성리학은 당나라 말까지 중국을 지배하던 불교와 도교의 지적 헤게모니를 극복하기 위해 유학자들이 기존의 유교를 창조적으로 재해석한 결과물이다. 성리학을 ‘신유학’이라고 부르기도 하는 이유다. 성리학자들은 유교 경전을 통해 사람뿐 아니라 우주와 자연을 모두 설명할 수 있는 근본 원리, 리(理)를 제시하고자 했다. 주돈이는 태극·음양의 우주론을 통해 만물 생성과 변화의 원리를 논했고 장재는 인간과 천지가 한 몸이라는 관점을 제시했다. 후대에 이정(二程)으로도 불리는 정호와 정이 형제는 리가 만물의 원리이며 동시에 수양의 원리라는 성리학의 원칙을 수립했다. 그 뒤를 이어 등장한 인물이 바로 남송의 주희다. 그는 선대의 연구를 종합해 성즉리(性卽理)와 심성론, 격물치지(格物致知)·거경궁리(居敬窮理) 같은 공부론, 예(禮)를 통한 사회 질서론을 하나의 완결된 교학으로 만들었다. ‘대학’, ‘중용’, ‘논어’, ‘맹자’의 네 책을 강조해 ‘사서’(四書)로 격상시키고 특별한 지위를 부여한 것 역시 주희의 업적이다. 성리학은 고려 시대 원 간섭기를 전후로 한반도에 유입되었다. 정치는 권문세족이 지배하고 종교와 정신세계는 불교가 지배하던 당시의 국면을 타개하고자 신진사대부 세력이 새로운 학문을 적극 수용한 것이다. 특히 새 왕조를 구상하고 역성혁명을 주도한 정도전은 성리학의 예치, 민본, 왕도정치를 적극 옹호했다. 이렇게 세워진 조선은 성균관과 향교를 정비해 관학 교육을 표준화하고 과거 시험을 통해 성리학을 확고한 지배 이념으로 만들었다. 16세기 이후로는 사림의 중앙 정계 진출과 함께 성리학이 전국으로 고루 퍼지기 시작했다. 퇴계, 율곡 등 걸출한 유학자가 출현하고 논쟁하면서 조선은 더욱 확고하게 성리학의 나라가 되었으며, 그 사상적 지배력은 일본의 식민 지배와 해방, 대한민국의 건국 등 역사적 질곡을 거치면서 서서히 줄어들었지만 완전히 사라지지는 않았다.

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 신경과학과 우주 암흑물질 분야의 세계적 석학들이 참여하는 ‘IBS 콘퍼런스’를 개최한다. IBS 콘퍼런스는 국제 연구 협력 네트워크 구축을 위해 2013년부터 열렸다. ‘IBS 신경 및 교세포 기능 콘퍼런스’는 23, 24일 이틀 동안 성균관대 자연과학 캠퍼스(경기 수원) 의과대 대강당에서 열린다. 이 콘퍼런스에서는 신경 파동, 인지·감각 처리의 연계, 스트레스와 전전두엽 기능의 관계, 노화에 따른 전전두엽 신경망의 변화 등 전전두엽 기능 연구의 최신 성과와 핵심 주제를 논의한다. ‘IBS 암흑세계 탐구 콘퍼런스’는 오는 27~30일 대전 IBS 과학문화센터에서 열린다. 이 콘퍼런스에는 알도 이안니 이탈리아 국립 핵물리연구소(INFN) 박사, 앤드루 롱 미국 라이스대 교수, 그레이 리브카 워싱턴대 교수, 다카하시 후미노부 일본 도호쿠대 교수 등이 연사로 나서 암흑물질과 암흑에너지, 중성미자, 우주론, 입자 물리 표준모형을 넘어선 새로운 이론 등 우주를 이루는 물리학적 본질을 주제로 최신 연구 결과를 공유하고 향후 연구 방향도 함께 모색한다.

‘세계적 생물철학자’ 대니얼 데닛다윈의 진화론으로 인간 본질 탐구“생물학 넘어 우주·문화·윤리에 영향신, 창조주 아닌 인간 문화의 피조물” 약 1년 전인 지난해 4월 19일 세계적인 생물철학자 대니얼 데닛이 별세했다. 그는 형이상학적 접근을 배제하고 유물론·진화론적 시각과 신경과학적 방법으로 인간의 의식과 마음의 본질을 탐구했다. 데닛은 인간 뇌는 생화학적 컴퓨터, 개인의 자기 인식은 뉴런 작용의 결과이며 의식, 기억, 자기 감각 같은 것들도 마찬가지라는 파격적 주장을 내놨다. 이런 주장의 근거는 다름 아닌 찰스 다윈의 진화론이다. 지구 생물의 모든 종이 공통의 조상에서 기원했고 자연선택이라는 과정을 통해 지금에 이르렀다는 다윈의 생각은 ‘종의 기원’ 발표 당시에 거센 반발과 적대감을 불러일으켰다. 그렇지만 이후 여러 학자가 모은 산더미 같은 증거로 진화론은 생물학의 뿌리이자 확고한 이론으로 자리잡았다. 1995년 출간돼 30년 만에 처음 한국어로 번역된 이 책은 데닛의 생각과 다윈의 진화론을 한눈에 살펴볼 수 있다. 데닛은 자연선택에 의한 진화라는 다윈의 생각이 생물의 역사를 설명하는 데 그치지 않고 우주론, 심리학, 문화론, 윤리학, 정치, 종교 등 인간 문화의 전 영역에 영향을 미쳤다고 말한다. 다윈의 진화론 발표 전후 인류의 세계관과 우주관은 완전히 달라졌다. 지금도 다윈의 진화론은 그 영토를 계속 넓혀 가고 있다. 그래서 데닛은 다윈주의를 무엇이든 녹여 버리는 ‘만능 산(酸)’이라고 비유했다. 그러니 제목처럼 여전히 진화론의 반대쪽에 서 있는 사람들에게는 ‘위험한 생각’일 수밖에. 책을 읽고 있노라면 다윈의 위험한 생각이 아니라 데닛의 ‘위험하고 아슬아슬한’ 생각이 아닌가 싶을 때가 많다. 리처드 도킨스, 샘 해리스, 크리스토퍼 히친스와 함께 ‘무신론의 네 기수’라고 불렸던 데닛은 책의 처음부터 “사이비 과학의 한심한 잡동사니인 ‘창조과학’과 다윈의 이론을 우리 아이들의 학교에서 경쟁시키려 했다”며 종교와 신에 대해 포문을 연다. 진화론에 근거해 살펴보자면 신은 우주와 세계, 인간, 인간의 문화를 만든 전지전능한 창조주가 아니라 인간의 문화가 만들어 낸 피조물일 뿐이라고 주장한다. 데닛은 모든 분야를 종횡무진 넘나들며 진화론의 확장성을 말한다. 단속평형설을 주장한 고생물학자이자 진화론자인 스티븐 제이 굴드, 언어학 분야 세계적 석학인 노엄 촘스키의 언어론에 대해서까지 진화의 관점에서 거침없이 비판한다. 이쯤 되면 자신을 ‘다윈의 불독’이라 부르며 다윈 대신 과학적, 신학적, 도덕적 논쟁의 전면에 나섰던 19세기 영국의 생물학자 토머스 헨리 헉슬리의 재림이 아닌가 하는 생각이 들 정도다. 다윈의 진화론을 알고 나면 타인에 대해 너그러워지고 대자연 앞에 겸손해질 수밖에 없다. 이유는 간단하다. 데닛의 말처럼 “당신과 나는 대자연이 만든 인공물”이기 때문이다. 저 높은 곳에서 축복받아 갑자기 떨어진 것이 아니라 수백만 년에 걸친 자연의 ‘연구개발’(R&D) 덕분이라는 말이다. 책을 덮을 때쯤, 문득 현재 내란 우두머리의 인권을 걱정하는 국가인권위원회 위원장이 인사청문회 당시 했던 발언들이 떠올랐다. 그는 “하나님께서 천지창조를 하셨으니 진화론은 과학적 근거가 없다”, “예전에 본 책에 의하면 진화론의 가능성은 0”이라고 했다. 이 책을 읽고 나면 그런 말들이 왜 대꾸할 가치조차 없는 헛소리에 불과한지 이해할 수 있을 것이다.

​만약 101년 전으로 돌아갈 수 있다면 과학자들이 여전히 은하가 우리우주의 전부라고 생각했던 시대를 만날 것이다. 100년 전이라면 대부분 과학자들이 이것이 사실이 아니라는 데 동의할 것이다. 어딘가에서 인간은 우주가 우리은하보다 훨씬 크다는 것을 깨달았다. 망원경으로 볼 수 있는 나선 성운은 사실 그 자체로 다른 은하라는 사실을. 우주의 규모는 하룻밤 사이에 극적으로 확장되었다. 기록으로 보면 우리는 한 사람에게 감사해야 한다. 바로 에드윈 허블(1889~1953)이다. 그의 발견은 이를 위해 길을 닦아준 주변 사람들의 천재성이 있었기에 이뤄낼 수 있었다. “허블과 은하수 너머의 우주를 발견한 것을 낭만적으로 생각하기는 쉽지만, 그의 연구는 실제로 많은 사람들의 어깨 위에 있었다.” 지난 12~16일(현지시간) 미국 메릴랜드에서 열린 제245회 미국 천문학협회(AAS) 회의 기자회견에서 카네기 과학천문대의 천문학자 제프 리치는 이렇게 말했다. 리치의 발언은 상징적이었다. 1세기 전인 1925년 1월 1일, 워싱턴 DC에서 열린 제33회 AAS 회의에서 허블의 연구가 공식 발표됐기 때문이다. 허블이 어깨를 가장 많이 딛고 섰던 두 사람은 헨리에타 스원 리빗과 할로 셰플리였다. 우주의 무한 확장 발견한 허블과 그의 조력자들​리빗은 하버드대학 천문대에서 하버드 망원경으로 촬영한 사진판을 분석하는 임시직 ‘컴퓨터’로 일했다. 특히 소마젤란운과 대마젤란운의 이미지를 면밀히 조사했고, 그 안에서 1800개 변광성(밝기가 변하는 별)을 식별해냈다. ​리빗은 1908년과 1912년에 쓴 두 논문에서 변광성 중 다수가 독특한 주기-광도 관계를 가지고 있다는 것을 증명해냈다. 그녀는 별이 수축하고 확장하면서 규칙적으로 맥동하고 더 밝고 희미하게 보이는 데 걸리는 시간은 별의 광도에 따라 달라진다는 것을 깨달았다. ​이것은 엄청난 발견이었다. 변광 주기와 절대광도 사이에 정확한 관계성을 가진 변광성(후에 세페이드 변광성이라는 이름이 붙었다)들을 연구하면서 별의 거리를 계산할 수 있기 때문이다. 오늘날에도 리빗의 주기-광도 관계는 과학자들이 우주의 거리를 측정할 때 사용하는 핵심 개념이다. 셰플리의 이야기로 넘어가면, ​허블의 발견에서 셰플리의 역할을 감안할 때 그가 은하수 너머에 아무것도 없다고 믿었다는 것은 아이러니하다. 20세기 초에 망원경은 다른 은하의 개별 별을 분해할 만큼 강력하지 않았기 때문에 나선은하는 나선 얼룩처럼 보였고 나선성운이라고 불렸다. 셰플리는 나선성운이 단순히 은하수 가장자리에서 형성되는 별일 것이라고 추정했다. ​셰플리의 목표는 최초의 공식적인 우주 거리 사다리를 만들어 우리은하의 크기(그가 본 우주)를 측정하는 것이었다. 그 첫 단계가 우리은하에서 발견한 세페이드 변광성이었고, 다음은 RR형 변광성이었다. RR형은 세페이드 변광성과 비슷한 주기-광도 관계를 가진 또 다른 종류의 변광성이며, 세페이드 변광성과 비교하여 거리를 교정할 수 있다. 마지막으로 그는 RR형 라이레 변광성을 사용해 은하수 가장자리 근처의 일반 거대하고 밝은 별까지의 거리를 보정했다. ​셰플리는 우리은하의 크기가 30만 광년이고 우리 태양계가 은하 중심에서 5만 광년 떨어져 있다고 결정했다. 오늘날 정확한 크기와 거리가 각각 10만 광년과 2만 6000광년이라는 걸 알고 있지만, 셰플리의 추정치는 우주 거리 사다리를 처음 사용했다는 데 의미가 있다. ​셰플리는 1920년 4월 워싱턴 DC 국립과학아카데미에서 동료 천문학자 히버 커티스와 함께 나선성운의 본질에 대해 논의한 토론에도 참여했다. 커티스는 나선성운이 그 자체로 은하라고 주장한 데 이어, 우리은하는 단지 1만 광년 크기밖에 안된다고 주장했다. 셰플리는 그 반대를 주장했다. 캘리포니아 윌슨에서 이룬 엄청난 발견허블은 1919년 캘리포니아의 마운트 윌슨 천문대 팀에 합류했는데, 당시 세계에서 가장 큰 망원경이었던 후커 망원경이 첫 빛을 본 지 불과 2년 후였다. “허블의 획기적인 발견은 윌슨 산의 100인치 후커 망원경 덕분에 가능했다”고 말하는 리치는 “허블은 이 최첨단장비를 접할 수 있었기 때문에 자신의 발견을 이룰 수 있었다”고 했다. ​후커 망원경은 천문대 책임자인 조지 엘러리 헤일의 아이디어로, 캘리포니아의 자선가 존 후커가 4만 5000달러를 기부한 덕분에 나선성운 퍼즐을 풀기 위해 설계되었다. 이 과정에서 중요하게 등장하는 인물이 밀턴 휴메이슨이다. 휴메이슨은 천문대를 건설할 때 노새를 타고 건축 자재와 장비를 운반했다가 이후 천문대 관리인이 됐고, 이후 천문학자의 조수가 됐다. 휴메이슨은 박사 학위가 없었지만 많은 천문학적 발견을 했고 허블이 받는 공로의 상당 부분을 공유할 만하다. ​허블과 휴메이슨은 후커 망원경으로 나선성운을 관찰하기 시작했고 1923년에 안드로메다 나선성운인 메시에 31의 사진을 찍는 데 성공했다. ​리치는 이 장면을 “허블은 이 사진에 너무 흥분해서 흑백 유리판에 ‘VAR!’라고 썼다. 세페이드 변광성의 증거를 보았기 때문이다”라고 표현했다. “그 세페이드 변광성은 단순히 ‘V1’로 알려졌다. 그는 리빗과 셰플리가 한 작업 덕분에 그가 나선성운까지의 거리를 처음 측정할 수 있다는 것을 알았다”고 강조한다. ​허블은 93만 광년(실제로는 250만 광년)이라고 측정했지만 큰 오차에도 안드로메다 나선은 셰플리가 측정한 우리은하 크기인 30만 광년을 훨씬 초월하는 거리 너머 존재한다는 것을 분명히 보여주었다. 메시에 31은 나선성운이 아니라, 엄연한 나선은하였던 것이다. 허블은 셰플리에게 편지를 써서 자신의 발견 사실을 알렸다. 셰플리는 편지를 읽은 후 그것을 동료들에게 흔들어 보이며 그는 “이 편지가 내 우주를 파괴했다”고 탄식했다. 허블은 1924년 11월에 뉴욕타임스에 자신의 발견 소식을 ‘유출’했다. 그래서 다음해 1월 AAS에서 허블 자신이 아니라 천문학자 헨리 노리스 러셀이 발표한 프레젠테이션이 공식적인 공개가 되었다. 하지만 비공식적으로는 사람들이 이미 알고 있었다. 오늘날 우리는 우주가 은하, 은하수와 안드로메다와 같은 나선은하, 거대한 타원은하, 그리고 작은 왜소은하로 가득 차 있다는 것을 당연하게 여긴다. 마지막 계산으로는 관측 가능 우주에 최대 2조개 은하가 존재하는 것으로 추정된다. 그럼에도 리치는 허블의 획기적인 발견이 실제로 비교적 최근의 일이라는 게 놀랍다 말한다. ​“100년은 그렇게 길지 않다”고 리치는 말한다. 사실 세상에는 그보다 더 오래 산 사람들이 몇 명 있는데, 그들은 우리가 다른 은하가 존재한다는 것을 알기 전에 태어난 셈이다. “이것은 세상이 얼마나 많이 바뀌었는지, 그리고 발견이 얼마나 빨리 우리에게 다가올 수 있는지에 대한 교훈”이라고 리치는 덧붙였다. 허블 발표 이후 100년…인류의 발견은 어디까지​오늘날 허블이 ‘VAR!’이라고 휘갈겨 쓴 세페이드 변광성 V1을 포착한 사진건판은 귀중한 발견의 유물이며, 고고학자 인디아나 존스가 1000년 후에 찾아갈 만한 것이다. 다행히도 그것을 찾기 위해 그렇게 힘든 여정을 떠날 필요는 없다. ​일반적으로 이 판은 비공개로 보관되었지만, 현재 로스앤젤레스 카운티 박물관의 ‘무한을 매핑한다: 문화 간 우주론 전시회’에서 몇 달 동안 전시되고 있다. ​허블은 거기서 멈추지 않았다. 그 후 은하 형태를 분류하는 모양에 대한 허블 소리굽쇠 다이어그램을 창안해냈다. 허블소리굽쇠도에서 은하들은 형태학적으로 크게 타원은하, 나선은하, 불규칙은하로 나뉜다. 이 허블소리굽쇠도는 여전히 천문학자들에게 교육도구로 남아있다. 허블 소리굽쇠가 묘사하는 은하의 진화가 앞뒤로 바뀌었지만 전문 천문학자들은 여전히 ​​소리굽쇠의 초기·후기 은하라는 명명법을 사용한다. ​1929년에 허블은 우주의 다른 거의 모든 은하가 우리에게서 멀어지고 있다고 밝혔는데, 20세기 천문학의 최대 발견이라 일컬어지는 속도-거리에 대한 허블-르메트르 법칙이다. 우리는 은하수가 전부라고 생각하던 것에서 무한하고 확장되는 우주를 풀어내는 것으로, 우주를 바라보는 패러다임을 전환했다. 1915년에 발표된 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 이어, 닐스 보어가 이끄는 세계 최고의 물리학자들이 양자 물리학의 영역을 알아내던 거의 같은 시기에, 그것은 우주에 대한 우리의 현재 이해를 형성한 과학의 변혁적 시대의 초석이었다. ​암흑물질, 암흑 에너지, 중력의 양자 이론에 대한 탐구, 허블 텐션, 빅뱅의 원인과 같은 새로운 미스터리가 물리학자들을 당혹스럽게 만들면서 지금은 1세기 전과 유사한 과학의 또 다른 변혁을 위한 좋은 시기가 될 것이다.

현존하는 최대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 ‘아인슈타인 지그재그’가 포착됐다. 단일 이미지에 하나의 퀘이사(은하핵)가 여섯 개로 나타난 이미지로, 이 배열은 1915년 알베르트 아인슈타인이 처음 제안한 ‘중력렌즈’ 효과에 의한 것이다. 과학자들은 이 발견이 우주론에서 풀리지 않은 최대 난제를 해결할 것으로 판단하고 있다. J1721+8842로 명명된 이 시스템은 매우 밝은 퀘이사를 가진 두 은하가 넓게 분리되면서도 완벽하게 정렬된 상태로 렌즈화해 구성돼 있다. 이런 사례는 아인슈타인의 중력이론인 일반 상대성 이론에서 예측한 휘어진 시공간 현상을 보여주는 사례이며, J1721+8842 지그재그는 표준 중력렌즈가 갖지 못한 힘을 가지고 있다. ​이 아인슈타인 지그재그는 우주론에서 가장 큰 미스터리로 꼽히는 암흑 에너지의 본질과 허블-르메르트 상수(허블 상수)와 관련이 있다. 암흑 에너지와 허블-르메르트 상수는 팽창하는 우주를 설명하는 데 핵심 요소다. 암흑 에너지는 우주 에너지와 물질 총량의 70% 가까이 차지하면서 팽창을 주도한다고 여겨지지만 정체는 명확하지 않다. 허블 상수 역시 우주 팽창 속도를 측정할 수 있는 속도-거리의 법칙이다. 스탠포드대 소속 우주 연구원인 마틴 밀론은 “이 시스템은 매혹적인 자연 현상일 뿐만 아니라 우주론적 매개변수를 측정하는 데 유용하다”면서 “허블 상수와 암흑 에너지 상태 방정식에 모두 엄격한 제약을 가할 잠재력을 제공한다”고 덧붙였다.​ 중력 렌즈가 만들어낸 링, 십자가, 지그재그일반 상대성 이론은 질량이 있는 물체가 공간과 시간 구조 자체에 곡률(구부러짐)을 발생시키고, 이는 ‘시공간’이라는 단일 4차원 연속체로 통합된다고 설명한다. 물체의 질량이 클수록 시공간에서 발생하는 곡률이 커진다. 중력은 이러한 곡률에서 발생하므로 물체의 질량이 클수록 중력의 영향이 커진다. 중력 렌즈는 배경 광원에서 나온 빛이 지구로 오는 경로에 거대한 렌즈 물체를 지나가면서 곡률에 따라 휘어져 발생한다. 중력 렌즈 주위를 다른 경로로 이동하면서 렌즈 질량에 다양한 거리에서 접근하고 서로 다른 양으로 휘어진다. 즉 같은 배경 광원에서 나온 이 빛이 같은 망원경에 다른 시간에 도착한다는 뜻이다. 따라서 단일 배경 발광체가 단일 이미지의 여러 곳에 나타날 수 있는데, 이러한 물체는 아인슈타인 링, 아인슈타인 십자가, 이번처럼 아인슈타인 지그재그와 같은 배열을 형성할 수 있다. ​사실 ​JWST가 이 현상을 처음 발견한 망원경은 아니다. 초거대 블랙홀 주변의 밝게 빛나는 가스와 먼지로 구성된 렌즈 퀘이사는 2017년 하와이 할리아칼라 천문대에 있는 파노라마 탐사 망원경과 판스타스(Pan-STARRS) 망원경 시스템을 사용한 캐머런 레몬에 포착됐다.​ 일반적으로 단일 은하에서 생성된 중력 렌즈는 정렬에 따라 두 개 또는 네 개의 이미지를 형성한다. 렌즈 퀘이사는 4번 렌즈화했지만, JWST는 높은 감도 덕분에 멀리 떨어진 두 개 퀘이사를 희귀한 여섯 개 이미지로 구성했고, 연구팀은 이를 ‘아인슈타인 지그재그’라고 명명했다. 밀론은 “여러 이미지 중 두 개의 광학 경로가 한쪽 은하를 지나 다른 쪽 은하에 의해 휘어져 지그재그 패턴을 만들었다”고 설명했다. 연구 책임자이자 EPFL 천체물리학 연구소 과학자인 프레데릭 덕스는 과학자들이 중력렌즈를 생성하는 세 개의 다른 천체 사이에 이렇게 완벽한 정렬을 발견한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다. 일반적으로 중력렌즈는 두 개의 천체만 포함한다. 예를 들어 렌즈 역할을 하는 은하와 광원 역할을 하는 또 다른 은하가 작동한다. 단일 은하계가 그 자체로 완벽한 렌즈 역할을 하는 경우는 없다. 정렬이 충분하지 않기 때문이다.​ J1721+8842를 만든 은하의 경우 하나는 빛이 지구로 23억년 동안 이동하고, 더 먼 은하는 100억년을 이동할 만큼 매우 멀리 떨어져 있다. 그런데도 두 은하가 완벽에 가까운 정렬을 하면서 약 110억 광년 떨어진 퀘이사 광원에서 나오는 빛을 감지하는 역할을 하고, 전경 은하는 중간 은하계에서 나오는 빛을 렌즈로 처리하면서 ‘아인슈타인 지그재그’를 만들어냈다.​ 덕스는 “이건 드문 일이다. 5만개 렌즈 퀘이사 중 하나가 이런 구성을 가질 것으로 예상하는데, 심지어 우린 렌즈 퀘이사를 300개 정도만 알고 있는 상황에서 이런 발견을 하다니 정말 운이 좋았다”고 감탄했다. 아이슈타인 지그재그의 발견, 우주론 미스터리 풀까연구팀은 이미 허블 상수를 측정하기 위해 J1721+8842의 업데이트된 모델을 연구 중이라고 설명했다. 대부분의 렌즈 퀘이사는 이 목적으로 사용할 수 있지만, 이 퀘이사는 두 개의 다른 렌즈를 가지고 있기 때문에 렌즈 모델을 훨씬 더 잘 제한하고 허블 상수의 불확실성을 더욱 줄일 것으로 연구자들은 보고 있다. 덕스는 “허블 긴장이라고 부르는 것으로 인해 우주론이 잠재적 위기에 처해 있는 시기에 이것은 매우 흥미롭다“고 밝혔다. ​허블 긴장은 아주 초기 우주에서 허블 상수를 측정하고 이 값의 진화를 138억년의 우주 역사를 (최고의 우주론적 모델을 사용해) 추정하면 지역 우주를 관측한 측정 값과 허블 상수를 현재 나이로 측정할 때 값이 동일해야 하지만 두 결과 사이에는 큰 차이가 있다. ​연구팀은 “어느 쪽이든 측정 오류가 있을 수 있으므로 확실한 위기를 선언하기 전에 잠재적 오류를 계속 찾고 측정을 개선해야 한다”고 설명했다. 또한 이 렌즈는 우주의 암흑 에너지 상태 방정식을 제한하는 데 동시에 사용할 수도 있다. 연구팀은 “이것은 매우 흥미로운데, 이 양과 허블 상수는 일반적으로 퇴화해 ‘두 노브를 다른 방향으로 움직여도’ 관측 데이터에 잘 맞출 수 있기 때문이다. 이 시스템을 사용하면 이러한 퇴화를 깨뜨릴 수 있다”고 했다. J1721+8842를 사용해 두 값을 동시에 결정할 수 있는데, 일반적으로는 불가능하다. 연구팀이 조사하려는 두 값을 ‘안전한’ 방식으로 측정해 잠재적인 편향과 오류를 피하기 전에 많은 이론적 작업과 기술적 인프라 개발이 필요하다. JWST는 J1721+8842의 진정한 본질을 아인슈타인 지그재그로 발견하는 데 필수적이었지만 이러한 애매한 배열을 더 많이 찾는 데 가장 적합한 도구는 아닐 수 있다. ​연구팀은 “판스타스와 유클리드 또는 미래의 베라 루빈 천문대(LSST)와 같은 가이아의 하늘 조사는 이 검색에 적합한 도구”라면서 “우리는 렌즈 퀘이사를 계속 찾을 것이다! LSST와 유클리드 미션으로 더 많은 것을 찾을 것으로 기대한다. 또 다른 지그재그를 우연히 발견할지는 운에 달려 있다”고 덧붙였다. ​팀의 연구는 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 게시됐다.

현존하는 최대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 ‘아인슈타인 지그재그’가 포착됐다. 단일 이미지에 하나의 퀘이사(은하핵)가 여섯 개로 나타난 이미지로, 이 배열은 1915년 알베르트 아인슈타인이 처음 제안한 ‘중력렌즈’ 효과에 의한 것이다. 과학자들은 이 발견이 우주론에서 풀리지 않은 최대 난제를 해결할 것으로 판단하고 있다. J1721+8842로 명명된 이 시스템은 매우 밝은 퀘이사를 가진 두 은하가 넓게 분리되면서도 완벽하게 정렬된 상태로 렌즈화해 구성돼 있다. 이런 사례는 아인슈타인의 중력이론인 일반 상대성 이론에서 예측한 휘어진 시공간 현상을 보여주는 사례이며, J1721+8842 지그재그는 표준 중력렌즈가 갖지 못한 힘을 가지고 있다. ​이 아인슈타인 지그재그는 우주론에서 가장 큰 미스터리로 꼽히는 암흑 에너지의 본질과 허블-르메르트 상수(허블 상수)와 관련이 있다. 암흑 에너지와 허블-르메르트 상수는 팽창하는 우주를 설명하는 데 핵심 요소다. 암흑 에너지는 우주 에너지와 물질 총량의 70% 가까이 차지하면서 팽창을 주도한다고 여겨지지만 정체는 명확하지 않다. 허블 상수 역시 우주 팽창 속도를 측정할 수 있는 속도-거리의 법칙이다. 스탠포드대 소속 우주 연구원인 마틴 밀론은 “이 시스템은 매혹적인 자연 현상일 뿐만 아니라 우주론적 매개변수를 측정하는 데 유용하다”면서 “허블 상수와 암흑 에너지 상태 방정식에 모두 엄격한 제약을 가할 잠재력을 제공한다”고 덧붙였다.​ 중력 렌즈가 만들어낸 링, 십자가, 지그재그​일반 상대성 이론은 질량이 있는 물체가 공간과 시간 구조 자체에 곡률(구부러짐)을 발생시키고, 이는 ‘시공간’이라는 단일 4차원 연속체로 통합된다고 설명한다. 물체의 질량이 클수록 시공간에서 발생하는 곡률이 커진다. 중력은 이러한 곡률에서 발생하므로 물체의 질량이 클수록 중력의 영향이 커진다. 중력 렌즈는 배경 광원에서 나온 빛이 지구로 오는 경로에 거대한 렌즈 물체를 지나가면서 곡률에 따라 휘어져 발생한다. 중력 렌즈 주위를 다른 경로로 이동하면서 렌즈 질량에 다양한 거리에서 접근하고 서로 다른 양으로 휘어진다. 즉 같은 배경 광원에서 나온 이 빛이 같은 망원경에 다른 시간에 도착한다는 뜻이다. 따라서 단일 배경 발광체가 단일 이미지의 여러 곳에 나타날 수 있는데, 이러한 물체는 아인슈타인 링, 아인슈타인 십자가, 이번처럼 아인슈타인 지그재그와 같은 배열을 형성할 수 있다. ​사실 ​JWST가 이 현상을 처음 발견한 망원경은 아니다. 초거대 블랙홀 주변의 밝게 빛나는 가스와 먼지로 구성된 렌즈 퀘이사는 2017년 하와이 할리아칼라 천문대에 있는 파노라마 탐사 망원경과 판스타스(Pan-STARRS) 망원경 시스템을 사용한 캐머런 레몬에 포착됐다.​ 일반적으로 단일 은하에서 생성된 중력 렌즈는 정렬에 따라 두 개 또는 네 개의 이미지를 형성한다. 렌즈 퀘이사는 4번 렌즈화했지만, JWST는 높은 감도 덕분에 멀리 떨어진 두 개 퀘이사를 희귀한 여섯 개 이미지로 구성했고, 연구팀은 이를 ‘아인슈타인 지그재그’라고 명명했다. 밀론은 “여러 이미지 중 두 개의 광학 경로가 한쪽 은하를 지나 다른 쪽 은하에 의해 휘어져 지그재그 패턴을 만들었다”고 설명했다. ​연구 책임자이자 EPFL 천체물리학 연구소 과학자인 프레데릭 덕스는 과학자들이 중력렌즈를 생성하는 세 개의 다른 천체 사이에 이렇게 완벽한 정렬을 발견한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다. 일반적으로 중력렌즈는 두 개의 천체만 포함한다. 예를 들어 렌즈 역할을 하는 은하와 광원 역할을 하는 또 다른 은하가 작동한다. 단일 은하계가 그 자체로 완벽한 렌즈 역할을 하는 경우는 없다. 정렬이 충분하지 않기 때문이다.​ J1721+8842를 만든 은하의 경우 하나는 빛이 지구로 23억년 동안 이동하고, 더 먼 은하는 100억년을 이동할 만큼 매우 멀리 떨어져 있다. 그런데도 두 은하가 완벽에 가까운 정렬을 하면서 약 110억 광년 떨어진 퀘이사 광원에서 나오는 빛을 감지하는 역할을 하고, 전경 은하는 중간 은하계에서 나오는 빛을 렌즈로 처리하면서 ‘아인슈타인 지그재그’를 만들어냈다.​ 덕스는 “이건 드문 일이다. 5만개 렌즈 퀘이사 중 하나가 이런 구성을 가질 것으로 예상하는데, 심지어 우린 렌즈 퀘이사를 300개 정도만 알고 있는 상황에서 이런 발견을 하다니 정말 운이 좋았다”고 감탄했다. 아이슈타인 지그재그의 발견, 우주론 미스터리 풀까​연구팀은 이미 허블 상수를 측정하기 위해 J1721+8842의 업데이트된 모델을 연구 중이라고 설명했다. 대부분의 렌즈 퀘이사는 이 목적으로 사용할 수 있지만, 이 퀘이사는 두 개의 다른 렌즈를 가지고 있기 때문에 렌즈 모델을 훨씬 더 잘 제한하고 허블 상수의 불확실성을 더욱 줄일 것으로 연구자들은 보고 있다. 덕스는 “허블 긴장이라고 부르는 것으로 인해 우주론이 잠재적 위기에 처해 있는 시기에 이것은 매우 흥미롭다“고 밝혔다. ​허블 긴장은 아주 초기 우주에서 허블 상수를 측정하고 이 값의 진화를 138억년의 우주 역사를 (최고의 우주론적 모델을 사용해) 추정하면 지역 우주를 관측한 측정 값과 허블 상수를 현재 나이로 측정할 때 값이 동일해야 하지만 두 결과 사이에는 큰 차이가 있다. ​연구팀은 “어느 쪽이든 측정 오류가 있을 수 있으므로 확실한 위기를 선언하기 전에 잠재적 오류를 계속 찾고 측정을 개선해야 한다”고 설명했다. 또한 이 렌즈는 우주의 암흑 에너지 상태 방정식을 제한하는 데 동시에 사용할 수도 있다. 연구팀은 “이것은 매우 흥미로운데, 이 양과 허블 상수는 일반적으로 퇴화해 ‘두 노브를 다른 방향으로 움직여도’ 관측 데이터에 잘 맞출 수 있기 때문이다. 이 시스템을 사용하면 이러한 퇴화를 깨뜨릴 수 있다”고 했다. J1721+8842를 사용해 두 값을 동시에 결정할 수 있는데, 일반적으로는 불가능하다. 연구팀이 조사하려는 두 값을 ‘안전한’ 방식으로 측정해 잠재적인 편향과 오류를 피하기 전에 많은 이론적 작업과 기술적 인프라 개발이 필요하다. JWST는 J1721+8842의 진정한 본질을 아인슈타인 지그재그로 발견하는 데 필수적이었지만 이러한 애매한 배열을 더 많이 찾는 데 가장 적합한 도구는 아닐 수 있다. ​연구팀은 “판스타스와 유클리드 또는 미래의 베라 루빈 천문대(LSST)와 같은 가이아의 하늘 조사는 이 검색에 적합한 도구”라면서 “우리는 렌즈 퀘이사를 계속 찾을 것이다! LSST와 유클리드 미션으로 더 많은 것을 찾을 것으로 기대한다. 또 다른 지그재그를 우연히 발견할지는 운에 달려 있다”고 덧붙였다. ​팀의 연구는 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 게시됐다.

‘별지기’라는 말을 흔히들 사용하지만, 사실 이 단어는 국어사전에 없는 말이다. 유행어를 수집해놓은 오픈사전에조차 없다. 그렇다면 정확한 낱말 뜻은 무엇이고, 어떻게 이런 단어가 나타났는가를 한번 따져볼 필요가 있다. 일단 별지기의 ‘별’은 그렇다 치고, ‘지기’란 무엇일까? 사전에는 고지기(庫直-)란 말이 나온다. 옛날 관아의 창고나 능묘, 정자 등을 지키는 관리를 일컫는다. 창고를 지키는 사람을 창고지기, 묘를 지키는 사람을 묘지기, 문을 지키는 사람을 문지기, 산을 지키는 사람을 산지기라 한다. 별지기의 ‘지기’는 여기서 나왔다는 것을 쉬 추론할 수 있다. 영어권에서는 별지기를 ‘별을 지켜보는 사람’이라는 뜻으로 스타게이저(stargazer)라 하는데, 원래는 점성가나 천문학자들을 가리키는 별칭이었으나, 요즘은 거의 별지기라는 뜻으로 쓰인다. 그렇다면 이들 별지기는 무엇을 하는 사람들인가? 한마디로 아마추어 천문학을 하는 아마추어 천문가이다. 즉, 천문학을 직업으로 하거나 천문학 분야의 학문적인 교육을 받지 않고 취미로 천문을 연구하고, 천체를 관측한다. 천체 관측에 있어서는 안시관측을 주로 하는 안시파와, 천체사진을 주로 하는 사진파로 나눠지며, 양자를 겸하는 경우도 적지 않다. 또 특이하게도 망원경 제작에 진심인 별지기도 있다는 점이다. 관측 대상은 달과 태양, 일식과 월식, 혜성과 유성우, 그리고 성운, 성단, 은하 등이 목록에 포함된다. 그중 가장 인기있는 것이 <메시에 목록>에 수록된 110개의 유명 천체들을 두루 관측하는 것이다. 이들 아마추어 천문가들은 대개 초심자지만, 일부는 높은 수준의 천문 지식을 탑재하고 있어 종종 전문적인 천문가를 돕는 협업의 경우도 드물지 않다. 전 세계에는 많은 수의 별지기와 아마추어 천문학 단체들이 있으며, 아마추어 천문학에 관심이 있는 이들의 만남의 장소의 역할을 하고 있다. 천문 단체는 또한 천체망원경 제작 같은 특별한 관심사를 갖는 사람들의 모임의 장소가 된다. 참여자들이 갖는 관심의 정도는 서로 다르다. 규칙적인 모임은 관측회나 발표회 같은 활동을 포함하기도 한다. 우리나라의 경우는 아마추어 천문학이 삼국시대부터 있었다는 기록이 나온다. 신라 진평왕 때 ‘혜성가’를 지은 융천사를 비롯, 조선 영조 때 우주론을 담은 <의산문답>을 쓴 홍대용이 그러한 예가 될 것이다. 근대 이후로는 1972년 쟈코비니 유성우 관측을 계기로 한국 아마추어 천문학회가 결성되어 관측회와 자작 망원경 전시 등을 활동을 벌였으며, 이후 각 대학별로 천문 동아리가 결성되어 활동하고 있다. 현재 전 세계적으로 수많은 별지기들이 황동하고 있는데, 그중에서도 미국과 일본의 아마추어 천문학이 단연 선두권을 형성한다고 할 수 있다. 두 나라의 경우 천문잡지만 해도 여러 종이 발간되고 있는 데 비해 한국은 인터네 신문을 포함해 단 하나의 천문잡지도 없는 실정이다. ‘망원경을 보는 성자’ 존 돕슨별지기들의 마음속에 이 문장 씌어져 있지 않은 사람은 거의 없을 것이다. “우리가 매일 저녁 단 한 번이라도 별을 보며 명상한다면, 이 세상은 한결 아름다워질 것이다.” 아프리카의 성자로 불리는 알버트 슈바이처 박사가 한 말이다. 이 슈바이처의 이념을 평생 온몸으로 신천해온 별지기가 있는데, 바로 ‘망원경을 보는 성자’로 불리는 미국의 별지기 존 돕슨이다. 돕소니언 망원경을 발명한 존 돕슨은 수도승 출신으로, 일찍이 청빈 서약을 하여 평생 가난하게 살았다고 한다. 돕슨이 남긴 가장 위대한되는 유산은 현재 ‘돕소니언 망원경’으로 불리는 대형 휴대형 저가 반사 망원경의 설계를 개량하고 홍보한 것이다. 천문관측의 역사는 돕소니언 망원경 이전과 이후로 나뉜다는 평가를 받을 만큼 그의 발명품은 많은 사람들에게 사랑을 받았지만, 자신의 발명품을 특허등록하지 않아 누구나 만들어 쓰게 했을 뿐 아니라, ‘많은 사람이 보는 망원경이 좋은 망원경이다’라는 믿음을 가지고 평생 사람들에게 우주를 보여주며 떠돌이 삶을 살았다. 돕슨은 1987년 7월 미국 버몬트주 스프링필드 부근 산꼭대기에 있는 관측장소 스텔라파네(별들의 성지)에서 아마추어 망원경 제작자들에게 다음과 같은 연설을 했는데, 이는 별지기 동네에선 아직까지 전설로 회자되고 있다. “저는 망원경의 크기가 얼마이고, 광학장비가 얼마나 정교하고, 얼마나 아름다운 사진을 찍을 수 있는가 하는 것은 그리 중요하게 생각지 않습니다. 이 광대한 세계에서 여러분보다 혜택을 덜 누리는 사람들이 함께 망원경을 들여다보고 우주를 이해할 수 있는 기회를 가지느냐 하는 것이야말로 제가 가장 중요하게 여기는 가치입니다. 저를 계속 앞으로 나아가도록 충동질하는 유일한 신념은 바로 이것입니다.” 이러한 존 돕슨의 신조에 따라, 어느 나라의 별지기라 할 것 없이 별지기라면 ‘많은 사람이 보는 망원경이 좋은 망원경이다’라는 믿음을 가지고, 기꺼이 자기 망원경을 내놓고 보여주는 사람들이다. 요즘도 주말에 청계천 같은 곳에서는 망원경을 세워놓고 “토성 보고 가세요. 목성 보고 가세요” 하며 별 세일을 하는 사람들이 더러 있다. 별지기들의 모임인 천제관측회는 보통 스타 파티라 불리는데, 어떤 사람이라도 이 잔치에 참가하는 것은 환영받으며, 어떤 망원경이라도 보고 싶다면 그 주인은 기꺼이 망원경을 내어준다. 이것이 바로 돕슨으로부터 배운 별지기의 공유 정신이다. 이처럼 존 돕슨은 전 세계의 별지기들의 사표가 되고 있다. 지난 2014년 99세의 나이로 우주로 떠났다. 별지기들은 별과 우주를 사랑하며, 이를 이웃들과 기꺼이 공유하려는 마음자리를 지니고 있다. 한마디로 별지기는 그 속성상 ‘우주교’ 전도사라 할 수 있다.

‘별지기’라는 말을 흔히들 사용하지만, 사실 이 단어는 국어사전에 없는 말이다. 유행어를 수집해놓은 오픈사전에조차 없다. 그렇다면 정확한 낱말 뜻은 무엇이고, 어떻게 이런 단어가 나타났는가를 한번 따져볼 필요가 있다. 일단 별지기의 ‘별’은 그렇다 치고, ‘지기’란 무엇일까? 사전에는 고지기(庫直-)란 말이 나온다. 옛날 관아의 창고나 능묘, 정자 등을 지키는 관리를 일컫는다. 창고를 지키는 사람을 창고지기, 묘를 지키는 사람을 묘지기, 문을 지키는 사람을 문지기, 산을 지키는 사람을 산지기라 한다. 별지기의 ‘지기’는 여기서 나왔다는 것을 쉬 추론할 수 있다. 영어권에서는 별지기를 ‘별을 지켜보는 사람’이라는 뜻으로 스타게이저(stargazer)라 하는데, 원래는 점성가나 천문학자들을 가리키는 별칭이었으나, 요즘은 거의 별지기라는 뜻으로 쓰인다. 그렇다면 이들 별지기는 무엇을 하는 사람들인가? 한마디로 아마추어 천문학을 하는 아마추어 천문가이다. 즉, 천문학을 직업으로 하거나 천문학 분야의 학문적인 교육을 받지 않고 취미로 천문을 연구하고, 천체를 관측한다. 천체 관측에 있어서는 안시관측을 주로 하는 안시파와, 천체사진을 주로 하는 사진파로 나눠지며, 양자를 겸하는 경우도 적지 않다. 또 특이하게도 망원경 제작에 진심인 별지기도 있다는 점이다. 관측 대상은 달과 태양, 일식과 월식, 혜성과 유성우, 그리고 성운, 성단, 은하 등이 목록에 포함된다. 그중 가장 인기있는 것이 <메시에 목록>에 수록된 110개의 유명 천체들을 두루 관측하는 것이다. 이들 아마추어 천문가들은 대개 초심자지만, 일부는 높은 수준의 천문 지식을 탑재하고 있어 종종 전문적인 천문가를 돕는 협업의 경우도 드물지 않다. 전 세계에는 많은 수의 별지기와 아마추어 천문학 단체들이 있으며, 아마추어 천문학에 관심이 있는 이들의 만남의 장소의 역할을 하고 있다. 천문 단체는 또한 천체망원경 제작 같은 특별한 관심사를 갖는 사람들의 모임의 장소가 된다. 참여자들이 갖는 관심의 정도는 서로 다르다. 규칙적인 모임은 관측회나 발표회 같은 활동을 포함하기도 한다. 우리나라의 경우는 아마추어 천문학이 삼국시대부터 있었다는 기록이 나온다. 신라 진평왕 때 ‘혜성가’를 지은 융천사를 비롯, 조선 영조 때 우주론을 담은 <의산문답>을 쓴 홍대용이 그러한 예가 될 것이다. 근대 이후로는 1972년 쟈코비니 유성우 관측을 계기로 한국 아마추어 천문학회가 결성되어 관측회와 자작 망원경 전시 등을 활동을 벌였으며, 이후 각 대학별로 천문 동아리가 결성되어 활동하고 있다. 현재 전 세계적으로 수많은 별지기들이 황동하고 있는데, 그중에서도 미국과 일본의 아마추어 천문학이 단연 선두권을 형성한다고 할 수 있다. 두 나라의 경우 천문잡지만 해도 여러 종이 발간되고 있는 데 비해 한국은 인터네 신문을 포함해 단 하나의 천문잡지도 없는 실정이다. ‘망원경을 보는 성자’ 존 돕슨별지기들의 마음속에 이 문장 씌어져 있지 않은 사람은 거의 없을 것이다. “우리가 매일 저녁 단 한 번이라도 별을 보며 명상한다면, 이 세상은 한결 아름다워질 것이다.” 아프리카의 성자로 불리는 알버트 슈바이처 박사가 한 말이다. 이 슈바이처의 이념을 평생 온몸으로 신천해온 별지기가 있는데, 바로 ‘망원경을 보는 성자’로 불리는 미국의 별지기 존 돕슨이다. 돕소니언 망원경을 발명한 존 돕슨은 수도승 출신으로, 일찍이 청빈 서약을 하여 평생 가난하게 살았다고 한다. 돕슨이 남긴 가장 위대한되는 유산은 현재 ‘돕소니언 망원경’으로 불리는 대형 휴대형 저가 반사 망원경의 설계를 개량하고 홍보한 것이다. 천문관측의 역사는 돕소니언 망원경 이전과 이후로 나뉜다는 평가를 받을 만큼 그의 발명품은 많은 사람들에게 사랑을 받았지만, 자신의 발명품을 특허등록하지 않아 누구나 만들어 쓰게 했을 뿐 아니라, ‘많은 사람이 보는 망원경이 좋은 망원경이다’라는 믿음을 가지고 평생 사람들에게 우주를 보여주며 떠돌이 삶을 살았다. 돕슨은 1987년 7월 미국 버몬트주 스프링필드 부근 산꼭대기에 있는 관측장소 스텔라파네(별들의 성지)에서 아마추어 망원경 제작자들에게 다음과 같은 연설을 했는데, 이는 별지기 동네에선 아직까지 전설로 회자되고 있다. “저는 망원경의 크기가 얼마이고, 광학장비가 얼마나 정교하고, 얼마나 아름다운 사진을 찍을 수 있는가 하는 것은 그리 중요하게 생각지 않습니다. 이 광대한 세계에서 여러분보다 혜택을 덜 누리는 사람들이 함께 망원경을 들여다보고 우주를 이해할 수 있는 기회를 가지느냐 하는 것이야말로 제가 가장 중요하게 여기는 가치입니다. 저를 계속 앞으로 나아가도록 충동질하는 유일한 신념은 바로 이것입니다.” 이러한 존 돕슨의 신조에 따라, 어느 나라의 별지기라 할 것 없이 별지기라면 ‘많은 사람이 보는 망원경이 좋은 망원경이다’라는 믿음을 가지고, 기꺼이 자기 망원경을 내놓고 보여주는 사람들이다. 요즘도 주말에 청계천 같은 곳에서는 망원경을 세워놓고 “토성 보고 가세요. 목성 보고 가세요” 하며 별 세일을 하는 사람들이 더러 있다. 별지기들의 모임인 천제관측회는 보통 스타 파티라 불리는데, 어떤 사람이라도 이 잔치에 참가하는 것은 환영받으며, 어떤 망원경이라도 보고 싶다면 그 주인은 기꺼이 망원경을 내어준다. 이것이 바로 돕슨으로부터 배운 별지기의 공유 정신이다. 이처럼 존 돕슨은 전 세계의 별지기들의 사표가 되고 있다. 지난 2014년 99세의 나이로 우주로 떠났다. 별지기들은 별과 우주를 사랑하며, 이를 이웃들과 기꺼이 공유하려는 마음자리를 지니고 있다. 한마디로 별지기는 그 속성상 ‘우주교’ 전도사라 할 수 있다.

현대 천체물리학에 따르면 태초의 우주는 엄청나게 작지만, 밀도가 크고 뜨거운 상태였는데 어느 순간 ‘쾅’(bang)하고 폭발하면서 현재와 같은 엄청나게 큰 우주가 됐다는 것이 ‘빅뱅 우주론’이 정설이다. 영국, 미국, 독일, 스페인, 호주, 이탈리아, 프랑스 7개국 21개 대학과 연구기관 과학자로 구성된 국제 공동 연구팀은 빅뱅 이후 7억 년 만에 원시 우주에서 은하계 안쪽에서 바깥으로(인사이드 아웃) 성장하는 은하를 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 관찰했다고 13일 밝혔다. 영국 케임브리지대 우주학 연구소, 캐번디시 연구소, 런던대(UCL), 옥스퍼드대, 하트퍼드셔대, 미국 하버드-스미스소니언 천체물리학 연구센터, 콜로라도 볼더대, 캘리포니아 산타크루즈대(UCSC), 스탠퍼드대 입자 천체물리학 및 우주학 연구소, 애리조나대, 텍사스 오스틴대, 존스홉킨스대, 우주 망원경 과학 연구소, 위스콘신 메디슨대, 국립 광적외선 천문학 연구소, 독일 유럽 남방 천문대(ESO), 막스 플랑크 천문학 연구소, 스페인 천체생물학 연구센터(CAB), 호주 멜버른대, 전(全)우주 3차원 천체물리 연구센터(ASTRO 3D), 이탈리아 피사 고등사범학교, 프랑스 소르본대 천문학자와 물리학자 등이 참여했다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 10월 11일 자에 실렸다. 현재 관측되는 은하는 가스를 비롯한 우주 물질을 끌어들이거나, 더 작은 은하와 통합하면서 성장하는 2가지 메커니즘으로 성장하는 것으로 알려졌다. 그런데 초기 우주에서도 이런 방법으로 은하가 확장됐는지에 대해서는 명확한 설명을 내놓지 못하고 있다. JWST는 이런 초기 우주의 성장 과정을 밝혀내기 위한 임무도 수행하고 있다. 이번에 관측한 은하는 우리은하보다 100배나 작은 크기지만 초기 우주에서는 놀랍도록 성숙한 상태였다. 마치 큰 도시처럼 은하 중심에는 별(항성)이 밀집해 있지만 외부로 갈수록 밀도가 낮아지는 것이 확인됐다. 도시가 안에서 바깥으로 확장해 나가는 것처럼 이 은하 역시 안쪽에서 바깥쪽으로 뻗어나고 있음이 관찰됐다. 연구팀은 가스 방출, 우주먼지 흡수를 포함한 성장 모델링을 사용한 결과, 은하 중심에서 가장 오래된 별을 발견할 수 있었으며 주변 원반 구성 요소에서 매우 활발하게 별이 형성되고 있음을 확인했다. 이번 은하 주변에는 대략 1000만 년마다 별의 질량이 두 배씩 늘어나는 것으로 나타났다. 우리은하의 경우는 1000억 년마다 질량이 두 배로 증가하는 것과 비교한다면 매우 빠른 속도다. 연구팀에 따르면 이번에 관측된 은하는 안쪽에서 바깥쪽으로 확장, 성장하는 은하의 보기 드문 사례다. 이와 유사한 은하를 연구함으로써 가스 구름에서 오늘날 우리가 흔히 볼 수 있는 복잡한 구조의 은하로 어떻게 변화됐는지를 이해할 수 있을 것으로 기대한다. 연구를 이끈 샌드로 타첼라 영국 케임브리지대 교수(천체물리학)는 “은하가 우주적 시간 동안 어떻게 진화해왔는지는 천체물리학에서 매우 중요한 질문”이라며 “JWST 덕분에 우주 역사 초기 첫 10억 년을 탐구할 수 있게 됐다”고 말했다. 타첼라 교수는 “은하가 성장하고 별의 형성이 증가함에 따라 피겨 스케이팅 선수가 팔을 모으면서 회전속도를 높이는 것처럼 은하도 비슷한 방식으로 더 멀리서 가스를 끌어들이며 회전 속도가 증가해 나선형 또는 디스크 모양을 형성하는 것”이라고 덧붙였다.

응용 분야에서 이례적으로 선정1982년 ‘홉필드 네트워크’ 제시이론물리학, 컴퓨터 분야 적용인공 신경망 통해 강력한 계산 2024년 노벨 물리학상은 인공 신경망 연구로 현재의 인공지능 시대를 연 미국, 캐나다 과학자에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 8일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 존 홉필드(91) 미국 프린스턴대 명예교수, 제프리 힌턴(77) 캐나다 토론토대 명예교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 “홉필드 교수는 이미지를 저장하고 데이터의 다른 유형 패턴을 재구성할 수 있는 연상기억이라는 개념을 제시했고, 힌턴 교수는 데이터에서 자율적으로 속성을 찾아 특정 요소를 식별하는 작업을 수행할 수 있는 방법을 개발했다”고 업적을 소개했다. 이와 함께 “1980년대 두 사람의 연구가 2010년대에 시작된 인공지능 혁명의 기초를 마련했다”고 평가했다. 그러나 노벨 물리학상 수상자를 입자물리, 우주론, 고체물리 같은 전통 분야가 아닌 응용 분야에서 선정한 것은 이례적이라는 반응이 나온다. 고체물리학자였던 홉필드 교수는 1980년대 들어 생물학 분야에 관심을 가지면서 인공 신경망에 관해 연구했다. 그는 1982년 ‘신경회로망과 응집력이 있는 물리적 시스템’이라는 제목의 전설적인 논문에서 ‘홉필드 네트워크’를 제시했다. 신경망을 물리적으로 해석한 홉필드 네트워크는 최적화나 연상기억 등에 사용되는 대표적인 모델이다. 홉필드 교수의 연구는 이론물리학의 개념을 컴퓨터 과학 분야에 적용하며 유전학과 신경과학을 비롯한 다양한 생물학적 질문을 던짐으로써 인공지능 연구에 새로운 통찰력을 제공했다는 평가를 받는다. 1950년대 인공지능 개념이 처음 제시된 뒤 1970년대 초까지 활발히 연구됐다. 그러나 1970년대 중반부터 1980년대 초까지 인공지능에 관한 관심이 급속도로 식어 버린 이른바 ‘인공지능 연구의 첫 번째 빙하기’를 맞는다. 이때 꺼져 가던 인공지능 연구의 불꽃을 되살리고 지금의 인공지능 기술이 있게 만든 것이 힌턴 교수다. 힌턴 교수는 1984년 홉필드 교수의 제자인 테리 세즈노프스키와 함께 ‘볼츠만 머신’이라는 개념을 제안했다. 기존 홉필드 네트워크에 신경망 알고리즘을 결합해 개선한 것으로 대규모 병렬처리를 이용해 강력한 계산이 가능하게 한 것이다. 볼츠만 머신은 확률적으로 순환하는 신경망 네트워크로 내부 구조에 의한 학습이 가능하고 여러 조합된 문제를 해결할 수 있다. 재미있는 것은 ‘인공지능의 아버지’로 평가받는 힌턴 교수가 최근에는 인공지능의 위험성을 경고하는 데 앞장서기도 한다는 점이다. 이번 노벨 물리학상 수상자들은 1100만 크로나(약 14억 3033만원)를 반씩 나눠 갖는다.

2024년 노벨 물리학상은 인공 신경망을 연구로 현재와 같은 인공 지능 시대를 연 미국, 캐나다 과학자에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 8일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 존 홉필드(91) 미국 프린스턴대 명예 교수, 제프리 힌튼(77) 캐나다 토론토대 명예 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨 위원회는 “홉필드 교수는 이미지를 저장하고 데이터의 다른 유형 패턴을 재구성할 수 있는 연상 기억이라는 개념을 제시했고, 힌튼 교수는 데이터에서 자율적으로 속성을 찾아 특정 요소를 식별하는 작업을 수행할 수 있는 방법을 찾아냈다”라며 “물리학의 도구를 사용해 오늘날 강력한 기계학습의 기초가 되는 방법을 개발함으로써 ‘인공지능의 봄’을 가져온 연구자들”이라고 수상 업적을 평가했다. 그러나, 노벨 물리학상 수상자를 입자 물리, 우주론, 고체 물리 같은 전통 분야가 아닌 응용 분야에서 선정했다는 것은 이례적이라는 반응이다. ●인공지능의 봄을 연 고체 물리학자 존 홉필드 교수는 원래 고체 물리학자로 1968~1969년 영국 케임브리지 캐번디시 연구소에서 구겐하임 펠로우십 당시 고체와 빛의 상호작용에 관한 연구로 ‘올리버 버클리상’을 수상하는 등 해당 분야에서 두각을 나타내는 학자였다. 그러다, 1980년대 들어서면서 생물학 분야에 눈을 돌려 물리학과 생물학의 융합 연구를 시작했다. 그러던 중, 홉필드는 1982년 ‘신경회로망과 응집력이 있는 물리적 시스템’이라는 제목의 논문을 발표하고, 여기에서 ‘홉필드 네트워크’를 제안했다. 이 논문은 이론 물리학, 신경 생물학, 컴퓨터 과학의 융합 연구의 결과물로 세 분야에서 가장 많이 인용되는 논문으로 꼽힌다. 신경망을 물리적으로 해석한 홉필드 네트워크는 최적화나 연상기억 등에 사용되는 대표적인 모델이다. 모든 뉴런(신경세포)이 양방향으로 연결된 신경회로망의 동작모델로 0과 1의 이진 입력을 받아 양과 음의 에너지 상태를 출력한다는 것이다. 학습패턴의 양극화 연산 적용, 학습패턴에 대한 가중치 행렬 계산, 계산된 가중치 행렬 저장, 입력패턴에 대한 학습 패턴을 연상하는 알고리즘으로 구성되는 홉필드 네트워크는 현재 기계학습의 기초적 모델로 알려져 있다. 홉필드 교수의 연구는 이론 물리학의 개념을 컴퓨터 과학 분야에 적용하면서, 유전학과 신경과학을 비롯한 다양한 생물학적 질문을 던짐으로써 인공지능 연구에 새로운 통찰력을 제공했다는 평가를 받는다. ●AI 빙하기 묵묵히 견디고 연구한 힌튼 교수 제프리 힌튼 교수는 ‘괴짜 연구자’, ‘외골수 연구자’로도 유명하다. 인공지능은 1950년대에 처음 개념이 제시된 뒤 1970년대 초까지 활발히 연구됐다. 그러다가, 1970년대 중반부터 1980년대 초까지 인공지능에 관한 관심이 급속도로 식어버린 이른바 ‘인공지능 연구의 첫 번째 빙하기’를 맞는다. 이때 꺼져가던 인공지능 연구의 불꽃을 되살리고, 지금의 기계학습과 심층학습을 있게 만든 것이 힌튼 교수다. 힌튼 교수는 1984년 홉필드의 제자인 테리 세즈노프스키와 함께 ‘볼츠만 머신’이라는 개념을 제안했다. 기존 홉필드 네트워크에 신경망 알고리즘을 결합해 개선한 것으로 대규모 병렬처리를 이용해 강력한 계산이 가능하게 한 것이다. 볼츠만 머신은 확률적으로 순환하는 신경망 네트워크로 내부 구조에 의한 학습이 가능하고 여러 조합된 문제를 해결할 수 있다. 힌튼 교수는 구글의 석학 연구원도 지냈지만, 지난해 AI의 위험성을 경고하며 퇴사하기도 했다. 인공지능의 기초를 마련한 이가 인공지능의 위험성을 경고하고 나선 것이다. 조정효 서울대 물리교육과 교수는 “홉필드 교수는 고체 물리학자였다가 생물 쪽에 관심을 갖고 연구했고, 힌튼 교수는 컴퓨터 과학자이면서 신경과학자로 생물학적 원리를 물리학적으로 풀어내 현대 인공지능 연구에 접목한 대표적인 융합 연구자들”이라고 말했다. ●물리학이 만든 이론, 모든 과학에 도움 노벨 재단측은 “1980년대 이후 두 사람의 연구가 2010년경 시작된 인공지능 혁명의 기초를 마련했다”고 강조했다. 물리학이 기계 학습 발전을 위한 도구를 제공했고, 연구 분야로서 물리학이 인공 신경망으로부터 어떤 혜택을 받는지 지켜보는 것도 흥미로운 일이라고 덧붙였다. 실제로 기계학습은 앞서 노벨 물리학상 수상 업적과도 밀접한 관련을 갖고 있다. 2013년 노벨 물리학상 수상 업적인 ‘신의 입자’ 힉스를 발견하기 위해 방대한 양의 데이터를 분류하고 처리하는 데 기계 학습이 사용됐다. 또 2017년 노벨 물리학상 수상 업적인 블랙홀의 중력파 측정에서 잡음을 줄이고 외계행성을 찾는 데도 기계학습의 도움을 받는다는 설명이다. 그뿐만 아니라, 기계학습은 분자와 물질의 특성을 계산하고 예측하는 데 사용됐으며, 단백질 분자 구조를 계산해 그 기능을 결정하고, 더 효율적인 태양전지를 제작하기 위한 새로운 물질을 찾는 데도 도움을 주는 등 최근 많은 연구의 초석이 되고 있다는 평가다. 이번 노벨 물리학상 수상자들은 1100만 스웨덴크로나(14억 3033만원)를 반씩 나눠 갖는다. 노벨 재단은 9일 노벨 화학상, 10일 노벨 문학상, 11일 노벨 평화상, 14일은 알프레드 노벨을 기념하는 스웨덴 국립은행 경제학상(노벨 경제학상) 수상자를 발표한다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

미 항공우주국(NASA)의 명왕성 탐사선 뉴허라이즌스호는 2006년 발사 후 9년 만인 2015년에 명왕성에 도달했다. 뉴허라이즌스호의 탐사 시간은 짧았지만, 명왕성의 모습을 생생하게 파악해 인류에게 오랜 세월 수수께끼였던 태양계 외곽 얼음 천체의 실체를 아는 데 큰 도움이 됐다. 하지만 뉴허라이즌스호의 탐사는 여기서 끝난 것이 아니었다. 뉴허라이즌스호의 에너지원인 원자력 전지(RTG)는 수십 년간 작동이 가능하기 때문에 NASA는 이 탐사선에 연장 임무를 부여했다. 그리고 2019년에는 사상 최초로 카이퍼 벨트 소행성인 아로코트(Arrokoth)를 관측해 지구로 정보를 전송했다. 이후 뉴허라이즌스호는 새로운 천체와 만나지는 못했지만, 선배인 보이저 1, 2호처럼 태양계 외곽 환경 탐사 임무를 맡으면서 발사 후 18년이 지난 지금까지 현역으로 활동하고 있다. 그리고 계속해서 새로운 과학적 발견을 이뤄내고 있다. 최근 우주망원경 과학연구소 마크 포스트만이 이끄는 과학자들은 뉴허라이즌스를 통해 우주가 얼마나 어두운지 밝혀냈다. 엉뚱한 이야기 같지만, 사실 우주가 얼마나 어두운지는 과학자들 사이에서 오랜 논쟁거리였다. 우주가 얼마나 어두운지라는 질문은 바꿔 말하면 우주에 빛이 얼마나 있는가 하는 질문과 같다. 우주에 있는 모든 가시광 영역의 빛을 합친 값을 우주 광학 배경복사(cosmic optical background, COB)라고 하는데, 과학자들은 이를 정확히 측정하는 데 애를 먹어왔다. 지구와 우주에 있는 망원경 모두 태양에 가까운 위치에 있어 태양의 강력한 빛을 차단하기 어렵고 태양계에 있는 먼지와 가스 때문에 빛이 산란하는 현상이 일어나 우주의 밝기를 정확히 측정하기 힘들기 때문이다. 이 문제는 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경 같은 강력한 망원경이 등장해도 위치상 극복하기 힘든 문제였다. 연구팀은 뉴허라이즌스호에 메인 카메라인 로리(Long Range Reconnaissance Imager, LORRI)가 이 문제에 대한 해답을 제시할 수 있다고 보고 연구를 진행했다. 로리는 매우 희미한 햇빛을 받는 명왕성과 그 위성을 관측하기 위해 태양광 다른 빛을 차단하는 차단막을 지니고 있다. 그리고 연구 당시 태양에서 73억km 이상 떨어져 있어 태양광과 먼지, 가스에 의한 간섭을 피할 수 있다. 관측 결과 연구팀은 우주에 있는 빛이 대부분 은하에서 나온다는 사실을 확인했다. 바꿔 말하면 은하에서 나오는 빛 이외에 우리가 모르는 빛을 내는 천체가 없다는 의미로 현재의 우주론을 수정할 필요가 없다는 이야기가 된다. 당연한 결과처럼 들릴지 모르지만, 이렇게 당연해 보이는 것도 실제 관측을 통해 검증하기 전까지는 과학적 사실이 될 수 있다는 점을 생각하면 매우 중요한 결과다. 뉴허라이즌스호는 이미 목표 이상의 과학적 성과를 거뒀다. 그리고 이번 연구처럼 계속해서 새로운 과학적 성과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다. 명왕성을 지난 지 이미 9년의 세월이 흘렀지만, 뉴허라이즌스호는 지금도 새로운 과학의 지평선을 향해 항해하고 있다.

빅뱅이 일어나고 약 40만 년 후 우주를 균일하게 채워온 태초의 우주 빛이 과학자들에게 암흑물질의 비밀로 안내하는 보물지도 역할을 할 수 있을 것으로 예측된다. 우주 마이크로파 배경(CMB)은 우주를 자유롭게 여행하기 시작한 최초의 빛을 말한다. 그 빛의 여행은 전자와 양성자가 첫 번째 원자를 형성할 수 있을 만큼 우주공간이 팽창하고 냉각된 후에 비로소 시작되었다. 즉, 전자가 더 이상 광자를 산란시키지 않음에 따라 우주는 비로소 흐릿한 상태에서 투명한 우주로 바뀌었다. 흔히 ‘마지막 산란 표면’으로 알려진 CMB는 새로이 업그레이드된 SPT-3G 카메라에 의해 포착되었다. SPT-3G는 남극망원경에 연동되어 있는데, 이 카메라를 5년 동안 작동하여 초기 우주의 데이터에서 이 같은 현상을 포착할 수 있었다. 이는 앞으로 우주 암흑물질을 비밀을 푸는 흥미로운 과학적 사실을 예고해주는 것이다. 아르곤 국립연구소 과학자 자오디 판은 “CMB는 우주론자들을 위한 보물지도”라면서 “온도와 양극화의 미세한 변화는 우주의 초기 단계를 엿볼 수 있는 독특한 창을 제공한다”고 밝혔다. 그러나 보통 해적의 보물지도가 그렇듯 이 암흑물질의 보물지도도 읽을 수 있는 열쇠가 필요하다. 이 우주 보물지도의 경우, 암흑물질의 분포는 알베르트 아인슈타인이 1915년에 발표한 중력이론인 일반 상대성 이론을 통해서만 드러난다.아인슈타인과 함께 우주 비밀지도 읽기 천문학자들은 모든 은하계가 거대한 암흑물질 헤일로(halo)로 둘러싸여 있다고 믿고 있다. 사실, 이 신비한 형태의 물질은 놀랍게도 우주 전체 물질의 68%를 차지한다. 그러나 암흑물질은 전자, 양성자, 중성자로 구성된 원자(baryon, 중입자)로 구성되지 않기 때문에 빛과 상호작용하지 않는다. 그러나 암흑물질은 질량이 있으며 중력과 상호작용한다. 여기가 바로 일반 상대성 이론이 등장하는 지점이다. 아인슈타인의 중력이론은 질량을 가진 모든 물체는 3차원 공간과 1차원 시간으로 구성된 4차원 시공간 곡률을 만든다고 말한다.배경 광원의 빛이 이 시공간의 곡률을 통과하면 경로가 휘어진다. 은하와 같이 질량이 큰 물체의 경우 빛의 경로를 크게 왜곡시킴으로써 배경의 대상을 다른 위치로 이동한 것처럼 보이게 한다. 극단적인 경우, 이 중간 물체를 통과하는 빛은 물체 주위에서 다양한 각도로 구부러진 경로를 취할 수 있다. 즉, 하나의 대상이 때로는 여러 지점에 동일한 이미지로 나타날 수 있다는 뜻이다. 이 효과를 중력렌즈라고 하며, 제임스웹 우주망원경과 같은 장비는 초기 우주의 희미한 은하계를 보는 데 중력렌즈 효과를 잘 잡아낸다. 이 효과의 보다 미묘한 버전인 중력 마이크로 렌즈를 사용하면, 암흑물질에 대해 더 많은 정보를 확인할 수 있다. 그러나 우주 전역에 걸쳐 거미줄처럼 뻗어 있는 암흑물질의 분포 그림을 얻으려면 과학자들은 우주 전체에 똑같이 널리 분포한 광원이 필요하다. 따라서 CMB는 암흑물질 렌즈 조사에 이상적인 조명이 될 수 있다.특히 SPT-3G는 건조하고 안정된 대기를 가진 먼 남극에 위치한 남극망원경을 이용하는만큼 이미지 데이터를 수집하는 데 최적의 조건을 자랑한다. 이 같은 이점을 이용한 조사과정에서 아인슈타인의 일반 상대성이론에 대한 증거를 추가적으로 확보할 수 있었다. “암흑물질의 분포에 대해 더 많이 알수록 암흑물질의 본질과 오늘날 우리가 살고 있는 우주를 형성하는 역할을 더 잘 이해할 수 있게 된다”라고 자오디 판은 설명한다. 새로운 분석은 2018년 단 몇 달간의 작업 결과임에도 불구하고 CMB 렌즈 측정이 이 분야에서 경쟁력이 있음을 증명해 보였다. 이번 연구 결과는 과학자들이 또 다른 오랜 우주 미스터리, 즉 우주의 가속 팽창을 주도하는 알려지지 않은 힘인 암흑 에너지의 본질을 해결하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

2024년 새해가 밝았다. 아이들은 시간이 빨리 지나가 어른이 됐으면 하지만, 어른들은 세월의 속도를 한없이 아쉬워한다. 그렇다면 ‘시간’이란 무엇일까. 중세 교부철학을 정립한 아우구스티누스는 “시간이란 무엇인가? 아무도 나에게 묻지 않을 때는 잘 알고 있는 것 같은데, 막상 설명하려면 모르겠다”고 말했다. 알 듯 말 듯 아리송한 시간에 관한 과학책들이 최근 잇따라 출간돼 독자들의 눈길을 끌고 있다.‘시간의 과학자’라고 하면 가장 먼저 떠오르는 사람은 2018년 타계한 스티븐 호킹이다. 호킹이 1988년 내놓은 ‘시간의 역사’는 지금까지 전 세계적으로 2500만부 이상이 판매됐을 정도로 과학 교양서의 이정표를 세운 책이다. ‘시간의 역사’에서 시작된 호킹의 이론은 호킹의 제자인 토마스 헤르토흐 벨기에 루뱅가톨릭대 교수가 쓴 ‘시간의 기원’(알에이치코리아)으로 일단락된다. 호킹은 양자물리학을 바탕으로 법칙이 우주를 위해 존재하는 것이 아니라 우주가 법칙을 위해 존재한다는 ‘하향식 우주론’을 펼치며 ‘다중우주’ 문제를 풀어냈다. 우주와 시간에 대한 호킹의 독특한 상상력을 따라가다 보면 어려운 현대물리학 이론에 대해서도 이해가 깊어진다.‘시간 여행을 위한 최소한의 물리학’(미래의창)은 시간은 존재하는 것일까, 그렇다면 시간은 무엇일까, 타임머신을 만들 수 없는 진짜 이유는 뭘까 등 시간에 대해 우리가 궁금했던 점을 깊이 파고든다. 과학적으로 우리가 보고 있는 것들은 과거의 흔적일 뿐이다. 빛이 우리 눈에 도달하고 인식하기까지 시간이 걸리기 때문이다. “지금이라는 것은 있는가”와 같은 생각할수록 골치 아프지만 흥미진진한 주제를 재미있게 풀어낸다. 저자는 시간은 어쩌면 인간이 세상을 이해하기 위해 만들어 낸 허상일지도 모른다고 말한다.‘살아 보니, 시간’(생각의힘)은 이명헌 과학책방 갈다 대표, 이정모 펭귄 각종과학관장, 김상욱 경희대 교수가 시간에 관해 나눈 대화를 정리한 책이다. 사람들은 과학에서는 시간을 정확히 정의하고 있을 것이라고 생각하지만, 실제로 과학자들은 시간에 대해 명확한 정의를 내리지 않고 있다. 세 사람은 우리가 흔히 쓰는 과거·현재·미래는 환상이라고 주장하며, 시간이 흐른다고 느끼는 것은 ‘기억’ 때문이며 변하는 것은 시간이 아니라 ‘나’라고 강조하며 시간을 이리저리 해부한다. 시간의 과학책들은 일관되게 “과거·미래에 연연하는 것은 과학적으로도 모순된 행동”이며 “아픔, 상처, 아쉬움, 머뭇거림 등을 떨쳐내고 오늘에 집중하는 것이 중요하다”고 말한다.

2024년 한 해가 밝았다. 아이들은 ‘시간이 빨리 지나가 어른이 됐으면’하는 마음을 갖지만, 어른들은 반대로 ‘한 일도 없이 한 해가 지났네’라면서 시간이 흐르는 것을 아쉬워한다. ‘시간’이란 무엇일까. 중세 교부철학을 정립한 아우구스티누스는 “시간이란 무엇인가? 아무도 나에게 묻지 않을 때는 잘 알고 있는 것 같은데, 막상 설명하려면 모르겠다”라고 말했다. 이렇듯 알 듯 말 듯 아리송한 시간에 관한 과학책들이 최근 잇따라 출간돼 독자들의 눈길을 끌고 있다.‘시간의 과학자’라고 하면 가장 떠오르는 사람은 2018년 타계한 영국의 물리학자 스티븐 호킹이다. 호킹이 1988년 내놓은 ‘시간의 역사’는 지금까지 전 세계적으로 2500만 부 이상이 판매됐을 정도로 과학 교양서의 이정표를 세운 책이다. ‘시간의 역사’에서 시작된 호킹의 이론은 호킹의 제자인 토마스 헤르토흐 벨기에 루벵 가톨릭대 교수가 쓴 ‘시간의 기원’(알에이치코리아)으로 일단락된다. 호킹은 빅뱅과 시간에 관해 연구하던 중 ‘다중우주’라는 문제에 맞닥뜨렸다. 이에 그는 양자물리학을 바탕으로 법칙이 우주를 위해 존재하는 것이 아니라, 우주가 법칙을 위해 존재한다는 ‘하향식 우주론’을 펼쳤다. 우주와 시간에 대한 호킹의 독특한 상상력과 함께 어려운 현대 물리학 이론도 알기 쉽게 풀어내고 있다.‘시간 여행을 위한 최소한의 물리학’(미래의창)은 시간을 멈출 수 있을까, 시간은 존재하는 것일까, 그렇다면 시간은 무엇일까, 타임머신을 만들 수 없는 진짜 이유는 뭘까 등 시간에 대해 우리가 궁금했던 점을 깊이 파고 든다. 과학적으로 과거, 현재, 미래라는 구분은 환상에 불과하고, 우리가 보고 있는 것들도 과거의 흔적일 뿐이다. 빛이 우리 눈에 도달하고 인식하기까지 시간이 걸리기 때문이다. 그렇다면 ‘지금’이라는 것은 있는 것이겠느냐는 같은 생각할수록 골치 아프지만 흥미진진한 주제를 재미있게 풀어낸다. 시간은 어쩌면 인간이 세상을 이해하기 위해 만들어 낸 허상일지도 모른다고 지적한다.‘살아 보니, 시간’(생각의힘)은 ‘과학책방 갈다’ 대표 이명현 박사, 이정모 펭귄 각종과학관장, 김상욱 경희대 교수가 시간에 관해 나눈 대화를 정리한 책이다. 사람들은 과학에서는 시간을 정확히 정의하고 있을 것이라고 생각하지만, 실제로 과학자들은 시간에 대한 명확한 정의를 내리지 않고 있다. 세 사람은 우리가 흔히 쓰는 과거-현재-미래는 환상이라고 주장하며, 시간이 흐른다고 느끼는 것은 ‘기억’ 때문이며 변하는 것은 시간이 아니라 ‘나’라고 강조하며 시간을 과학적으로 이리저리 해부하는 과정은 흥미진진하다. 이들 책에서 이야기하는 것은 “과거-미래에 연연하는 것은 과학적으로도 모순된 행동”이며 “아픔, 상처, 아쉬움, 머뭇거림 등을 떨쳐내고 오늘에 집중하는 것이 중요하다”라는 점이다.

해와 달과 별이 지구 둘레를 도는 것이 아니라, 이 거대한 땅덩어리 자체가 태양 둘레를 도는 것이라고 인류 중 처음 알아낸 사람은 2,300년 전 고대 그리스 천문학자인 아리스타르코스(BC 310-230)였다. 그가 지구-달-태양의 상대적 거리와 크기를 측정하고 행성들을 태양 주위에 정확히 배설했음에도 불구하고, 인간의 고정관념은 그의 지동설을 1800년 동안이나 묻어뒀다가 16세기에 이르러서야 다시 지상으로 복구시켰다. 1543년 폴란드의 천문학자 니콜라스 코페르니쿠스의 <천구의 회전에 관하여>로 되살아난 지동설은 1610년 갈릴레오 갈릴레이의 <별에서 온 메신저(Sidereus Nuncius)>에 이르러 천동설을 완전히 퇴장시키고 인류의 정신세계에 확고히 뿌리내리게 되었다. 서양 천문학을 소개 갈릴레오가 자작 망원경으로 금성의 위상변화를 관측하고 목성의 4대위성을 발견함으로써 천동설의 관짝에 마지막 대못을 박은 시점인 1610년, 당시 조선은 막 임진왜란을 지난 광해군 즉위 초로 임해군과 영창대군이 유배당하고 죽임당하던 격동의 시기였다. 이런 조선에서 여전히 하늘을 바라보며 우주를 사색하던 조선의 ‘우주 덕후’들 중 최초로 지동설을 주장하는 사람이 나타났다. 포천 출신의 역학자이며 호가 대곡(大谷)인 김석문(金錫文, 1658-1735)으로, 그가 지은 <역학이십사도총해>라는 책에서 조선 사람으로서는 최초로 지동설을 주장했다. 그의 책에는 지동설이 아니라 ‘지전설'(地轉說)이라 칭했다. 어쩌면 이 용어가 지구의 움직임을 나타내는 데 더 정확한 표현이라 할 수 있다. 그의 이력서 첫머리를 살펴보면, 숙종 때 음보로 영소전 참봉(종9품)에 기용되었으며, 그 뒤 여러 관직을 거쳐 1726년 통천군수를 지냈던 것으로 나온다. 김석문은 40살에 완성한 <역학이십사도총해>라는 저서에서 한국인으로서는 최초로 지동설을 주장했는데, 그 내용은 대략 다음과 같다. 일찍이 동양의 우주론이라 할 수 있는 역(易)에 관심을 가지고 주돈이, 정이, 장재 등 성리학 형성에 중추적 구실을 한 사상가들의 우주론을 두루 익힌 뒤 이 책을 짓게 되었다고 한다. 성리학이란 남송의 주희(朱熹:朱子)가 집대성한 신유학의 한 갈래로, 이(理)·기(氣)의 개념을 구사하면서 우주의 생성과 구조, 인간 심성(心性)을 고찰하는 철학 체계를 말한다. 여담이지만, 성리학을 확립한 주희는 10살 때 유학자인 아버지에게 “하늘 바깥으로는 무엇이 있나요?”라고 물었다는 얘기가 전한다. 이 같은 성리학을 섭렵한 김석문은 나아가 당시 청나라에서 활약하던 서양 신부 자크 로(중국명 羅雅谷)의 <오위역지(五緯曆指)>에 소개된 천체관을 접한 뒤 크게 영향을 받아 그의 독자적인 지전설을 개척해나간 끝에 <역학도해>를 편찬했던 것으로 보인다. 여기에는 고대 그리스 천문학자인 프톨레마이오스의 천동설과, 지구를 중심으로 그 둘레를 달과 태양 및 항성이 회전하며 다시 태양의 둘레를 수성·금성·목성·화성·토성 등이 회전해 우주를 형성한다는 튀코 브라헤(1546-1601)의 천체관이 소개되어 있다. 김석문은 이 가운데서도 브라헤의 영향을 받아 독자적인 지전설을 개척했다. 이 책에서 주목할 만한 것은 지구와 달, 태양을 비롯해, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 등 5성(星)의 상대적인 크기가 제시되어 있고, 지구가 남북극을 축으로 하여 하루에 한 바퀴 자전하면서 1년에 총 366번 회전한다고 설명했다. 그리고 태양 주위를 행성들이 공전하고 있으며, 이들은 다시 지구를 중심으로 회전한다고 설명했는데, 이것은 튀코의 우주관에서 볼 수 있는 구조다. 특히 브라헤의 천체관에서 영향을 받았으면서도 지구는 자전하지 않는다는 브라헤의 주장에 반박하면서, 낮과 밤은 분명히 지구가 자전하기 때문에 발생하는 것이라는 견해를 밝혔는데, 이 시기에 처음 대두된 지구 구형설을 수용하여, 누구나 자기가 서 있는 곳이 땅의 중심이라고 주장했다. 이 같은 종합적 판단 능력은 높이 평가받는 부분이다. 세차 문제로 순환적 역사철학 펼치다 김석문의 우주체계는 삼대환공부설(三大丸空浮說)로 널리 유포되었으며, 그의 저서 가운데 '천체가 지구 둘레를 도는 것이 아니고, 지구가 회전함으로써 낮과 밤의 하루가 이루어진다. 그것은 마치 배를 타고 산과 언덕을 바라보되, 산과 언덕이 움직이는 것이 아니고 배가 움직이고 있음을 깨닫지 못함과 같다'고 설명하는 것으로, 지금까지 알려진 조선학자의 지전설 중 가장 체계가 있는 논리라 하겠다. 당시 조선인의 우주관을 담은 김석문의 역작 <역학도해>는 모두 그림 44점, 해설 14,500여 자로 되어 있다. 그러나 김석문의 지전설은 세밀한 천문관측을 통해 자연과학적 논리로써 체계화한 것이 아니었다. 스스로 <역학도해>의 서문에서 밝혔듯이, 성리학의 미비점을 보충하기 위한 설명으로서의 천체관이었으며, 따라서 여기에 한계점이 있다.　 김석문은 또, 일정한 시기를 주기로 인류 역사와 문명 그리고 자연현상까지도 흥망성쇠를 되풀이한다는 순환론적 역사철학을 주장했다. 그는 또 ‘세차 문제’를 언급하며, 하지·동지에 적도와 황도가 23.5°의 상거각도를 이루는데, 그 각도는 때때로 달라진다는 점, 고비사막처럼 옛날에 바다였던 곳이 육지가 되기도 하고 지금 해안의 어느 곳은 해저로 가라앉고 있다는 점, 지구의 각 지점마다 받는 태양의 광량(光量)이 달라 한서(寒暑)·흉풍(凶豊)·정치윤리의 변화가 일어난다는 점 등을 들어 중국 중심의 세계관·역사관에서 탈피하려 했다는 점도 높이 평가된다. 요컨대, 오늘날 중국이 문화의 원천지로서 영광된 역사를 누리는 것은 인문 생활에 알맞은 온대지역이기 때문이지만, 어느 때에 동토(凍土)로 변해 소멸하지 않는다는 보장은 없다는 것이다. 반대로 지금은 비록 삭막한 한대지방이지만 문화가 꽃필 수 있는 온대지역으로 변할 수도 있다는 논리이기도 하다. 이 같은 김석문의 지전설은 조선 후기 성리학자 김원행(金元行)과 제자 황윤석, 안정복 등에 의해 높이 평가되었다. 또한 실학파 홍대용, 박지원의 지전설·역사철학은 그로부터 전수받은 것이었다. 김석문은 만년에 포천 다대곡(多大谷)에 살면서 자연을 벗삼아 유유자적 세월을 보내다가, 아이작 뉴턴이 죽은 지 8년 뒤인 1727년 78세의 나이로 타계했다. 

올해 ‘로레알-유네스코 세계여성과학자상’ 수상자 5명이 공개됐다. 로레알 재단과 유네스코는 ‘제25회 로레알-유네스코 세계여성과학자상’ 수상자 5명을 2일 공개했다. 올해로 25주년을 맞은 로레알-유네스코 세계여성과학자상은 1998년부터 매년 5개 대륙을 대표하는 여성 과학자를 선정하고 있다. 올해는 기후변화와 우주론, 끈이론 연구자들이 선정됐다.아프리카·아랍 지역 수상자로는 탄소 발자국이 감소한 고효율 화학 분리를 위한 멤브레인 필터 개발에 이바지한 사우디아라비아 킹 압툴라 과학기술대 수잔나 누네스 화학 및 환경과학과 교수가 선정됐다. 누네스 교수의 연구는 수자원, 석유화학, 제약 산업에서 지속 가능성을 실현하는 데 도움을 줄 것으로 기대한다.남미·카리브해 지역 수상자는 아나마리아 폰트 베네수엘라 중앙대학교 물리학과 교수가 선정됐으며 물질 구조 및 양자 중력에 대한 이론을 발전시켰으며 특히 끈이론 연구에 대한 기여를 인정받았다. 폰트 교수의 이론은 블랙홀과 빅뱅 직후 순간을 설명하는 데 도움이 될 것으로 전망된다. 북미 지역 수상자로는 세포생물학에 수학과 컴퓨터과학을 접목해 표적 진단 및 치료법 개발에 도움을 준 아비브 레게브 제넨테크사 연구 및 조기개발사업부 총괄 부사장에게 돌아갔다.아시아·태평양 지역 수상자로는 리디아 모로스카 호주 퀸즈랜드 공과대 지구환경과학과 교수가 선정됐다. 모로스카 교수는 대기 미립자 물질에 중심으로 대기 오염 메커니즘과 대기 오염이 인체와 환경에 미치는 영향을 분석한 공로를 인정받았다.유럽 지역 수상자는 프란시스 키르완 영국 옥스포드대 사빌기하학 석좌교수가 꼽혔다. 키르완 교수는 기하학과 대수학을 결합해 우주를 수학적으로 설명할 수 있는 방법을 개발해 이번에 수상의 영광을 안았다. 세계여성과학자상은 지금까지 127명의 수상자를 배출했으며 이번에 선정된 이들은 오는 15일 파리에서 시상식을 열고 각각 10만 유로의 상금이 주어진다.

세계적인 이론물리학자인 야마구치 마사히데(53) 일본 도쿄공업대 교수가 한국에서 이론 물리 연구를 시작한다. 기초과학연구원(IBS)는 야마구치 마사히데(53) 교수를 IBS 순수물리이론연구단의 새로운 공동 연구단장으로 선임했다고 28일 밝혔다. 야마구치 신임 단장이 이끄는 ‘우주물리 및 중력이론 그룹’은 순수물리이론연구단의 연구그룹 중 하나로 오는 3월 1일에 출범한다. 야마구치 신임 단장은 일본 도쿄대 수학과를 졸업하고 도쿄대 물리학과에서 박사학위를 받았다. 이후 아오야마 가쿠인대를 거쳐 2010년부터는 도쿄공업대 물리학과 교수로 재직했다. 야마구치 단장은 중력, 우주론, 입자물리학 분야의 세계적 석학으로 중력팽창의 배경, 우주론적 섭동 진화에 관한 연구, 중력팽창에서 비롯한 시공간 곡률의 비정상적 가열 현상 연구 등으로 일본학술진흥회의 우수연구논문상, 우수연구자상, 유카와키무라상, 일본 문부과학성 과학기술훈장을 받았다. 최기운 IBS 순수물리이론 연구단장은 “순수물리 분야는 자연의 기본 법칙과 우주 근원을 이해하려는 공동 목표를 갖고 있다”며 “천체물리학 및 우주론 분야 권위자인 야마구치 단장 합류로 더욱 영향력 높은 연구를 할 수 있을 것”이라고 설명했다. 야마구치 단장은 “세계 유수의 연구 인력을 유치하는 동시에 젊은 연구자들을 위한 개방적 연구 환경을 조성해 선구적 주제에 관한 도전적 연구를 수행할 것”이라고 말했다. IBS측은 순수물리이론 연구단이 암흑물질 관련 이론을 제시하면 지하실험실 ‘예미랩’을 운영 중인 지하 실험 연구단이 그 증거를 찾는 식으로 공동연구가 효과적으로 진행될 수 있을 것으로 기대한다. 노도영 IBS 원장은 “탄탄한 이론 연구와 첨단 인프라를 활용한 실험 연구가 병행될 경우 빅 히스토리 완성이 가능할 것”이라고 강조했다.

지난 1998년 1a형 초신성을 이용하여 우주의 팽창속도 변화를 연구하던 관측결과에 의하면, 우주의 팽창속도는 느려지는 것이 아니라 빨라지고 있음이 밝혀졌다. 연구 결과에 의하면 오늘날 우주는 70억 년 전 우주에 비해 15%나 빨라진 속도로 팽창하고 있다. 이 놀라운 사실을 알아낸 과학자들에게 2011년 노벨 물리학상이 주어졌다. 그렇다면 무슨 힘이 이렇게 우주를 가속 팽창시키고 있다는 말인가? 물리학자들이 내놓은 답은 중력에 반하는 척력이 시공간을 밀어내어 우주를 팽창시키고 있으며, 그들은 그 정체 모를 힘에 ‘암흑 에너지’라는 이름을 붙여주었다. ​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. 그러나 암흑 에너지가 어디에서 온 것인지, 또 어떤 것인지에 대해서는 아직까지 거의 밝혀진 것이 없다. 최근 암흑 에너지의 원천에 대한 하나의 단서가 새 연구에서 제시되었다. 미국 하와이 대학이 이끄는 17명의 국제 연구원으로 구성된 팀이 암흑 에너지의 기원에 대한 첫 번째 증거인 블랙홀을 발견했다. 블랙홀은 두 가지 방식으로 질량을 얻는다. 가스의 강착과 다른 블랙홀과의 합병이다. 그러나 휴면 중인 거대타원은하에서 90억 년 동안 진행된 블랙홀 진화과정을 연구하면서 연구원들은 오래된 블랙홀이 이 두 가지 성장 방법을 기반으로 하는 것보다 질량이 훨씬 더 크다는 것을 발견했다. 이는 블랙홀이 질량을 얻는 또 다른 방법이 있음을 의미한다. 연구원들은 그 답이 바로 진공 에너지 형태의 암흑 에너지라고 제안한다. 연구의 공동 저자인 크리스 피어슨 박사는 “이론이 사실이라면 이것은 우주론 전체에 혁명을 일으킬 만한 획기적인 발견”이라면서 “왜냐하면, 마침내 우리는 20년 이상 물리학자들을 당혹스럽게 해온 암흑 에너지의 기원에 대한 해결책을 얻은 것이 되기 때문”이라고 밝혔다. 사실 블랙홀이 암흑 에너지의 원천이라는 생각은 새로운 것은 아니다. 이미 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 일부이기 때문이다. 그러나 천문학자들이 이론을 뒷받침하는 관측 증거를 얻은 것은 이번이 처음이다. 이번 연구결과는 ‘천체물리학회지’ 15일 자에 게재됐다.