1900년, 영국의 물리학자 켈빈 경은 물리학의 미래에 대해 이렇게 선언했다. “앞으로 물리학에서 더 발견될 새로운 것은 없으며, 남아 있는 것이라고는 더 정확한 측정일 뿐이다.” 그러나 이 예측은 몇 년도 가지 않아 보기 좋게 깨졌다. 1905년, 스위스 특허청 직원인 26살의 새파란 젊은이 알버트 아인슈타인이 광속도 불변의 법칙을 내세운 특수 상대성 이론을 발표해, 시간과 공간에 대한 기존의 개념을 혁명적으로 바꿔버린 것이다. 그뿐 아니었다. 1916년에는 물체의 질량이 시공간을 휘게 만든다는 일반 상대성 이론이 역시 아인슈타인에 의해 발표되었으며, 곧이어 양자역학이 나타나 물리학 지형을 대대적으로 개편하기에 이른 것이다. 과연 물리학의 끝은 어디일까? 이것은 우주의 신비가 남김없이 다 풀릴 수 있을 것인가라는 질문과 등가이다. 오늘날 어떤 물리학자도 인류의 지식이 완성에 가깝다고 주장하지 않는다. 우주란 하나의 신비가 풀리면 열 개의 다른 신비가 튀어나오는 프랙탈 같은 속성을 가지고 있기 때문이다. 현존 우주의 신비 중 최대의 것을 들라면, 단연 암흑물질과 암흑 에너지일 것이다. 어쩌면 이 미스터리들은 영원히 풀리지 않을지도 모르지만, 수많은 과학자들이 맹렬하게 그 답을 추구하고 있는 중이다. 비록 그 해답은 모르더라도, 우리가 무엇을 모르고 있는지 알아보는 것도 충분히 가치있는 일이기 때문이다. ​암흑 에너지란 무엇인가? 천체 물리학자들이 아무리 숫자를 이리저리 꿰어맞추더라도 그 계산서는 우주를 제대로 설명하지 못하고 있다. 무엇보다 우주가 담고 있는 물질의 질량을 가진 중력은 우주의 ‘천’이랄 수 있는 시공간을 안쪽으로 잡아당기고 있다고 보아야 한다. 그렇다면 우주는 마땅히 쪼그라들어야 함에도 불구하고 현실은 그 반대이다. 더욱 빠른 속도로 팽창을 거듭하고 있는 것이다. 그렇다면 무엇이 우주를 이처럼 팽창시키고 있는 걸까? 도대체 어떤 힘이 우주를 잡아늘이고 있다는 말인가? 물리학자들이 내놓은 답은 중력에 반하는 척력이 시공간을 밀어내어 우주를 팽창시키고 있으며, 그들은 그 정체 모를 힘에 ‘암흑 에너지’라는 이름을 붙여주었다. 1998년, 1a형 초신성을 이용하여 우주의 팽창속도 변화를 연구하던 관측결과에 의하면 우주의 팽창속도는 느려지는 것이 아니라 빨라지고 있음이 밝혀졌다. 그들이 얻은 결과에 의하면 오늘날 우주는 70억 년 전 우주에 비해 15%나 빨라진 속도로 팽창하고 있다. 이 놀라운 사실을 알아낸 과학자들에게는 2011년 노벨 물리학상이 주어졌다. 가장 널리 받아들여지는 암흑 에너지의 모델은 공간 자체가 갖고 있는 어떤 고유의 힘으로 파악된다. 따라서 우주가 팽창하면 그만큼 더 많은 암흑 에너지가 생산되는데, 놀랍게도 우주의 총 에너지-물질의 양 중 73%나 차지하고 있는 것으로 밝혀졌다. 이 암흑 에너지로 인해 우리는 우주공간이 말 그대로 텅 빈 공간만은 아님을 알게 되었다. 입자와 반입자가 끊임없이 생겨나고 스러지는 역동적인 공간으로, 이것이야말로 우주공간의 본원적 성질임을 어렴풋이 인식하게 된 것이다.암흑물질이란 무엇인가? 1933년 우주론 역사상 가장 기이한 내용을 담고 있는 주장이 발표되었다. 내용인즉슨, “정체불명의 물질이 우주의 대부분을 구성하고 있다!”는 것으로, 우주 안에는 우리 눈에 보이는 물질보다 몇 배나 더 많은 암흑물질이 존재한다는 주장이었다. 암흑물질의 존재를 인류에게 최초로 고한 사람은 스위스 출신 물리학자인 칼텍 교수 프리츠 츠비키(1898~1974)였다. 츠비키는 머리털자리 은하단에 있는 은하들의 운동을 관측하던 중, 그 은하들이 뉴턴의 중력법칙에 따르지 않고 예상보다 매우 빠른 속도로 움직이고 있다는 놀라운 사실을 발견했다. 그는 은하단 중심 둘레를 공전하는 은하들의 속도가 너무 빨라, 눈에 보이는 머리털 은하단 질량의 중력만으로는 이 은하들의 운동을 붙잡아둘 수 없다고 생각했다. 이런 속도라면 은하들은 대거 튕겨나가고 은하단은 해체돼야 했다. 여기서 츠비키는 하나의 결론에 도달했다. 개별 은하들의 빠른 운동속도에도 불구하고 머리털자리 은하단이 해체되지 않고 현상태를 유지한다는 것은 우리 눈에 보이지 않는 암흑물질이 이 은하단을 가득 채우고 있음이 틀림없다. 머리털자리 은하단이 현상태를 유지하려면 암흑물질의 양이 보이는 물질량보다 7배나 많아야 한다는 계산도 나왔다. 그러나 이 같은 주장은 워낙 파격적이라 학계에서 간단히 무시되었다. 그로부터 80여 년이 지난 현재, 전세는 대반전되었다. 암흑물질이 우리 우주의 운명을 결정할 거라는 데 반기를 드는 학자들은 거의 사라지고 말았다. 문제는 암흑물질이 과연 무엇으로 이루어져 있는가 하는 점이다. 이것만 안다면 다음 노벨상은 예약해놓은 거나 마찬가지다. 그래서 많은 학자들의 그 정체 규명에 투신하고 있지만, 아직까지는 뚜렷한 단서를 못 잡고 있다. 암흑물질이 빛은 물론, 어떤 물질과도 거의 상호작용을 하지 않는 만큼 단서를 잡아내기가 쉽지 않기 때문이다. 현재 우주배경복사와 암흑물질 연구에서 선구적 역할을 하는 것은 윌킨슨 초단파 비등방 탐사선(WMAP)이다. 이 위성은 2002년 부터 몇 차례에 걸쳐 매우 정밀한 우주배경복사 지도를 작성했다. 우주는 이 가시물질 4%와 암흑물질 22%, 그리고 암흑 에너지 74%라는 비율로 이루어져 있어, 우주의 대부분은 눈에 보이지 않는 미지의 물질로 채워져 있음이 윌킨스 탐사선에 의해 밝혀졌다. 암흑물질은 우주의 생성과정과도 밀접하게 연관되어 있다. 우리가 관측적으로 얻어낸 우주의 은하 분포는 암흑물질이 없이는 가능하지 않다는 것이 현대 우주론의 결론이다. 은하를 만드는 과정에서 암흑물질이 중력으로 거대구조를 미리 만들지 않았다면, 현재와 같은 은하의 분포를 보일 수 없다는 것이다. 앞으로 우주의 운명은 팽창-수축 여부를 결정할 암흑물질과 암흑 에너지에 의해 결정될 거라는 게 과학자들의 생각이다. 두 ‘암흑’이 현대천문학 최대의 화두이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

하수구에 머리가 낀 너구리를 구하기 위해 10여 명의 구조대원과 주민들이 팔을 걷어붙였다. 지난 1일(현지시간) 아침 미국 매사추세츠주 뉴턴시의 한 주택가에 여러 명의 소방대원이 집결했다. 하수구에 머리가 낀 너구리를 구조해달라는 신고가 접수된 것. 현장에는 하수구에 대롱대롱 매달린 너구리가 마치 “살려달라”는 듯 소방대원들을 올려다보고 있었다.이날 모인 8명의 소방대원은 암컷 너구리의 머리를 빼내기 위해 물을 뿌리는 등 온갖 방법을 동원했지만, 단단하게 낀 너구리의 머리는 쉽게 빠지지 않았다. 결국, 하수구를 통째로 꺼낸 소방대원들은 너구리가 지칠까 봐 주기적으로 수분을 공급하며 2시간여 만에 마침내 구조작업을 마무리할 수 있었다.뉴턴소방서 측은 “머리가 끼여 꼼짝없이 하수구에 매달려 있던 암컷 새끼 너구리가 2시간의 구조작업 끝에 무사히 빠져나왔다”라면서 “우리 뉴턴소방서는 앞으로도 4개의 다리를 가진 친구들을 기꺼이 돕겠다”라는 뜻을 밝혔다. 구조 직후 동물센터로 이송된 너구리는 오랜 시간 하수구에 끼어 있느라 목이 부어오르긴 했지만 별다른 이상이 없어 다음 날 자연으로 돌아갔다.뉴턴소방서 에릭 프리케서장은 워싱턴포스트와의 인터뷰에서 너구리 구조작전은 15년 만에 처음이라고 설명했다. 그는 “비눗물로 마찰을 줄이는 과정이 99%를 차지했는데, 그동안 너구리가 잘 버텨준 덕분에 구조작업이 무사히 끝났다”라고 말했다. 구조 다음날 너구리를 놓아주기 위해 다시 현장으로 간 소방대원들은 감사를 전하듯 한 차례 뒤를 돌아본 뒤 숲속으로 향하던 너구리의 모습에 뿌듯함을 느꼈다고 입을 모았다. 한편 너구리 구조작전을 접한 뉴턴시 시민들은 “인간성의 회복을 본 것 같다”라며 뉴턴소방서와 의료센터 측에 박수를 보냈다. 사진=뉴턴시 소방당국 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

당시 서울 특파원 근무 대만 주리시 교수 300여장 CD에 담아 이한열사업회 전달 “새로운 사진 많아 단독 전시회 열 계획”1987년 6월 민주항쟁 당시 서울에서 근무하던 외신 기자가 찍은 고 이한열 열사의 장례식 사진이 국내에 처음 공개됐다. 14일 이한열기념사업회에 따르면 언론인 출신 주리시 대만정치대 한국어과 교수는 이 열사가 경찰이 쏜 최루탄에 맞아 쓰러져 숨진 1987년 7월 5일부터 장례식이 열린 9일까지의 상황이 담긴 사진을 지난달 5일 기념사업회에 전달했다. 사진들은 주 교수가 1987년 서울에서 외신 특파원으로 근무하며 촬영한 컬러본이다. 주 교수는 약 300장의 사진을 CD에 담아 보냈다. 외신 기자가 6월 항쟁 관련 사진을 사업회에 전달한 사례는 처음이 아니다. 2017년에도 외신 기자 네이선 벤과 킴 뉴턴이 관련 사진을 사업회에 제공했다. 사업회는 “주 교수 사진들은 그동안 알려지지 않았던 장례식 전후 시위와 운구 행렬 모습 등이 담겨 있어 의미가 크다”고 설명했다. 사업회가 공개한 사진에는 이 열사가 운구되던 1987년 7월 9일 연세대 앞 철길 위에서 운구 행렬을 보려는 시민들이 기차에 위태롭게 매달린 모습, 장례식 당일 연세대 정문 앞을 지나는 운구 행렬, 도로를 가득 채운 시민들의 모습 등이 담겼다. 당시 연세대 총학생회장이었던 더불어민주당 우상호 의원이 이 열사의 영정을 들고 오열하는 모습도 근접 촬영됐다. 또 시위대 숫자만큼 많은 전경이 방패를 들고 헬멧을 쓴 채 시위대를 지켜보는 사진도 있다. 이경란 이한열기념관장은 “이 사진으로 당시 시민들이 얼마나 이 열사의 죽음을 안타까워했는지 다시 한번 알 수 있었다”면서 “한국의 민주화는 타인(외신)의 시선으로 봐도 중요한 사건이었다”고 말했다. 사업회 페이스북에 관련 사진 9장을 올린 이 관장은 “전달받은 사진이 약 300장이고, 새로운 사진도 많아 단독 전시회를 열 계획”이라고 밝혔다. 김정화 기자 clean@seoul.co.kr

삼라만상을 이루고 있는 다양한 물질 중에서 가장 경이로운 존재가 무형으로는 빛, 유형으로는 물이 아닌가 싶다. 지구 표면의 71%를 뒤덮고 있는 물은 수백만 종에 이르는 지구상의 생명들을 빚어냈고, 오늘날에도 뭇생명들은 물에 의지해 생을 영위해나가고 있다. 우리 몸 역시 70%가 물로 이루어져 있다. 따라서 물을 마시지 않고는 단 며칠도 버틸 수 없다. 이처럼 물은 생명에 필수적인 요소이다. 물이 산소와 수소로 이루어진 화학물질이라는 사실을 최초로 밝혀낸 사람은 200여 년 전 프랑스 화학자인 앙투안 라부아지에였다. 1783년 라부아지에가 이 같은 사실을 발표했을 때 사람들은 크게 놀랐다. 왜냐하면 그때까지만 해도 사람들은 고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스가 주장한 대로 물이 세상을 이루는 기본적인 물질인 원소라고 믿고 있었기 때문이다. 아리스토텔레스의 까마득한 선배격인 탈레스는 ‘물이 만물의 근원’이라는 일원설(一元說)을 주장하기도 했다. 그러나 세상 사람들보다 더욱 놀란 사람은 그 같은 사실을 알아낸 라부아지에 자신이었다. 수소는 불을 붙이면 폭발하는 기체이고, 산소 역시 불에 무섭게 타는 기체이다. 그러나 이 둘이 결합하면 불을 끄는 물이 된다는 사실을 최초로 알았을 때 라부아지에는 자연의 신비에 전율하지 않을 수 없었던 것이다. 그렇다면 이 물은 언제 어떻게 우주에 나타나게 된 것일까? 아주 최근의 따끈한 발견에 의하면 물은 우주가 탄생한 지 10억 년 남짓 지났을 무렵인 120억 년 전부터 우주에 등장했다고 하며, 인류는 그것을 직접 눈으로 확인까지 했다는 보고가 나왔다.2011년 7월 초거대블랙홀 천체인 퀘이사 APM 08279+5255라는 활발한 은하 부근에서 천문학자들은 거대한 우주 저수지를 발견했다. 그곳 구름에는 지구 바닷물 양의 140조 배 이상의 물이 포함되어 있었다. 상상을 초월하는 어마무시한 수량이다. 그렇다면 물은 우주 초창기부터 아주 풍부하게 우주에 존재했다는 얘기가 된다. 이토록 많은 물은 어떤 경로로 만들어졌을까? 그 경로를 한번 따라가보도록 하자. ​ 빅뱅의 우주공간은 수소 구름의 바다였다 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 출발한 직후, 태초의 우주공간은 수소와 헬륨으로 가득 채워졌다. 수소와 헬륨의 비율은 약 10대 1 정도였는데, 그 비율은 오늘날까지 거의 변하지 않고 있다. 130억 년 이상 별들이 수소를 태웠지만 우주 전체 규모로 봤을 때는 미미한 양이기 때문이다. 현재 우주의 물질 구성은 수소와 헬륨이 99%를 차지하며 다른 중원소들은 1% 미만이다. 어쨌든 수소와 헬륨 외의 90여 가지 원소들 중 원소번호 26번인 철 이하는 모두 핵융합하는 별 속에서 만들어졌으며, 그 이후 우라늄까지의 중원소들은 모두 거대 항성이 종말을 맞는 방식인 초신성 폭발 때 만들어졌다. 폭발 때의 엄청난 온도와 압력으로 인해 핵자들이 원자핵 속을 파고들어 금이나 우라늄 등 중원소들을 벼려냈던 것이다. 이런 엄청난 고온이나 압력은 지구상에서는 도저히 재현해낼 수 없는 것으로, 옛날 연금술사들이 온갖 방법으로 금을 만들어내려던 것은 사실상 헛고생에 지나지 않은 셈이다. 그 연금술사 속에는 인류 최고의 과학천재 뉴턴도 끼어 있다. 초신성이 터질 때 별 속에서 만들어졌거나 또는 폭발시에 벼려졌던 모든 원소 가스와 별먼지가 우주공간으로 내뿜어진다. 이 별먼지가 바로 성운으로 다른 별을 만드는 재료로 쓰인다. 이른바 별의 윤회인 셈이다. 그러나 별을 만드는 데 사용되지 않은 원소들은 우주공간에 떠돌다가 다른 원소들을 만나 결합한다. 산소 원자 하나가 수소 원자 두 개를 붙잡으면 H2O, 바로 물분자가 되는 것이다. ​이들이 행성이나 소행성들이 만들어질 때 합류한다. 지금도 우주를 떠도는 수많은 소행성, 혜성들은 이 물분자가 만든 얼음덩어리로 되어 있다. 우주에서 물이 생성되는 과정을 축소하여 태양계 버전으로 살펴본다면, 내부 태양계가 물을 수용할 수 있는 방법은 두 가지로, 하나는 위 그림에 나오는 설선 안에서 물 분자가 먼지 입자에 들러붙는 것이고(말풍선 그림), 다른 하나는 원시 목성의 중력 영향으로 탄소질 콘드라이트가 내부 태양계로 밀어넣어지는 것이다. 이 두 가지 요인에 의해 태양계가 형성된 지 1억 년 안에 물이 내부 태양계에서 만들어진 것으로 과학자들은 보고 있다.우주공간에서 만들어진 물은 태양과의 거리에 따라 다른 양태로 존재하게 되는데, 따뜻한 내부 태양계에서는 외부 태양계에 비해 얼음이 안정되지 않은 상태로 있는 데 반해, 푸른색의 외부 태양계는 얼음이 안정된 상태다. 그 경계선을 설선(雪線)이라 한다. 지구 바다는 소행성이 가져다준 것 그렇다면 물의 행성이라 불리는 우리 지구의 바다는 어디에서 온 것일까? 대부분의 과학자들은 지구의 바다가 원래 지구에 있던 물에서 비롯되었다고 보지 않고 있으며, 태양계 내의 어디로부터 온 것이라는 생각을 갖고 있다. 지구 바다의 기원은 종래 소행성과 혜성이 지목되었지만, 최근의 연구에 의하면 거의 소행성의 소행으로 굳어져가는 추세다. 지구 바다의 근원을 결정짓기 위해 과학자들은 수소와 그 동위원소인 중수소의 비율을 측정했다. 중수소란 수소 원자핵에 중성자 하나가 더 있는 수소를 말한다. 우주에 있는 모든 중수소와 수소는 138억 년 전 빅뱅 직후에 만들어진 것으로, 그 비율은 중요한 의미를 갖는다. 물에 있는 이 두 원소의 비율은 그 물이 만들어진 때의 장소에 따라 다르게 나타난다. 그래서 외부 천체에서 발견된 물의 중수소 비율을 지구의 물과 비교해봄으로써 그 물이 같은 근원에서 나온 것인가, 곧 같은 족보를 가진 것인가를 알아낼 수 있는 것이다. 중수소는 지구상에서는 만들어지지 않는 원소이다. 이 중수소의 비율을 측정해본 결과, 지구 바다의 물과 운석이나 혜성의 샘플이 공히 태양계가 형성되기 전에 물이 생겨났음을 보여주는 화학적 지문을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 사실은 적어도 지구와 태양계 내 물의 일부는 태양보다도 더 전에 만들어진 것임을 뜻한다. 유럽우주국(ESA)이 67P 혜성 탐사를 위해 띄운 로제타호가 이온 및 중성입자 분광분석기(Rosina)를 이용해 혜성의 대기 성분을 분석한 결과, 지구의 물과는 다른 중수소 비율을 가진 것으로 밝혀졌다. 중수소의 비율은 물의 화학적 족보에 해당하는 것으로, 지구상의 물은 거의 비슷한 중수소 비율을 갖고 있다. 이 같은 로제타의 분석은 혜성이 지구 바다의 근원이라는 가설을 관에 넣어 마지막 못질을 한 것으로 받아들여지고 있다. 이는 또한 우리 행성에 생명을 자라게 한 장본인은 소행성임을 증명하는 것이기도 하다. 물 분자들은 태양과 그 행성들을 만든 가스와 먼지 원반에 포함된 물질이었다. 그러나 38억 년 전의 원시 지구는 행성 형성 초기의 뜨거운 열기로 인해 바위들이 녹아버린 상태여서 물이 존재할 수가 없었다. 지구의 모든 수분은 증발하여 우주로 달아나고 말았던 것이다. 그후 원시 지구는 한때 가혹한 소행성 포격 시대를 겪었다. 이들 천체는 거의 얼음으로 이루어진 것으로, 어느 정도 식은 원시 지구에 대량 충돌해 바다를 만들었다고 과학자들은 생각하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

설탕을 고발한다/게리 타우브스 지음/강병철 옮김/알마 428쪽/1만 9700원 설탕 없이 살 수 없다. 내 몸의 70%가 물이라면, 30%쯤은 설탕일지도 모르겠다. 라면을 먹더라도 디저트는 필수고, 비상약 챙기듯 초콜릿 봉투가 가방 어디엔가 늘 있다. 일상 식사에도 설탕이 얼마나 많이 들어가는지는 익히 알고 있으면서도 축하할 일이 생기면 ‘달달한 것’을 먹으러 간다. 손님이 오면 흰 설탕을 미지근한 물에 휘휘 풀어 대접하던 시절 이후, 우리에게 설탕은 일상식이자 특별식, 쾌락과 축하와 환대의 이름이다. “독자들은 이 책을 사랑하면서도 미워할 것이다”라는 ‘퍼블리셔스 위클리’의 평은 정확하다. 이 책은 울고 있는 아이의 손에서 사탕을 빼앗듯 우리에게서 설탕을 빼앗는다. 저자는 제목에서부터 수미일관하게 강경하고 엄격한 자세를 취한다. 흡연과 폐암의 인과관계를 설명하듯, 설탕과 당뇨병·비만을 연결 짓는다. “‘과잉 섭취’나 ‘과식’ 같은 말이 의미하는 것처럼 단순히 이런 설탕들을 너무 많이 먹기 때문에 당뇨병과 비만이 생기는 것이 아니라, 설탕 자체가 인체 내에서 독특한 생리학적, 대사적, 내분비적(호르몬 관련) 효과를 일으켜 질병들의 직접적인 원인이 된다는 뜻이다.” 설탕이 썩 좋지 않다는 건 알고 있지만, “설탕은 독소”라는 주장은 지나치게 과격해 보인다. 그러나 저자는 10년이라는 적지 않은 시간을 들여 자신의 주장에 설득력을 실었다. 저자인 게리 타우브스는 과학 및 건강분야의 탐사 전문기자로, ‘굿 칼로리 베드 칼로리’, ‘왜 우리는 살찌는가’를 써서 치열한 논쟁을 불러일으켰다. 그의 태도는 분명하다. “과학이란 자연에서 관찰한 현상을 설명하는 것이며, 가능한 한 가장 단순한 설명을 추구하는 것이다. 뉴턴이 말했듯 가장 단순한 설명이야말로 진실인 동시에 충분하다.” 그는 수많은 실험과 증거들을 내세워 “영양학계에서 고집스럽게 주장하는 가설, 너무 많이 먹고 너무 조금 움직이기 때문이라는 단순한 가설”을 명쾌하고 분명한 설명으로 반박한다. 설탕이라는, 이토록 달콤하고 중독성 있으며 쉽게 섭취가 가능한 것을 끊으려면 보통 이상의 의지가 필요하다. 이 책을 읽으면 그 ‘의지’가 생긴다. 역시 최고의 설득력은 사실에서 온다.

미국프로풋볼(NFL) 캐롤라이나 팬더스의 쿼터백 캠 뉴턴이 최근 프랑스 파리를 떠나 노스캐롤라이나주 샬럿으로 돌아오는 여객기의 일등석 손님에게 현금 1500달러(약 173만원)를 줄테니 자신의 자리와 바꿔달라고 제안했다가 퇴짜 맞는 동영상이 입길에 오르고 있다. 대서양이나 태평양을 건너는 장거리 비행 중이라면 누구나 비좁은 좌석을 넉넉한 자리와 바꾸고 싶다는 생각을 할 수 있다. 하지만 상당한 액수를 그것도 현금으로 지불하겠다고 제안하는 일은 쉽지 않은 일이다. 더욱이 NFL에서 가장 잘나가는 쿼터백으로 얼굴이 널리 알려진 그에게는 더욱 그랬을지 모른다. 그런데도 파리 패션 위크 행사에 참석했다가 돌아오는 길이었던 뉴턴은 키 196㎝에 몸무게 111㎏인 자신의 체격에 어울리지 않는 좌석이란 점을 깨닫고 일등석의 누군가와 자리를 바꾸려고 다가갔다. 그런데 일등석의 이 손님, 쿨하게 거절했다. 머쓱해진 뉴턴은 제자리로 돌아가 앉았는데 비교적 넉넉하게 다리를 뻗을 수 있어 보였다. 그뿐이다. 더 이상 어떤 일도 벌어지지 않았다. 하지만 24일(현지시간) 동영상과 함께 이 소식을 전한 야후! 스포츠는 몇 가지 의문점이 남는다고 했다. 우선 왜 돈 많은 슈퍼스타가 애초에 비좁은 코치 석을 예약했을까? 비행을 앞두고 제때 탑승권을 손수 확인하지 못했을까? 스폰서에게 버림 받은 것일까? 그런 자리를 예약한 여행사 직원이 해고당하지는 않았을까? 현찰로 1500달러를 제안할 정도였다면 왜 진작 다른 편 예약을 알아보지 않은 걸까? 파리발 샬럿행 여객기라면 아주 초보적인 구글 검색만 해도 2000달러도 안 든다는 것을 알 수 있는데 문제의 여객기에 탑승하지 않고 스스로 넉넉한 자리가 보장된 비행기를 예약할 수 있었지 않을까 등이다. 하나 덧붙이자면 뉴턴이 그렇게 떠들어데는데도 일등석의 또다른 누군가 냉큼 일어나 1500달러를 채가면서 자리 바꿔주겠다고 나서지 않은 점도 놀랍긴 하다고 야후! 스포츠는 덧붙였다. 임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

메가스터디교육㈜ 서초 메가스터디 기숙학원이 반수전용반을 신축하고 2020학년도 반수시작반을 개강한다고 밝혔다. 서초 메가스터디 기숙학원은 반수시작반 학생들의 반수성공을 위해 최적화된 커리큘럼과 다양한 학습지원 시스템을 갖추고 있다. 우선 반수생을 위해 모든 수업이 새롭게 시작된다. 수능 실전 감각을 빠르게 되찾고 실수를 반복하지 않도록 국어, 수학, 영어, 과학탐구 모든 과목의 수업이 처음부터 시작된다. 수업의 효율을 높이기 위해 정규수업 외에 EBS 무료특강, 6월 평가원 모의고사 무료특강뿐 아니라 개인별 취약과목을 보완하는 클리닉 수업과 단원별 킬러 문항 분석을 통한 레벨업 수업 등을 제공해 학생 자신의 약점을 보완할 수 있도록 돕고 있다. EBS 변형문제를 풀어보고 피드백 받는 ‘LTE 모의고사’를 활용한 실전감각을 배양하고 최신경향 문제를 통해 대응능력과 문제 해결 능력을 향상시키고 있다. 학생 개개인에 꼭 맞는 논술 첨삭서비스를 제공하는 ‘메가스터디 논술 모의고사’, 국어 고난도 지문 내용의 관계성 파악을 위한 ‘메가스터디 솟대 국어 모의고사’, 과학탐구 문제풀이를 통해 지속적인 감각을 유지하는 ‘메가스터디 뉴턴 모의고사’ 등 학생들의 성적향상을 위한 실전 모의고사 솔루션을 제시하고 있다. 마지막으로 반수생은 1학기를 먼저 시작한 학생들과 함께 생활하기에 수업, 교실, 숙소, 분위기 등 적응하는 것에 대해 많은 고민이 있을 것이다. 서초 메가스터디 기숙학원은 이러한 고민 해결책으로 반수생들을 위한 반수전용관을 새롭게 신축했다. 서초 메가스터디 기숙학원 관계자는 “성공적인 대입을 꿈꾸는 학생 누구든 서초 메가스터디 기숙학원 반수전용관에서 효율적인 교육 프로그램, 세심한 학생관리 시스템과 전략적 진학지도를 만나볼 수 있다”고 전했다. 서초 메가스터디 기숙학원 반수시작반은 6월 22일에 개강한다. 자세한 사항은 홈페이지 혹은 학원에서 확인할 수 있다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

우주 전문 사이트 스페이스닷컴 5일자(현지시간)에 그레그 우에노의 시간 여행에 관한 흥미로운 칼럼이 발표되어 아래에 소개한다. 우에노는 과학의 대중화를 위해 많은 글을 써온 미국의 유명 과학 칼럼니스트이다. '할아버지 패러독스'는 우리가 시간을 거슬러 과거로 여행할 때 생길 수 있는 논리적인 문제이다. 만약 어떤 사람이 과거로 여행을 떠나 자기 할아버지가 자기 아버지를 낳기 전에 그를 죽인다면, 그 자신은 태어나지도 못하게 된다. 이건 모순이다. 그래서 할아버지 패러독스란 이름을 얻게 되었다. 따라서 만약 시간여행이 가능하게 된다면 이런 모순을 어떻게든 피해야 한다는 문제가 생긴다. 시간여행의 논리적 불일치는 시간 왜곡(time-warping)을 다룬 SF에 자주 등장하는 주제이지만, 철학자들에게도 흥미로운 문제이기도 하다. 물리학과 철학에 관해 많은 책을 쓴 뉴욕대학의 철학자 팀 모들린은 할아버지 패러독스 초기 버전에서 이런 논리적 근거를 들어 시간여행이 불가능하다고 주장한다. 그는 “말하자면 그것은 지금 당장 젖지 않고는 완전히 마를 수 없는 것과 같은 이치”라고 비유하면서 “따라서 시간여행이란 논리적으로 불가능한 일이다. 더 이상 뭘 설명해야 하나?”라고 못박았다. 그러나 할아버지 패러독스 같은 모순이 곧 시간여행이 불가능하다는 것을 의미하지는 않는다. 시간여행의 논리적 일관성은 시간의 개념에 크게 달려 있으며, 물리학자들은 시간의 개념화를 여러 가지 다른 방법으로 모색하고 있다. 예를 들어, 물리학의 일부 법칙이 결정론적이 아니라 확률론에 따른다면, 시간의 역행으로 인해 여러 다른 결과가 발생할 가능성이 있으며, 그 중 일부는 모순되지 않을 수도 있다. “논리적으로 일관된 해결책이 없는 상황을 생각해내는 것은 생각보다 더 어렵다”고 말하는 모들린은 논리적으로 모순이 없는 시간여행 이야기를 위해, 그는 여행자가 시간을 거슬러 올라가서 자신을 쏘는 예를 제시한다. 시간여행자인 ‘그’는 ‘과거의 자신’을 죽이기 위해 총을 쏘지만 손이 떨리는 바람에 상처를 입히는 것으로 끝나고 만다. 여행자의 과거 버전에서 신경 손상을 입은 그 자신은 남은 생애 동안 수전증을 겪게 된다는 논리이다. 시간여행의 개념은 또한 과거의 인과관계나 역인과 관계를 변화시키는 아이디어와 분리될 수 있다. 그러나 모들린은 역인과관계가 가능하다고 생각하지 않는다. “역인과관계는 시간 자체의 본성에 반하는 것”이라고 규정하는 그는 “그것은 다수 의견이 아니다” 라고 덧붙였다. 그렇다면 시간이란 무엇인가? 서양 문화권의 사람들은 시간을 선(線)으로 생각하는 경향이 있다. 현재는 그 선의 가운데 어딘가에 있는 한 지점이며, 그 지점을 중심으로 하여 양방향으로 과거와 미래가 뻗어 있다고 생각하는 것이다. 시작이나 끝이 있을 수도 있지만, 끝이 없을 수도 있다. 지구 시간에 대한 뉴턴적인 개념은 우주의 모든 곳에서 같은 시간대가 적용된다는 생각이다. 그러나 철학자나 과학자, 또는 SF 작가 들은 더 많은 차원과 기능을 가진 다양한 버전의 시간을 꿈꿔왔다. 시각적으로 보면, 루프, 원, 모래 시계, 뫼비우스 띠, 튜브의 형태를 취한다. 아인슈타인의 상대성 이론은 특히 시간 개념에 큰 영향을 미쳤다. 상대성 이론은 이론적으로 닫힌 시간꼴 곡선(Closed timelike Curve)으로 일컬어지는 구조에서는 공간과 시간이 그 자체로 포개지는 것을 허용한다. 이러한 시간 루프가 존재하면 루프 내부의 사람들이 동일한 순간을 재방문할 수 있으므로 시간여행의 한 형태가 된다. 시간여행 이야기는 시간여행이 가능하다는 가정 하에서 이루어지지만, 작가들은 시간여행에 따르는 역설에 대해 그다지 걱정하지 않는 듯하다. 작가는 개인적 또는 역사적 사건에 관해 ‘만약’이라는 꼬리표를 붙인 흥미로운 질문을 제기할 수 있다. 모들린은 논리적으로 일관성을 갖추려는 노력에 감사하지만, 시간여행은 대부분 이야기를 위한 단순한 장치라고 규정하면서 “요점은 시간여행이 아니라 반사실적이라는 것”이라고 덧붙였다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

의학·신학보다 자연·생명에만 관심 집 뒷마당서 비둘기 사육 등 ‘바보 실험’ 7명 자녀·주변인들과 소통하며 연구 ‘종의 기원’은 새로운 시각에서 시작신이 자연을 설계했다는 자연신학에 맞선 진화론으로 근대 과학계를 뒤흔든 영국 생물학자 찰스 다윈(1809~1882). 사람들은 그를 ‘위대한 과학자’라 부른다. 심지어 미국 철학자 대니얼 데닛은 다윈을 뉴턴, 아인슈타인보다 더 위대한 사상가로 치켜세운다. 에든버러대에서 의학공부를 한 지 2년도 못 돼 낙향하는가 하면 케임브리지대에서 신학 공부를 하면서도 생명에만 관심을 가졌던 다윈. 그는 어찌 보면 시대에 적응하지 못한 문제아이자 이단아였다. 미국 웨스턴캐롤라이나대 생물학 교수인 저자는 지금까지 알려진 다윈보다 더 솔직한 다윈을 추적했다. 오랜 천착의 결실인 이 책을 통해 다윈은 이렇게 정의된다. ‘끊임없이 관찰, 실험하고 주변사람들과 소통한 인간적인 과학자’.비글호에 몸을 싣고 5년여에 걸쳐 진행했던 남아메리카 탐방은 다윈의 인생 행로를 결정지은 단초임에 틀림없다. 다윈은 좁은 선실에서 우상인 찰스 라이멜의 저서 ‘지질학 원리’를 탐독했고 정박지마다 열대림과 해안의 온갖 동식물을 관찰, 채집했다. 19세기 과학계를 뒤집어놓은 진화론의 결정체인 ‘종의 기원’은 바로 갈라파고스를 포함한 그 탐험에서 연원을 찾을 수 있다. 하지만 정작 ‘종의 기원’을 비롯한 큰 업적이 어디서 발현했는지는 잘 알려지지 않았다. 책은 다윈이 40년간 살며 위대한 발견을 도출해 낸 다운하우스의 시골집 뒷마당에 현미경을 들이댄다. 그 뒷마당 실험실에서 어떤 일이 일어났는지, 어떤 이들과 교류하고 고민했는지를 세밀하게 소개한다. 다윈은 아버지로부터 외면당한 과학자다. 줄창 생명과 자연에만 관심을 쏟는 다윈을 향해 아버지는 ‘가족과 네 자신에게 부끄러운 존재가 될 것이다’는 폭언을 했다고 한다. 대신 다윈은 할아버지의 기질을 더 많이 받았다. 영국의 유명 시인 콜리지가 ‘다윈화하기’(darwinizing)라는 단어를 만들만큼 대담한 창의력을 지닌 의사 겸 시인이었던 할아버지 이래즈머스 다윈. 저자는 할아버지의 기질을 물려받아 평범한 것을 새로운 시각으로 바라보며 숨겨진 의미를 발견하려 한 것이 위대한 ‘종의 기원’의 시작이라고 잘라 말한다. ‘발견을 위한 진정한 항해는 새로운 풍경을 찾는 데 있는 게 아니라 새로운 시각을 갖는 데 있다.’ 프랑스 소설가 마르셀 프루스트의 일갈처럼 다윈은 당대의 주류인 자연신학에 의심을 품고 자연의 진리를 밝히기 위해 실험을 멈추지 않았다. 바로 그 의심과 실험의 역사적 장소가 집 뒷마당 실험실이다. 종의 이동 실험을 위해 오리발로 만든 달팽이 사육장과 갖가지 농도의 소금물 항아리들, 실험용 씨앗을 얻기 위한 잡초 정원, 변이 실험을 위해 만든 따개비밭과 비둘기 사육장….그곳에서 다윈이 진행한 온갖 관찰과 실험 과정을 읽는 재미가 쏠쏠하다. 전 세계에서 수집한 비둘기를 키우고 온실에서 덩굴식물을 키우며 아이들과 함께 벌들을 쫓아다닌다. 파리지옥에 손톱과 머리카락을 먹이로 주는가 하면 지렁이에게 합주곡을 들려주는 등 기상천외한 방법으로 진화론이라는 획기적인 아이디어를 실험했다. 저자는 특히 그 기발하고 독특한 실험이 세상과 동떨어져 혼자만의 연구로 이루어진 게 아님을 강조한다. 7명의 자녀가 다윈 곁에서 언제나 기꺼이 조수 역을 맡았다고 한다. 사촌과 조카는 물론 집사와 가정교사까지 자신의 연구에 끌어들이는 데 능숙했으며 친구와 지인들을 동원해 표본을 구하거나 실험에 필요한 도움을 구했고 동료들에게도 수시로 조언을 받았다. 다윈 자신도 그 실험들을 가리켜 ‘바보실험’이라 부르곤 했다고 밝힌 저자는 이렇게 쓰고 있다. “다윈은 한때 새로운 풍경을 찾아 세계를 여행했지만 나머지 시간은 자신의 주변을 새로운 시각으로 살펴보는 법을 터득하면서 보냈다. 우리도 실험가 다윈을 알아 가다 보면 친숙함 속에서도 친숙하지 않은 것을 발견하는 법을 배울 수 있다.” 김성호 선임기자 kimus@seoul.co.kr

미국의 전직 교사가 동물 학대 혐의로 기소됐다. 데일리메일은 29일(현지시간) 집에서 키우던 수백 마리의 토끼를 방치한 혐의로 체포된 페니 진 뉴턴(58)이 동물 학대 혐의로 기소됐다고 전했다.동물보호단체 SPCA는 지난 3월 그녀가 수백 마리의 토끼를 방치하고 있다는 제보를 받고 텍사스 코프먼 카운티 경찰과 함께 뉴턴의 집을 점검했다. 당시 SPCA는 그녀의 집에 딸려 있던 헛간에서 방치된 452마리의 토끼를 구조했다. 토끼들은 아무렇게나 놓여 있는 우리에 여러 마리씩 뒤섞여 있었으며 빠진 털과 배설물, 각종 오물로 뒤덮여 있었다. 동물보호단체 관계자는 “토끼들은 탈모와 피부병에 시달리고 있었다. 또 귀나 눈이 없는 개체도 있었다”고 밝혔다. 또 처음에는 33마리였던 토끼들이 번식하면서 452마리까지 늘어난 것으로 보인다고 덧붙였다.텍사스 당국은 뉴턴의 동물 학대가 이번이 처음이 아니라고 설명했다. 그녀는 2013년 7월에도 토끼 166마리와 기니피그 36마리, 염소 12마리, 고양이 5마리, 개 1마리, 황소 1마리를 키웠으나 제대로 관리하지 않은 것으로 알려졌다. 경찰은 뉴턴에게 동물 학대 혐의를 적용해 체포 영장을 발부했다. 구조된 토끼들은 뿔뿔이 나눠 입양될 예정이다. 현재 미 전역의 동물구조단체가 토끼들을 돌보겠다고 자원했으며 토끼들의 양성화가 끝나는 대로 데려갈 것으로 보인다. 텍사스 포니고등학교 교사로 일했던 뉴턴은 이번 일로 교직에서 물러났다. 사진=텍사스 동물보호단체 SPCA　 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

영화 ‘사랑에 대한 모든 것’이 전파를 타며 스티븐 호킹에 대한 관심도 커지고 있다. 28일 오후 1시5분부터 EBS에서는 물리학자 스티븐 호킹의 인생이야기를 다룬 영화 ‘사랑에 대한 모든 것’을 방영했다. 2014년 12월 개봉한 이 영화는 제임스 마쉬 감독이 메가폰을 잡았고 에디 레드메인(스티븐 호킹), 펠리시티 존스(제인 호킹), 해리 로이드, 데이빗 듈리스, 찰리 콕스, 에밀리 왓슨 등이 출연했다. 이 영화는 세상을 바꾼 천재 과학자 ‘스티븐 호킹’과 그에게 기적과도 같은 사랑을 선사한 여인 ‘제인 호킹’의 이야기를 담았다. 천재 과학자 스티븐 호킹은 우연히 신년파티에서 매력적인 여인 제인 와일드를 처음 마주한다. 두 사람은 첫 만남에서 서로에게 빠져들고 사랑을 키워나간다. 하지만 스티븐 호킹이 루게릭 병이라는 시한부 선고를 받게 되고, 그는 모든 것을 포기하려 하지만 여인 제인 와일드는 그의 삶을 지킨다. 두 사람은 운명 같은 사랑과 예기치 않게 찾아온 절망의 순간에도 서로에 대한 사랑과 희망으로 다시 일어선다. 한편 1942년생인 호킹은 루게릭병을 앓으면서도 블랙홀과 관련한 우주론과 양자 중력연구에 기여했으며, 뉴턴과 아인슈타인의 계보를 잇는 물리학자로 불린다． 1959년 17살의 나이로 옥스퍼드대에 입학한 그는 21살에 전신 근육이 서서히 마비되는 근위축성측삭경화증(ALS)，이른바 ‘루게릭병’ 진단을 받았다． 의사들은 그가 불과 몇 년밖에 살지 못할 것이라고 예상했지만, 호킹은 휠체어에 의지한 채 컴퓨터 음성 재생 장치 등의 도움을 받아 연구활동을 이어왔다． 루게릭병은 운동신경세포만 선택적으로 사멸하는 질환이며 사지근력약화, 근육위축 구음장애, 연하장애, 호흡장애 등의 증상을 보인다. 루게릭병은 손, 팔 등에 힘이 없어지는 것을 시작으로 나중에는 몸의 어떤 근육도 움직일 수 없고, 결국 호흡까지 할 수 없게 되어 사망하게 되며, 아직까지 정확한 원인을 찾을 수 없어 그 치료 또한 불가능한 것으로 알려져 있다. 또 임상 증상이 나타나기 전에는 조기 진단, 예방법도 없다. 실제로 국내 환자가 증상 발생 후 병원을 방문하기까지 걸리는 기간은 평균 8.1개월이었으며, 확진까지 걸리는 기간은 평균 14.7개월인 것으로 나타났다. 스티븐 호킹 박사는 대학재학 시절에 만난 첫 부인 제인 사이에 3자녀가 있으며 1990년 제인과 이혼하고 자신을 돌보는 간호사였던 일레인과 재혼했다. 이보희 기자 boh2@seoul.co.kr

미국 판사와 법원 직원이 밀입국 체류자로 보이는 마약 사범을 법원 뒷문으로 달아나게 도운 혐의로 피고인석에 섰다. 매사추세츠주 뉴턴 원심법원(trial court)의 셸리 조지프(51) 판사와 법정 경위 웨슬리 맥그리거(46)가 사법방해 및 음모 혐의로 지난 25일(현지시간) 첫 재판에 나와 무죄를 강력히 주장해 풀려났다고 영국 BBC가 전했다. 맥그리거는 위증 혐의도 받고 있다. 두 사람은 지난해 4월 서류 기록이 전혀 없는 이민자가 약물 소지와 과거 추방된 전력 등이 있어 심문했을 때 법정 로비에 이민세관국(ICE) 관리들이 체포하려고 대기하고 있는 것을 알면서도 뒷문으로 빠져나가게 도왔다는 것이다. 법원 기록에는 달아난 용의자의 이름이 적시돼 있지 않았는데 일간 보스턴 글로브는 도미니카공화국 출신의 호세 메디나 페레스이며 2003년과 2007년 두 차례나 미국에서 추방됐던 전력이 있다고 전했다. 2007년 재판 기록에는 2027년까지 미국 입국을 금지하라는 명령이 포함돼 있었다. 용의자의 변호인은 조지프 판사에게 ICE가 생사람을 쫓고 있다고 말했다. 법원 속기록에는 이 여자 판사가 “ICE가 그를 체포할까요?”라고 묻고는 “그들이 여기 들어오게 하지 않을 작정이랍니다”라고 말한 것으로 돼 있다. 연방검찰은 이어 조지프 판사가 맥그리거에게 지시해 뒷문으로 빠져나가게 안내한 것으로 보고 있다. 판사는 임금을 한 푼도 받지 못하는 정직 상태이고, 맥그리거는 지난달 퇴직했다. 앤드루 렐링 주 검찰총장은 두 사람을 기소한 데 대해 정치적으로 공박하지 말아달라고 당부했다. 하지만 당장 모라 힐리 주 법무장관부터 이번 기소가 “인종적, 정치적 동기를 갖고 주와 사법부 독립을 공격한 것”이라고 목소리를 높였다. 미국시민권연맹(ACLU) 매사추세츠 지부는 “이번 결정은 실체적 진실과는 하등 상관 없으며 대통령의 이민 반대 어젠다에 따른 것으로 밖에는 보이지 않는다”고 했다. 임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

이론과 간접 증거로만 존재했던 블랙홀을 인류가 마침내 확인했습니다. 세계 8곳의 전파망원경을 연결하여 만든 지구 크기의 가상 망원경인 ‘사건지평선 망원경’(EHT·Event Horizon Telescope)으로 블랙홀을 포착함으로써 1세기 넘게 추적해온 블랙홀의 실체를 드디어 파악하기에 이른 것입니다. 이로써 1915년 발표된 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 다시 한번 검증에 거뜬히 통과하는 쾌거를 이룩했습니다. 즉, 물체의 질량이 주변 시공간을 휘게 하며, 질량이 클수록 시공간의 곡률은 더욱 큰 곡률을 갖게 된다는 내용입니다. 천문학 최대의 화두인 블랙홀이란 과연 무엇일가요? 초간단 정리해보겠습니다. 상상 속에서 태어난 ‘검은 별’(Dark stars) 블랙홀은 우주에서 가장 기이하고도 환상적인 천체라 할 수 있습니다. 물질밀도가 극도로 높은 나머지 빛마저도 빠져나갈 수 없는 엄청난 중력을 가진 존재입니다. 가까이 접근하는 모든 물체를 가리지 않고 게걸스럽게 집어삼키는 중력의 감옥, 블랙홀. 모든 연령층, 모든 직업군을 아우르면서 블랙홀에 대해 크나큰 관심을 불러일으키고 상상력을 자극하는 것은 대체 무엇 때문일까요? 이 괴이쩍은 존재는 최초로 인간의 상상 속에서 태어났습니다. 1783년, 천문학에 관심이 많던 영국의 지질학자 존 미첼이 밤하늘의 별을 보면서 엉뚱한 생각을 합니다. 뉴턴의 중력 법칙과 빛의 입자설을 결합하여, '별이 극도로 무거우면 중력이 너무나 강한 나머지 빛마저도 탈출할 수 없게 되어 빛나지 않는 검은 별이 될 것이다' 이것이 블랙홀 개념의 첫 씨앗이었습니다. 미첼은 이런 생각을 쓴 편지를 왕립협회로 보냈습니다. '만약 태양과 같은 밀도를 가진 어떤 구체의 반지름이 태양의 500분의 1로 줄어든다면, 무한한 높이에서 그 구체로 낙하하는 물체는 표면에서 빛의 속도보다 빠른 속도를 얻게 될 것이다. 따라서 빛이 다른 물체들과 마찬가지로 관성량에 비례하는 인력을 받게 된다면, 그러한 구체에서 방출되는 모든 빛은 구체의 자체 중력으로 인해 구체로 되돌아가게 될 것이다' 그러나 당시 과학자들은 이론적인 것일 뿐, 그런 별이 실재하지는 않을 거라 생각하고 무시했습니다. 이러한 ‘검은 별’ 개념은 19세기 이전까지도 거의 무시되었는데, 그때가지 빛의 파동설이 우세했기 때문에 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문입니다. 블랙홀 등장, 백조자리 X-1 그로부터 130년이 훌쩍 지난 1916년, 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성 이론을 발표한 직후, 검은 별 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했습니다. 일반 상대성 이론은 중력을 구부러진 시공간으로 간주하며, 질량을 가진 천체는 주변 시공간을 휘게 만든다는 이론입니다. 독일의 카를 슈바르츠실트가 아인슈타인의 중력장 방정식을 별에 적용해서 방정식의 해를 구했습니다. 그 결과, 별이 일정한 반지름 이하로 압축되면 빛마저 탈출할 수 없는 강한 중력이 생기게 되고, 그 중심에는 모든 물리법칙이 통하지 않는 특이점이 나타난다는 것을 알았습니다. 이것을 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부릅니다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 나타내는 반지름 한계치입니다. 이에 대해 아인슈타인은 “슈바르츠실트 반지름은 수학적 해석일 뿐, 실재하지 않는다는 것을 내 연구는 보여준다”면서 인정하지 않았습니다. 그러나 그 뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았고, 이 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었습니다. 1963년 미국 팔로마산 천문대는 심우주에서 유독 밝게 빛나는 천체를 발견했는데, 그것이 검은 별의 에너지로 형성된 퀘이사임을 확인했습니다. 오로지 상상 속에서만 존재하던 검은 별이 2세기 만에 마침내 실마리를 드러낸 것입니다. 사실 이전에는 ‘블랙홀’이란 이름조차 없었습니다. 대신 ‘검은 별’, ‘얼어붙은 별’, ‘붕괴한 별’ 등 이상한 이름으로 불려왔죠. ‘블랙홀’이란 용어를 최초로 쓴 사람은 미국 물리학자 존 휠러로, 1967년에야 처음으로 일반에 소개되었으며, 블랙홀의 실체가 발견된 것은 1971년이었습니다. 그 존재가 예측된 지 거의 200년이 지나서야 이름을 얻고 실체가 발견된 셈입니다. 1971년 미 항공우주국(NASA)의 X-선 관측위성 우후루는 블랙홀 후보로 백조자리 X-1을 발견했습니다. 강력한 X-선을 방출하는 이것이 과연 블랙홀인가를 놓고 이론이 분분했는데, 급기야는 과학자들 사이에 내기가 붙었습니다. 1974년 스티븐 호킹과 킵 손 사이에 벌어진 내기에서 호킹은 백조자리 X-1이 블랙홀이 아니라는 데에 걸었고, 킵 손 교수는 그 반대에 걸었습니다. 지는 쪽이 성인잡지 ‘펜트하우스’ 1년 정기 구독권을 주기로 했죠. 1990년 관측자료에서 특이점의 존재가 입증되자 호킹은 내기에 졌음을 인정하고 잡지 구독권을 킵 손에게 보냈는데, 그 일로 킵 손 부인에게 엄청 원성을 샀다고 합니다. 2005년에는 우리은하 중심에서도 블랙홀이 발견되었는데, 최신 관측자료에 의하면 전파원 궁수자리 A*가 태양 질량의 430만 배인 초대질량 블랙홀임이 밝혀졌습니다. 영화 ‘인터스텔라’ 제작에 자문역으로 참여하기도 했던 킵 손은 나중에 블랙홀 존재를 결정적으로 입증한 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)의 블랙홀 중력파 검출로 노벨 물리학상을 받았습니다. 블랙홀 연구에 큰 업적을 남긴 호킹은 노벨상을 받지 못해 안타깝게도 킵 손에게 두 번이나 패배한 형국이 되었습니다.블랙홀 존재, 어떻게 알 수 있나? 블랙홀은 엄청난 질량을 갖고 있지만 덩치는 아주 작습니다. 그만큼 물질밀도가 극도로 높다는 뜻이죠. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까요? 슈바르츠실트 반지름의 해 공식으로 구해보면, 70만㎞인 반지름이 3㎞까지 축소되어야 하며, 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 됩니다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기죠. 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 우리 손톱 정도인 0.9cm로 작아져야 합니다. 이처럼 초고밀도의 블랙홀은 중력이 극강이어서 어떤 것도 블랙홀을 탈출할 수가 없습니다. 지구 탈출속도는 초속 11.2㎞이며, 빛의 초속은 30만㎞입니다. 블랙홀의 중력이 너무나 강해 탈출속도가 30만㎞를 넘기 때문에 빛도 여기서 탈출할 수가 없는 거죠. 따라서 우리는 블랙홀을 볼 수가 없습니다. 그런데 과학자들은 블랙홀의 존재를 확인할 수가 있습니다. 어떻게? 블랙홀이 주변의 가스와 먼지를 강력히 빨아들일 때 방출하는 X-선 복사로 그 존재를 탐색할 수 있습니다. 우리은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀은 두터운 먼지와 가스로 뒤덮여 있어 X-선 방출을 가로막고 있습니다. 물질이 블랙홀로 빨려들어갈 때 블랙홀의 사건 지평선 입구에서 안으로 들어가지 않고 스쳐지나는 경우도 있습니다. 블랙홀이 직접 보이지는 않지만, 물질이 함입될 때 발생하는 강력한 제트 분출은 아주 먼 거리에서도 볼 있습니다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 ‘사건 지평선’ 개념을 처음으로 선보였습니다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말합니다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이죠. 어떤 물체가 사건의 지평선을 넘어갈 경우, 그 물체에게는 파멸적 영향이 가해지겠지만, 바깥 관찰자에게는 속도가 점점 느려져 그 경계에 영원히 닿지 않는 것처럼 보입니다. 블랙홀은 특이점과 안팎의 사건 지평선으로 구성됩니다. 특이점이란 블랙홀 중심에 중력의 고유 세기가 무한대로 발산하는 시공간의 영역으로, 여기서는 물리법칙이 성립되지 않습니다. 즉, 사건의 인과적 관계가 보장되지 않는다는 뜻이죠. 이 특이점을 둘러싸고 있는 것이 안팎의 사건 지평선으로, 바깥 사건 지평선은 물질이 탈출이 가능한 경계이지만, 안쪽의 사건 지평선은 어떤 물질이라도 탈출이 불가능한 경계입니다. 블랙홀, 화이트홀, 웜홀 1964년, 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 ‘블랙홀’이라는 단어를 대중에게 선보인 데 이어 1965년에는 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 ‘화이트홀’이라는 용어를 만들었습니다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거입니다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 되는 셈이죠. 이렇게 블랙홀과 화이트홀을 연결하는 우주 시공간의 구멍을 웜홀(벌레구멍)이라 합니다. 말하자면 두 시공간을 잇는 좁은 통로로, 우주의 지름길이라 할 수 있습니다. 웜홀을 지나 성간여행이나 은하 간 여행을 할 때, 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다는 거죠. 웜홀은 벌레가 사과 표면의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 이미 파먹은 구멍으로 가면 더 빨리 간다는 점에 착안하여 이름지어진 거죠. 하지만 화이트홀의 존재가 증명된 바 없으며, 블랙홀의 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 파괴되어서 웜홀을 통한 여행은 수학적으로만 가능할 뿐입니다. 그래서 스티븐 호킹도 웜홀 여행이라면 사양하고 싶다고 말한 적이 있습니다. 어쨌든 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했습니다. ‘닥터 후(Doctor Who)’, ‘스타게이트(Stargate)’, ‘프린지(Fringe)’ 등 끝이 없을 정도죠. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있습니다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 가공일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없습니다. ​그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아닙니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것입니다. 이것을 중력적 시간지연이라 합니다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 됩니다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없습니다. 외부의 고정된 관찰자가 보면 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기 때문에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 됩니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 갑니다. 2014년 영화 ‘인터스텔라’는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었죠. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문입니다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있습니다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있습니다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

‘3월 14일’이라고 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 무엇인가요. 사랑에 빠진 사람이라면 달콤한 사탕과 함께 한 아름 꽃다발 받기를 기대하며 ‘화이트데이’를 떠올리겠지요. 과학을 좀 아는 사람이라면 다른 것들이 연상될 겁니다. 우선 유럽이나 미국에서 3월 14일은 수학 시간에 원과 관련된 문제가 나올 때면 항상 등장하는 원주율 ‘π’(파이)를 의미하는 ‘파이데이’입니다. 원둘레를 지름으로 나눈 값인 π는 ‘둘레’를 의미하는 그리스어 ‘페리메트로스’(περιμετρο)의 제일 앞 글자를 따왔습니다. 원주율을 숫자로 표시하면 3.141592…로 길게 이어지는 무한소수입니다. 그래서 매년 3월 14일 오전 1시 59분이 되면 원주율 탄생을 축하하는 ‘파이데이 행사’가 전 세계 곳곳에서 열립니다. 보통 사람들에게 π는 수학 문제를 풀 때나 필요하지만 과학사를 보면 π의 정확한 값을 구하기 위해 오랜 시간 많은 과학자들이 도전했습니다. 원주율에 대한 관심은 건축기술이 발달한 고대 이집트에서 시작됐습니다. 그러던 중 그리스 수학자 아르키메데스가 원과 같은 넓이를 지닌 정사각형을 눈금 없는 자와 컴퍼스로만 그리는 ‘원적문제’를 해결하는 과정에서 3.14라는 근사값을 처음으로 유추해냈습니다. 17세기 말 영국의 아이작 뉴턴과 독일의 고트프리트 라이프니츠가 만든 미적분 덕분에 원주율 계산은 훨씬 수월해졌습니다. 1882년 독일 수학자 페르디난트 린데만이 π값이 무리수이면서 초월수라는 사실을 증명하면서 정확한 원주율 값을 찾으려는 시도들을 끝냈습니다. 그렇지만 요즘도 슈퍼컴퓨터 개발 후 성능시험을 할 때 무한소수인 원주율을 소수점 이하 몇 자리까지 계산할 수 있는지를 본답니다. 파이데이로 알려져 있던 3월 14일이 지난해부터는 과학계에 더욱 특별한 날이 됐습니다. 바로 뉴턴과 알베르트 아인슈타인의 계보를 잇는 금세기 최고의 이론물리학자 스티븐 호킹 박사가 타계한 날이기 때문입니다. 호킹 박사는 지동설을 주장한 갈릴레오 갈릴레이가 사망한 지 정확히 300년이었던 1942년 1월 8일에 태어나 상대성이론을 만들어 낸 아인슈타인이 태어난 지 109년이 되는 지난해 3월 14일, 아인슈타인과 똑같은 76세의 나이로 세상을 떠났습니다. 블랙홀 연구에 있어서 호킹 박사 이전과 이후로 나뉠 정도로 우주론에서 그의 영향은 상당합니다. 호킹 박사는 일반상대성 이론에서는 반드시 특이점이라는 것이 존재해야 한다는 것, 블랙홀도 에너지를 방출하기 때문에 반드시 검은색 구멍이라고 볼 수 없다는 점 두 가지를 증명해 냈습니다. 즉 일반상대성 이론에 따르면 빅뱅이나 블랙홀이 반드시 존재해야 하며 블랙홀 경계구간인 이벤트 호라이즌 근처에서는 블랙홀도 빛을 내고 에너지를 내뿜는 호킹 복사를 한다는 것을 밝혀낸 것입니다. 그의 연구 덕분에 영화 ‘인터스텔라’도 가능했다고 하면 지나친 말일까요. 호킹 박사의 젊은 시절을 그린 영화 ‘사랑에 대한 모든 것’을 보면 그는 삶을 즐길 줄 아는 ‘로맨티스트’였음을 알 수 있습니다. 화이트데이이자 호킹 박사의 기일을 맞아 그가 평소에 입버릇처럼 한 말이 다시 생각납니다. “당신이 사랑하는 사람들이 살고 있는 곳이 아니라면 이 큰 우주도 별 의미가 없을 것입니다.” 밤하늘의 별이 된 호킹 박사를 생각하며 사랑으로 가득 찬 하루가 됐으면 좋겠습니다. edmondy@seoul.co.kr

역사 속에는 평범한 관찰이 큰 도약의 계기가 되는 일이 여럿 있었다. 영국의 아이작 뉴턴이 사과를 보고 만유인력 법칙을 만들어 무질서하게 보이던 우주를 비로소 이해할 수 있게 했던 것처럼 말이다.지구과학 분야에서도 비슷한 일이 있다. 독일 기상학자 알프레트 베게너는 1912년 집필한 저서를 통해 서로 떨어진 대륙의 해안선끼리 들어맞는 점, 빙하 이동의 흔적, 같은 종의 식물화석을 포함한 지층이 다른 대륙에서 동시에 발견되는 점 등을 들어 대륙이동설을 제기했다. ‘판게아’라는 거대한 대륙이 여러 조각으로 나뉘어 이동, 현재와 같은 대륙 분포 모양을 띠고 있다는 설명이었다. 하지만 베게너의 주장은 당시 학계에서 받아들여지지 않았다. 이에 베게너는 1929년 대륙이동의 결정적 증거를 확보하려고 그린란드 탐험에 나섰다가 목숨을 잃었다. 대륙이동설은 1960년대 해저산맥을 기준으로 대칭적으로 나타나는 고(古)지구자기장 역전 현상을 설명하기 위해 제안된 해저확장설이 나오면서 설득력을 갖게 됐다. 이후 대륙이동설과 해저확장설이 결합돼 견고하고 완전한 설명이 가능한 판구조론으로 정립됐다. 판구조론은 지구 표면이 단단한 지판들로 쪼개져 있고 지판들은 지구 표면을 따라 일정하고 끊임없이 이동한다는 이론이다. 지판은 새롭게 만들어지기도 하고 서로 충돌해 소멸되기도 한다. 판구조론 등장 이후 50여년이 흐른 현재 지구에 대한 인류의 이해는 비약적으로 성장했다. 판구조론을 통해 고체 지구의 운동과 진화 예측이 가능해진 것이다. 인류에게 수많은 피해를 입혀 왔던 지진과 화산이 지판 운동과 맨틀 대류의 결과임을 이해하게 됐다. 물론 아직까지 풀지 못한 숙제들도 많다. 판의 경계부에서 지구 내부로 침강하는 지판이 같은 물질로 구성된 맨틀을 가로질러 얼마나 깊게 다다를 수 있는지, 또 전 지구적 물질 순환이 가능한 이유는 무엇인지 여전히 베일에 싸여 있다. 지역적으로 차이 나는 맨틀 대류의 원인도 불분명하다. 인도네시아 인근 인도양 하부에서는 맨틀 전체가 하나의 거대한 대류 운동으로 관측되는 데 반해 일본과 접한 태평양 하부에서는 두 개의 층으로 나뉜 맨틀 대류가 이뤄지고 있다고 추정되는 상황이다. 이에 따라 지구 내부 물질 순환이 전 지구적으로 이뤄지는지, 맨틀 상부에 국한되는지 명확하지 않다. 이런 지구 내부 물질 순환과 열 순환 현상은 행성 진화를 이해하는 데 중요한 열쇠다. 당대에 인정받지 못했던 베게너의 과학적 발견이 이후 지구과학 발전에 큰 역할을 했음을 누구도 부인할 수 없다. 베게너의 용기 있는 주장과 끊임없는 자료 수집은 보다 더 큰 진보를 이루는 계기가 됐다. 하지만 베게너의 주장을 뒷받침하는 강력한 증거들은 다른 연구자들의 관측으로부터 나왔음도 주목해야 한다. 과학과 지식의 진보는 한두 명의 주장이 아닌 수많은 지식의 결합을 통해 다듬어지고 견고해지는 과정을 반복하며 확립된다. 이런 면에서 학문 범주를 넘나드는 접근은 과학적 오류를 줄이고 잘못된 판단을 피하는 지름길이다. 최근 다양하게 활용되는 다학제적 연구와 토의는 그래서 반갑다. 하지만 지동설을 주장하던 갈릴레오의 외침이 다수에게 배척됐듯이 당대 대다수 믿음이 항상 진리가 아닐 수도 있음을 명심해야 한다. 단정적 판단을 피하고 당연한 일에 의심을 품는 것은 과학의 시작이다.

-다음 돌아올 핼리 혜성을 볼 수 있는 사람은? 남쪽의 튀코 우주에 조금만 관심이 있는 사람이라면 핼리 혜성을 모르는 이는 없을 것이다. 핼리 혜성의 존재를 최초로 밝힌 것으로 유명한 에드먼드 핼리는 영국의 천문학자로, 지구 물리학, 수학, 기상학 및 물리학 분야에서도 중요한 발견들을 해낸 다용도 과학자다. 1656년 11월 8일 영국 런던에서 부유한 사업가 집안에서 태어난 핼리는 어려서는 집에서 가정교사에게 공부하다가 17세가 된 1673년 옥스퍼드 대학에 입학했다. 핼리는 입지(立志)가 빨랐던 인물이다. 일찍이 천문학에 꽂혀 20살 때 그리니치 천문대에서 개인적인 관측을 마음대로 할 수 있게 되자 다니던 옥스퍼드 대학을 그만두고 아프리카 서해안의 세인트헬레나 섬으로 가는 배에 올랐다. 1677년 11월 7일 수성이 지구와 태양 사이의 일직선상에 놓이는 태양면 통과(transit) 현상의 관측과, 아직까지 한번도 시도되지 않았던 남반구 별들을 관측하기 위해서였다. 거기서 핼리는 수성의 태양면 통과를 관측하고 진자실험(振子實驗)을 했다. 22살 때 귀국한 그는 341개 남반구 별들의 정보를 실은 '남천 항성목록'을 출판한 데 이어, '행성의 궤도에 대하여'라는 논문으로 명성을 쌓았다. 영국와 찰스 2세는 옥스퍼드에 핼리에게 석사학위를 주라는 칙령을 내렸다. 중퇴자에게 석사학위를 준 전례가 없었기 때문에 대학 당국은 한동안 망설였지만 칙령을 무시할 수는 없었다. 결국 핼리는 대학 중퇴자로서 석사학위를 받았을 뿐더러, 왕립협회 회원으로 천거되어 당당한 천문학자로 입신했다. 그때 핼리의 나이 22살로, 최연소 왕립협회 회원이었다. 왕실 천문학자이자 그리니치 천문대장인 존 플램스티드는 핼리를 ‘남쪽의 튀코’라고 불렀다. 덴마크의 천문학자로 역사상 최고의 육안 관측자로 꼽히는 튀코 브라헤에 비견한 것이다. 크리스마스 전날 밤에 돌아온 핼리 혜성 영국으로 돌아온 지 4년째가 되던 핼리는 그의 삶에서 전기가 된 천문학적 사건을 맞게 되었다. 장대한 꼬리를 가진 대혜성이 출현한 것이다! 오늘날 핼리 혜성이라 불리는 것이다. 고대로부터 혜성은 불길한 징조로 여겨져왔다. 핼리의 시대에도 혜성은 재앙을 알리기 위해 하늘로부터 파견된 사자라는 믿음이 널리 퍼져 있었다. 하지만 뉴턴의 친구인 핼리는 누구보다 만유인력을 잘 이해하고 있었다. 우주의 모든 천체는 만유인력의 영향을 받는다. 이는 곧 혜성이 태양을 향해 떨어져가다가 이윽고 태양을 유턴할 것이다. 말하자면 타원형 궤도를 도는 것이다. 핼리는 헤성에 관한 과거의 기록들을 샅샅이 조사했다. 그 결과, 꼭 76년 전인 1607년, 그리고 다시 76년 전인 1531년에 밝은 혜성이 나타났다는 사실을 알 수 있었다. 또 그전의 기록들에도 밝은 혜성이 75년 내지 76년을 주기로 관측되었다. 1607년의 혜성에 대해 요하네스 케플러는 “무한에서 무한으로 직선으로 움직인다”는 결론을 내리고 있었다. 그러나 핼리는 위의 혜성들이 모두 같은 것이라고 확신하고, 이 혜성은 약 3/4세기의 공전주기로 거대한 타원을 그리며 태양 둘레를 도는 태양계의 일원이라는 결론을 내렸다. 주기가 좀 차이나는 것은 목성의 인력 때문이라고 생각했다. 핼리는 1705년 뉴턴의 역학을 적용해 그 궤도를 산정하여 '혜성 천문학 총론'>이란 책을 펴냈다. 핼리의 추측이 맞다면, 1682년 밤 인류에게 엄청난 흥분을 불러일으킬 혜성은 다음에는 1758년 말이나 1759년 초에 돌아올 것으로 예상되었다. 핼리가 그때까지 산다면 102살이다. 핼리는 다음과 같은 글을 남겼다. “만약 우리가 예측한 바가 맞다면, 이 혜성은 1758년경에 다시 돌아와야 한다. 그때 우리의 정직한 후손들은 이 혜성이 영국인에 의해 최초로 발견되었음에 감사히 여길 것이다.” 핼리 혜성의 다음 회귀년은 2061년 핼리는 86살로 세상을 떠났다. 따라서 자신의 예언이 맞았는지는 확인하지 못했다. 그러나 이 예언은 정말로 성취되었다! 1758년 천문학계는 혜성에 대한 기대와 흥분으로 가득 차 있었다. 이윽고 혜성은 크리스마스 전날 밤 그 아름다운 모습을 나타내며 접근해왔다. 하늘에 나타난 ‘혜성의 귀환’을 맨 먼저 본 사람은 천문학자가 아니라, 아마추어 별지기인 독일의 한 농부였다. 그는 성탄 전야에 망원경을 들여다보다가 물고기자리 근처에서 빛나는 한 점을 발견했다. 그후 이 대혜성은 핼리 혜성이라고 불리게 되었다. 핼리의 공적에 의해서 혜성 중에 주기적인 것이 있다는 것을 비로소 알게 되었다. 고대의 기록을 알아보면, 지금까지 29회의 출현기록이 남아 있는데, 가장 오래 된 기록은 기원전 467년 중국 주대(周代)의 문서에서 찾아볼 수 있다. 1910년에 이어 1986년 지구에 출현한 핼리는 소련의 베가 1호, 유럽 우주기구의 지오트 탐사기, 일본의 플래닛 탐사기 등의 카메라에 의하여 얼음에 덮인 핵과 꼬리를 선명하게 드러냈다. 핼리 혜성의 다음 방문은 2061년으로 예약되어 있다. 현재 지구 행성에서 살고 있는 70억 인구 중 2분의 1은 그때 핼리 혜성이 태양을 향해 달려가는 장관을 볼 수 없을 것이다. 핼리 혜성은 앞으로 약 1천 번 더 회귀할 것이며, 7만 6000 년 후에 수명을 다하게 된다. ​ 핼리가 천문학에 끼친 다른 큰 영향은 항성의 고유운동 발견이다. 그는 시리우스와 아르크투루스, 알데바란의 위치가 1850년 전 고대 그리스 천문학자 히파르코스가 기록했던 위치에서 30분(1/2도) 이상 움직인 것을 발견했다. 핼리는 이것을 바탕으로 별들이 움직였다는 결론을 내렸다. 이 고유운동의 발견은 수정구에 별들이 박혀 있다고 주장한 천동설의 관에 마지막 대못을 박은 것이나 같았다. 핼리는 다재다능하여 그의 과학적 업적도 여러 방면에 걸쳐 이루어졌다. 그중 하나는 최초로 과학적인 인간의 사망률표를 만든 것으로, 이는 그후 생명보험회사들이 보험료를 산출하는 데 기초가 되었으며, 인구 통계학의 시초가 되었다. 그밖에도 뉴턴의 '프린키피아' 탄생에 결정적인 역할을 한 인물도 바로 핼리였다. 성질 까칠한 뉴턴이 만유인력의 우선권을 놓고 로버트 훅과 마찰을 빚은 나머지 프린키피아 집필을 거부했다. 핼리는 뉴턴과 훅 사이를 원만히 조절하여 뉴턴으로 하여금 다시 집필하게 하고, 원고 교정을 기꺼이 떠맡았을 뿐만 아니라, 자금이 모자라는 왕립협회를 대신하여 사비로 책을 출판하기까지 했다. 핼리가 아니었다면 '프린키피아'는 자칫 햇빛을 보지 못했을 수도 있다는 점을 생각하면, 인류 과학 발전에 끼친 핼리의 공적은 적지 않다 할 것이다. 핼리는 1703년 모교인 옥스퍼드 대학의 천문학 교수가 되었고, 64살인 1720년에는 플램스티드의 뒤를 이어 2대 그리니치 천문대 대장에 취임했다. 1742년 1월, 그가 평생을 보냈던 그리니치 천문대에서 삶을 마감했다. 향년 86세. 손에는 포도주 한 잔이 쥐어져 있었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

‘수(성) 금(성) 지(구) 화(성) 목(성) 토(성) 천(왕성) 해(왕성)’. 태양계와 우주에 대해 배울 때 가장 먼저 들어보고 외우는 태양계 행성의 이름들이다. 원래는 명왕성도 태양계의 행성으로 분류됐었지만 2006년 국제천문연맹(IAU)의 행성 분류법이 변해 행성의 지위를 잃고 왜소행성으로 전락하면서 태양계 최외곽 행성 지위는 해왕성이 물려받게 됐다.해왕성은 지구 크기의 4배 정도로 지구를 큰 사과라고 한다면 해왕성은 농구공 정도로 볼 수 있다. 80% 정도가 수소로 구성돼 있고 19%가 헬륨, 나머지가 에탄, 메탄 같은 가스로 이뤄져 있는 해왕성은 가시광선의 붉은색을 흡수하고 청색을 반사해 바다를 연상케 할 정도로 푸른색을 띤다. 이 때문에 그리스 로마 신화에서 ‘포세이돈’ 또는 ‘넵투누스’로 불리는 ‘바다의 신’ 이름을 딴 행성이 됐다.사실 과학계에서 해왕성 발견은 ‘뉴턴 역학의 승리’라고 평가받고 있다. 1781년 독일 출신의 영국 천문학자 윌리엄 허셜이 토성 궤도 바깥에서 천왕성을 발견했는데 문제가 생겼다. 망원경으로 관측된 천왕성의 궤도와 뉴턴 역학으로 계산된 궤도가 다르게 나타난 것이다. 이에 1843년 영국 케임브리지대 존 애덤스와 1845년 프랑스 천문학자 위르뱅 르베리에가 천왕성 너머에 미지의 행성을 가정할 경우 천왕성 궤도가 관측된 값과 계산값은 일치할 것이라고 주장했다. 그러던 중 1846년 독일 요한 갈레가 이들이 예측한 정확한 위치에서 바로 그 행성, 해왕성을 발견함으로써 뉴턴 역학은 위치를 공고히 하게 됐다. 해왕성은 태양계의 다른 거대행성인 목성(79개), 토성(53개), 천왕성(27개)처럼 많은 위성(달)을 갖고 있다. 현재 해왕성의 위성은 14개다. 2013년에 발견된 1개는 아직 위성으로 승인되지 않아 공식적으로 해왕성 위성 숫자는 13개이다. 이 위성들은 모(母)행성인 해왕성을 따라 신화 속 바다의 신들과 요정들의 이름이 붙여져 있다. 가장 큰 위성은 신화에서 포세이돈의 아들인 ‘트리톤’이다. 지금까지는 제1위성인 트리톤 궤도를 기준으로 안쪽으로 6개, 바깥쪽으로 6개의 위성이 도는 것으로 알려져 있었는데 비영리 연구기관인 외계지적생명체탐사(SETI) 연구소와 미국 캘리포니아 버클리대 천문학과, 미국항공우주국(NASA) 에임스 연구센터 공동연구팀은 트리톤 궤도 안쪽에 숨겨져 있던 새로운 달을 찾아내 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 21일자에 발표했다. 연구팀은 NASA에서 운용하는 허블우주망원경을 이용해 해왕성 내측 위성 6개와 고리를 관측하면서 2004년부터 2016년까지 촬영한 영상을 특수 이미지 처리기법으로 초고감도 화질로 변환해 광도측정법을 실시했다. 그 결과 해왕성의 제2위성인 프로테우스와 매우 근접한 거리에서 움직이는 작은 위성을 새로 발견했다. 이번에 발견된 위성의 직경은 평균 34㎞에 불과해 해왕성 위성 중에 가장 작은 것으로 알려졌다. 연구팀은 크기가 작아 눈에 띄지 않게 빠르게 움직인다고 해서 ‘히포캄프’로 이름 지었다. 히포캄프는 그리스 신화에서 상반신은 말이고 하반신은 물고기의 모습을 가진 해마 ‘히포캄포스’의 이름을 딴 것이다. 연구팀은 히포캄프의 궤도나 형태를 봤을 때 인근 형제 위성 6개와 마찬가지로 우주에서 날아오는 다른 소행성이나 혜성이 해왕성이나 다른 큰 위성들과 충돌하면서 만들어졌을 것이라고 추정했다. 연구를 주도한 마크 쇼월터 SETI 수석과학자는 “이번 연구 결과는 히포캄프가 두 번째로 큰 해왕성의 위성인 프로테우스에서 오래전에 분리된 조각이라는 가정을 뒷받침해 줄 뿐만 아니라 해왕성 위성들의 생성과 태양계 생성의 비밀을 알려주는 열쇠가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기괴한 성격의 천재 과학자 지구의 무게를 최초로 측정함으로써 과학사에 불멸의 이름을 남긴 영국의 헨리 캐번디시(1731-1810)는 과학자로서는 아주 특이한 캐릭터의 소유자였다. 우선 그는 역사상 어떤 과학자보다 부유했다. 데본셔 공작 가문 출신으로 엄청난 재산을 물려받아 당시 영국 은행의 최대 예금주였다고 한다. 또 하나의 특징은 그의 성격인데, 지독하게 수줍음을 타는 성격으로 상대와 눈을 맞추고 대화한 적이 없었다고 한다. 모임에서도 늘 구석자리만 찾아다녔으며, 누가 질문이라도 하면 늘 허공을 본 채 몇 마디 중얼거리는 것이 고작이었다. 이런 수줍음은 특히 여성에 대해 더욱 심했다. 심지어 그는 집안의 하인들과 접촉하는 것을 피하기 위해 그가 테이블에 저녁식사 메뉴를 적은 쪽지를 올려놓으면 그것을 보고 저녁을 준비할 정도였으며, 특히 하녀와의 만남을 피하기 위해 저택 내에 따로 전용 계단을 만들었을 정도다. 만약 하녀가 실수로 그와 마주치기라도 했다면 바로 해고시켰다고 한다. 이러한 그의 성격에 대한 현대의 설명은 자폐증의 하나인 아스퍼거 증후군(Asperger syndrome)을 의심하고 있다. 캐번디시의 유일한 사회적 활동은 왕립학회 참여였는데, 여기서는 매주 모임 전에 회원들이 함께 식사를 했다. 캐번디시는 이 모임을 빠진 적이 거의 없으며, 동료 과학자들에게 깊은 존경을 받은 것으로 알려져 있다. 캐번디시는 비사교적인 성향으로 인해 종종 자신의 업적을 출판하는 것을 피했고, 자신의 연구 결과를 동료 과학자들에게도 거의 알리지 않았다. 많은 실험과 여러 논문을 남겼으나, 그 3/4은 미발표였다. 캐번디시의 선구적인 연구 업적은 약 1세기 후인 19세기 후반, 전자기파 이론을 확립한 제임스 클러크 맥스웰이 그의 유고를 정리하면서 밝혀졌다. 1785년에 발표된 쿨롱의 법칙을 1772∼1773년 사이에 발견했고, 옴이 1826년에 발견한 옴의 법칙을 옴보다 45년 먼저 앞선 1781년에 발견했다. 지구의 무게를 알아낸 캐번디시 실험 이 같은 선구적인 캐번디시의 업적 중에서 가장 유명한 것은 바로 지구의 무게를 측정한 실험이다. 이미 2100년 전 에라토스테네스가 지구의 크기를 알아냈지만, 그 질량은 근대에 들어서도 여전히 가늠하기조차 어려운 수수께끼였다. 캐번디시 실험으로 알려진 이 지구 밀도 측정 실험에서 캐번디시가 사용한 기구는 아주 단순한 장비로, 막대기 양쪽에 둥근 납공을 실로 매달아놓은 비틀림저울이었다. 이것은 저울은 영국 지질학자 존 미첼이 고안한 비틀림 저울을 약간 수정한 것이었다. 미첼 역시 이 저울로 지구 무게를 측정하려다가 실험을 시작하기 전에 사망 하는 바람에 저울은 캐번디시에게로 보내졌고, 캐번디시는 1797-1798년에 실험을 완료하고 결과를 발표한 것이다. 실험에 사용된 장치는 막대의 양 끝에 매달린 2개의 큰 고정식 납공(159㎏)에 각각 2개의 작은 납공(0.7㎏)이 또 매달린 비틀림 저울이었다. 이 저울은 수평 방향으로만 회전한다. 막대의 관성 모멘트는 막대가 복원력에 의해 진동하는 주기를 측정하여 알아낼 수 있다. 막대의 한쪽 끝에 다른 공을 가까이 대면 중력에 의해 서로 끌어당기게 되고 막대가 미세하게 회전한 각도를 측정하여 이 힘을 알아낼 수 있다. 이것을 이용해 중력상수를 구하려는 실험이었다. 질량을 갖는 모든 물체 사이에 작용하는 인력. 뉴턴의 이론에 따르면 두 물체 사이에 작용하는 만유인력의 크기는 물체의 질량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다. 중력이란 것이 큰 규모에서는 지구를 공전시키고 물체를 낙하시키는 강한 힘을 보이지만, 사실 자연계에 작용하는 힘 중에서도 가장 약한 것으로, 1m 떨어진 3톤짜리 두 트럭 사이에 작용하는 중력의 힘은 모래알 하나를 움직일 정도라 한다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면, 두 물체 사이에 작용하는 중력은 두 물체의 질량의 곱을 그들 사이의 거리 제곱으로 나눈 값에 비례하며, 그 비례상수는 중력상수 G로 나타낸다. (만유)인력상수라고도 하며 단위거리만큼 떨어진 2개의 단위질량사이에 작용하는 인력의 값으로 만유인력법칙에서 비례상수 G를 말한다. 식으로 쓰면 다음과 같다.캐번디시는 작은 두 납공 사이의 중력적인 이끌림을 측정하려 했다. 그는 미첼의 장치가 온도차와 공기 흐름에 아주 민감하다는 것을 알아차렸다. 그래서 그는 장치를 분리된 공간에 두고 시험시에는 외부 제어를 통해 망원경으로 관찰하는 방식을 취했다. 캐번디시는 비틀림 저울의 진동주기에서 납공 사이의 인력을 계산한 다음, 이 값을 사용하여 지구 밀도를 계산했다. 그는 이 실험을 무려 29차례나 거듭하고 그 값들을 평균한 결과 지구의 평균 밀도는 물의 평균 밀도보다 5.48배 큰 것으로 나왔다. 캐번디시 실험의 특별한 점은 측정에 개입될 모든 오류 원인을 제거하고 납공 무게의 1 / 50,000,000에 불과한 놀랍도록 작은 인력을 측정해낸 정확성이다. 캐번디시가 구한 지구 밀도 값의 오류 범위는 현재 받아들여지는 수치의 1% 이내이다. 보다 정확한 중력상수 및 시간에 따른 중력상수의 변화를 측정하려는 실험이 현재도 진행 중에 있다. 캐번디시의 이 실험으로 인해 정확한 중력 상수(G)와 지구 질량이 결정되었다. 이 실험을 토대로 중력 상수 G는 6.754 × 10−11N-m2/kg2로 나타났고, 이는 실제 중력 상수 6.67428 × 10−11N-m2/kg2에 아주 근접한 값임이 밝혀졌다. 캐번디시가 자신의 저택 정원에 있는 별장에서 그 유명한 지구의 밀도를 측정하는 실험을 할 때, 이웃 사람들은 아이들에게 그 건물을 가리켜 지구의 무게를 다는 곳이라고 말했다고 한다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지구에서 약 2억9000만 광년 떨어진 한 은하 중심에 있는 거대질량 블랙홀이 빛의 속도 절반이 조금 넘는 속도로 회전하고 있던 것으로 나타났다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 디라지 파샴 박사가 이끄는 국제 천문학 연구진은 ‘ASASSN-14li’로 명명된 거대질량 블랙홀이 인근 별을 집어삼키는 과정에서 나온 X선을 분석해 이같은 특징을 알아냈다고 9일(현지시간) 미국 시애틀에서 열린 미국천문학회(AAS) 연례회의에서 발표했다.‘초신성 전천 자동탐사’(ASASSN·All-Sky Automated Survey for Supernovae)로 불리는 망원경 시스템에 관측돼 이름에 ASASSN이 들어간 이 블랙홀은 은하 PGC 043234 중심부에 숨어있다. 2014년 11월, 이 블랙홀이 근처에 있던 별 하나를 잡아먹는 과정에서 흘러나온 빛 덕분에 그 존재를 처음 알 수 있었다. 빛조차 흡수한다고 알려진 블랙홀의 존재를 파악하는 것은 한 천문 현상 덕분에 가능하다. 블랙홀의 표면에 해당하는 ‘사건의 지평선’(Event horizon)은 별보다 훨씬 크기가 작아서 온전한 상태로 별을 흡수하기 어렵다. 또한 블랙홀의 반지름 역시 매우 작으므로 블랙홀에 가까운 쪽과 먼 쪽의 중력 차이가 매우 커져 양쪽으로 잡아 당겨지는 상황이 된다. 이 때문에 블랙홀에 접근하는 별은 길쭉하게 늘어나 마치 국수처럼 가스가 늘어지게 된다. 그런데 이 가스도 바로 블랙홀로 흡수되는 것이 아니라 주변에 강착 원반이라는 물질의 고리에서 먼저 초고온으로 가열된 뒤 블랙홀로 조금씩 흡수된다. 이를 조석파괴사건(TDE·tidal disruption event)이라고 하며, 이때 엄청난 양의 에너지를 가진 플레어(Flare)가 방출되므로 과학자들은 이 빛을 측정해 블랙홀에 관한 정보를 얻는 것이다. 이번 연구은 이처럼 블랙홀에서 흘러나온 빛을 관측한 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 관측선과 닐 게렐 스위프트 우주망원경 그리고 유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 관측위성 등 여러 관측기기를 통해 수집한 자료를 자세히 분석한 것이다. 이를 통해 연구진은 블랙홀에서 나온 X선이 약 131초마다 강해지거나 약해지기를 반복하며 450일 넘게 계속됐다는 것을 알 수 있었고, 이런 신호 패턴을 분석해 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지를 추정해낼 수 있었다. 연구진이 계산한 이번 블랙홀의 회전 속도는 빛의 속도인 시속 10억8000만㎞의 약 50% 수준이었다. 이같은 속도는 인상적이기는 하지만 전례가 없는 것은 아니다. 현재까지 측정한 소수의 거대질량 블랙홀의 회전 속도는 빛의 속도의 33%부터 84%까지 다양하다. 파샴 박사는 이번 결과가 앞으로 천문학자들이 거대질량 블랙홀의 진화를 더욱 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이라고 말했다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(9일자)에도 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

1900년대 초 독일 물리학자 막스 플랑크가 양자 가설을 발표하고 알베르트 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표한 것은 영국의 아이작 뉴턴으로 대표되는 고전 물리학을 완전히 뒤엎고 물리학의 새로운 토대를 마련했다. 과학기술계에서는 혁명과도 같은 사건이었다고 할 수 있다.그로부터 100여년이 지난 지금 우리가 마주하고 있는 4차 산업혁명은 혹자가 ‘변화의 규모와 범위, 복잡성은 지금까지 인류가 경험했던 것과는 전혀 다르다’고 표현했듯이, 과학기술계를 넘어 사회 모든 분야에서 혁명적인 변화를 일으키고 있다는 게 주지의 사실이다. 인공지능(AI), 3D 프린팅, 사물인터넷(IoT) 등을 통해 ‘모든 것이 연결되고 보다 지능적인 사회로 진화’하는 단계로 진입했다. 변화의 속도를 가늠하기 어려운 이 시기에 정부가 어떤 전략으로 대응하느냐에 따라 국가의 명운이 달려 있다고 해도 지나친 말이 아니다. 이와 같은 4차 산업혁명이라는 거대한 변화의 물결 앞에서 국무총리를 의장으로 하고 과학기술 혁신과 관련된 13개 부처 장관이 참여하는 ‘과학기술관계장관회의’(과기관계장관회의)가 발족한 것은 매우 중요한 의미를 갖는다. 과기관계장관회의는 지난 참여정부 시절 ‘과학기술중심사회’ 구축을 위해 운영되었다가 정부 교체와 함께 중단된 이후 11년 만에 복원되었다. 지난해 11월 14일 이낙연 국무총리 주재로 첫 회의를 열었고 지난 1월 8일에는 부의장인 유영민 과학기술정보통신부 장관이 주재해 두 번째 회의를 개최했다. 첫 회의 때 이 총리는 “이제까지 관행적으로 추진해 온 국정을 과학기술과 접목해 혁신해야 한다”며 그 혁신의 플랫폼이 새롭게 태어난 과기관계장관회의라고 의미를 강조하기도 했다. 4차 산업혁명으로 기존의 산업 질서가 무너지고 학문의 경계도 흐려지며 서로를 융합하는 기술 혁명이 일어나고 있다. 연구개발(R&D) 분야 역시 경계가 허물어지고 있다. 실제로 환경, 의료, 농업, 재해, 교통 등 국민 생활 안전과 삶의 질 향상에 필요한 모든 요소에 연구개발의 결과가 녹아 있다. 이제 과학기술이 적용되는 모든 분야에 혁신이 필요하며 과기관계장관회의가 그 혁신의 중심 축이 될 것이다. 과기관계장관회의는 실무선에서 협의가 완료된 안건에 대해 장관들이 의결해 오던 기존의 획일화된 방식을 과감히 벗어던졌다. 장관들이 직접 쟁점에 대해 토론하고 국정 전반의 문제해결과 국가적 이익 도모를 위해 아이디어를 모아 정책 방향을 결정하게 된다. 장관들의 허심탄회한 논의 과정 속에서 신속한 이견 조정과 협업이 가능하게 될 것이다. 또 여기서 결정된 사항은 실무 협의를 통해 구체화하고 주기적으로 이행 상황을 점검하며 실행을 촉진함으로써 혁신의 속도를 높여 나갈 것이다. 그동안 정부가 발표해 온 연구개발 혁신, 혁신성장, 4차 산업혁명 대응 등의 계획을 성공시키기 위해서는 관계 부처들이 전략적으로 속도감 있게 맡은 바 역할을 다해야 한다. 이를 위해서 먼저 똑같은 분야에 대해 여러 부처가 제각각 운영하고 있는 법령, 제도, 시스템, 연구시설 및 장비 등을 통합하고 연계하는 작업이 필요하다. 자율주행차, 드론, 빅데이터와 같은 신산업 분야는 물론 일자리 창출과 관련된 규제 개선도 함께 머리를 맞대야 한다. 과기정통부는 과기관계장관회의가 부처 간 이해 관계를 넘어서는 큰 틀의 합의와 때로는 국익을 위한 통 큰 양보가 이루어지는 장이 될 수 있도록 운영할 계획이다. 의장인 국무총리는 회의의 의사 결정에 힘을 싣는 역할을 할 것이다. 이를 통해 과기관계장관회의가 비전으로 삼은 ‘과학기술 기반 국정 운영’의 기틀을 다질 수 있도록 그 역할을 강화해나갈 것이다.