어떤 식으로 리뷰를 작성해야 할지 가장 고민했던 것 같다(책은 생각보다 술술 읽혔으나 리뷰를 작성하기까지 오랜 시간이 걸렸다!). 500페이지의 분량에 포함된 풍부한 지식들을 모두 습득하고 파악하기 다소 어렵기는 하다. 그러나 우주에 관심을 두고 있다면, 전문적으로 우주에 대해 알아보고 싶다면 읽어보는 것을 추천한다. 신비로운 우주의 이야기를 자세하고, 감동적으로 접할 수 있는 좋은 책이다! 감사합니다.

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"블랙홀에 대해 말하자면,  주요 특징은 바로 검다는 겁니다. 그리고 우주 공간에 대해 말하자면, 우주 공간의 색, 그러니까 기본적인 공간의 색은 검은색입니다. 그러니 이것들을 어떻게 볼 수 있겠어요?"

-[적색왜성] 시리즈3 에피소드2'조난'-

* 이 리뷰는 예스24 리뷰어클럽을 통해 출판사에서 도서를 제공받아 작성되었습니다.

  왜 수학을 공부해야 하냐는 한결 같은 아이들의 질문에 "수학은 모든 학문의 기본이기 때문이다"라고 대답하곤 하지만, 이 대답을 들은 아이들의 반응 또한 한결 같이 궁금증을 해결 못한 뚱한 표정이다. 그래서 아이들의 눈높이에 맞추고자 "세자리 수 덧셈뺄셈도 못하면서 5억이 넘는 아파트는 어떻게 장만할 셈이냐? 엄마한테 말씀드려서 네 용돈도 만 원에서 천 원으로 깎아야 되겠다. 이번 문제도 틀리면 백 원으로 깎으라고 말씀드리겠다!!!"라고 얘기해주어야 겨우 고개를 주억거리며 수학 공부에 집중하기 시작한다. 물론 교사로서 바람직한 교육 방법이 아니라는 고민은 깊어가기만 하고 말이다.

  천문학을 연구하는 이들도 마찬가지로 수학의 필요성을 절감한다. 지구안에서만 평생 살아가야하는 수많은 사람들에게 천문학이란 그저 일상에 지치고 힘들 때 한 번쯤 눈길을 주는 공허한 대상이긴 하지만 연구자들에게는 그게 일상인 탓에 늘 '천문학적인 숫자'들과 부대끼며 살아야 한다. 뭐, 현실적으로 천문학자가 아닌 내가 넌지시 짐작으로 하는 생각이긴 하지만 한때 천문학도를 꿈꿨던 대중독자로서 이 책(우주를 계산하다)를 읽어보니 그런 짐작이 아주 틀리지 않았다는 확신에 다다랐다. 물론 요즘에는 '컴퓨터'가 발달하여 거의 대부분의 '계산'은 사람이 아닌 컴퓨터가 대신하겠지만 계산을 해야할 적절한 이론과 공식의 대입은 사람이 할 수밖에 없을 것이기 때문에 여전히 수학공부는 천문학도들의 필수라고 할 수 있을 것이다. 아님 말고~

  아닌 게 아니라 이 책에서도 역설하고 있지만, 천문학의 발달과 수학은 함께 발달하였다고 해도 과언이 아니란다. 지구내에서는 '만유인력의 법칙'인 뉴턴역학만 알고 있어도 큰 오차없이 거의 모든 것을 계산해낼 수 있지만 지구밖을 나서는 순간부터는 아인슈타인의 '상대성 이론'이 아니면 설명할 수 없는 기현상과 오차를 감수해내야 하기 때문이란다. 일례로 길찾기에 도움을 주는 '네비게이션'만 보아도 인공위성의 도움이 없으면 태양을 중심으로 돌고 있는 지구와 지구 주위를 뱅글뱅글 돌고 있는 인공위성를 오차없이 계산하려면 뉴턴역학으론 어림없단다. 한마디로 오차가 어마어마할 수밖에 없어서 제대로된 길찾기는커녕 내 현재 위치조차 불확실하다는 사실! 그렇기에 광활한 우주를 관측하고 탐험하려면 수학공부는 당연지사가 되어야 한단다.

  그밖에도 이 책은 거의 모든 우주적 현상을 수학의 발달과 함께 설명하고 있다. 읽다보면 자칫하는 순간에 '내가 천문학책을 읽고 있는거야 수학책을 읽고 있는거야'라는 착각에 빠져들 정도로 수학적 설명이 많은 천문학책이지만 곰곰이 읽다보면 그간의 천문학의 발달이 어떤 식으로 전개되었는지, 천문학과 수학이 서로 어떤 영향을 주고 받았는지와 같이 학문과 학문이 서로 어떤 영향을 주며 공동 발달을 하는 모습도 엿볼 수 있게 해주는 책이라 은근히 '읽는 맛'이 솔솔한 책이었다. 한 마디로 술술 읽히는 과학책이라고 소개하면 딱 좋을 책인듯 싶다. 그럼에도 과학책인지라 과학적 교양이 탄탄한 분들에게 권하고 싶은 책이다. 친절한 설명에도 전문적인 서술이 밑바탕에 깔려 있기 때문이다.

  이렇게 친절한 책임에도 우주는 여전히 미스테리한 공간이다. 세이건도 한 마디했지만, 우주는 정말 너무나 넓고 빈 공간도 너무 많다. 과연 이 우주에 지구를 대신할 만한 행성이 있고, 그 행성에 지구인이 갈 수는 있는지도 요원할 뿐더러 지적외계인이 우리 지구를 찾아올 가능성이 과연 있는지조차 알 수 없는... 정말로 '공간학적 낭비'가 심한 곳이다. 또 우주적으로 봤을 때 '우리 은하'는 그닥 별볼일 없는 은하이고 태양계는 그 은하에서도 한 귀퉁이에 있는 볼품없는 계이기에 더 절망적이고, 정말로 지적외계인이 우리와 같은 시공간에 살고 있을 확률도 무지 작으며 그들이 우릴 발견하는 확률도 정말 작은데 우리 또한 그들을 발견할 수 있는 확률까지 계산한다면...결국 우리는 온 우주에서 유일하게 이 우주를 바라보고 우주를 느낄 수 있는 고독한 생명체라는 결론에 다다르게 된다. 그럼에도 세이건은 '희망적 메시지'를 말한다. 이 거대한 우주속에서 우리와 같은 지적생명체가 분명히 있을 거라고 말이다. 그렇지 않다면 우주는 이렇게 클 필요가 없다면서 말이다. 난 세이건의 이 말이 너무 좋다.

  우주를 계산하는 일은 전문가에게 맡기면 될 일이다. 우리가 우주를 느끼기 위해 고도의 첨단 수학을 공부할 필요까지는 없다. 그럼에도 수학은 꼭 공부해야 할 학문이다. 왜냐면 전문가들의 영역까지는 아니어도 전문가들이 연구한 성과를 우리가 알기 위해서라도 수학은 반드시 공부해야 한다. 일례로 천문학 연구에는 막대한 비용이 든다. 우주선 하나를 발사하기 위해서 어마어마한 액수의 돈이 든다는 건 이미 잘 알려진 사실이다. 그 막대한 돈이 우리가 내는 세금으로 대부분 충당한다는 것도 말이다. 그런데 우리가 그런 천문학 연구의 필요성을 절감하지 못하고 아까운 세금 낭비로만 생각한다면..아니 될 말이다.

  비단 천문학에 국한된 일이 아니다. 우리가 '기술 강국'으로 유명세를 떨치고도 '원천 기술'을 가지지 못해서 다른 나라의 하청업체 신세를 면치 못하는 현실, 유능한 기술자와 과학자를 보유하고도 제대로 써먹지 못해서 다른 나라에 빼앗기고 마는 현실도 모두 우리가 등한시 했던 '기초과학'이 부실했기 때문이다. 그 기초과학을 이끄는 기본이 수학공부라는 건 모두가 다 아는 사실이다. 물론 여기서 말하는 수학은 구구단을 달달 외우고 연산 문제만 드립다 풀어재끼는 구태의연한 수학이 아니다. 탈레스가 피라미드의 높이를 재기 위해 비례식을 활용한 것과 같은 창의성을 발휘하는 수학을 말한다.

  이처럼 우리에게 절실한 수학교육은 실생활에 써먹을 수 있는 수학을 창의적으로 배우는 일이다. 일례로 이 책에는 세계 최초의 로켓 설계도라면서 중국의 예를 들고 있다. 14세기에 중국에 '불을 뿜는 용'(다단 로켓의 시초)이 있었다고 소개하고 있는데, 이는 우리의 '신기전'에 해당하는 이야기가 아닌지 궁금하여 조사를 해보니 고려말 최무선의 '달리는 불(주화)'을 계량하여 세종30년(1448)에 신기전을 만들었다는 기록이 있었다. 그런데 우리는 더이상의 로켓은 만들 수 없었다. 세종 이후로 우리의 과학기술은 멈춰버렸기 때문이다. 그러나 지금은 과학기술이 매우 절실하다는 걸 느끼며 사는 시대이다. 이런 때에 '기초과학'인 수학을 발달시키지 않으면 안 될 것이다. 이 책을 읽으며 더욱 확신에 들었다. 수학은 모든 학문의 기본이라고 말이다.

이 리뷰는 예스24 리뷰어클럽을 통해 출판사에서 도서를 제공받아 작성되었습니다