코스모스 (1980) / 칼 세이건 저 / 홍승수 역

우리가 우주를 심각하게 생각해 본 적이 있을까? 살아오면서 들은 단편적인 지식들이 전부고 그것마저 곱씹어보지도 않고 잊었을 것이다. 잊어도 우리가 사는데 아무 문제가 없기 때문이다.

 

지구는 태양을 중심으로 하는 태양계에서 3번째 행성이다. 태양은 은하수라는 은하의 변두리에 있는 별이다. 1조개의 별을 각각 거느린 은하의 수가 1조개 있다면 우주의 크기가 짐작이나 될까? 우주는 백억 년 전 빅뱅에서 탄생했다는데 우리가 사는 80 평생을 길다고 할 수 있을까?  우주 앞에 인간의 존재와 일생은 티끌이고 찰나에 불과하다. 아마 그보다 더 작을 수도 있다.

 

우주는 지구와 같은 물질로 이루어져 있다는데 그럼 외계 생물체가 존재하는가? 물질에서 생물은 언제 어떻게 생겨 났는가? 물질의 최소단위는 원소인데 원자핵을 이루는 쿼크는 더 쪼개질 수 있는가?

 

인간이 이룬 첨단 과학을 자랑하지만 무한소도 모르고 무한대도 모르며, 아직 모르는 것 투성이인 미지의 세계에 살고 있다. 마치 미생물이 한 방울의 물을 우주로 여기듯 인간도 그런게 아닐까? 지금보다 더 무지했던 예전에도 인간은 잘 살았다 라고 할 수도 있다. 이런 것들을 몰라도 살 수 있지만, 사람의 의미도 근원도 모른 체 죽기엔 뭔가 허하다는 생각을 지울 수 없다. 

 

칼 세이건은 이 책에서 인간의 위상과 정체를 우주적 시각에서 바라보라고 주장한다. 우주를 설명하고 지구의 소중함을 역설하며 생명이 만들어지고 인간이 나타나 지금의 문명을 쌓기까지 얼마나 많은 시간과 우연이 있어왔는가를 흥미롭고 재미있게 얘기한다. 그러면서 인간이 스스로 자멸할 환경오염이나 핵전쟁의 위험성에 대해 심각하게 경고한다.

 

칼 세이건의 '코스모스'는 빌 브라이슨이 쓴 ‘거의 모든 것의 역사’ 의 화두와 유사하다. 아래 요약 인용해 본다.

 

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생명의 기원, 지구의 기원, 우주의 기원, 외계 생명과 문명의 탐색, 인간과 우주와의 관계 등을 밝혀내는 일이 인간 존재의 근원과 관계된 인간 정체성의 근본 문제를 다루는 일이 아니고 또 무엇이란 말인가?

 

1세기 지구를 일주하고자 나섰다 되돌아온 사람들은 대륙이 앞을 막아 회항한 것이 아니라 자신의 의욕 상실과 식량 부족 때문이라 한다.

 

우주를 관찰한 결과 우리는 한점 티끌 위에 살고 있고 그 티끌은 그저 그렇고 그런 별의 주변을 돌며 또 그 별은 보잘 것 없는 어는 은하의 외진 한 귀퉁이에 틀어 박혀 있음을 알게 됐다. 우리의 존재가 무한한 공간 속의 한 점이라면, 흐르는 시간 속에서도 찰나의 순간밖에 차지하지 못한다.

 

단노우라에는 엄청나게 많은 사무라이 게들이 살게 됐다. 어부들이 자신들도 모르는 사이에 자연 선택에 간섭한 인위 도태 혹은 인위 선택의 결과인 것이다. 젖소의 우유, 양의 털에서 보듯 인위 도태 또는 인위 선택이 이렇게 짧은 기간에 그렇게 두드러진 변화를 초래할 수 있었다면, 수십억 년이 넘는 긴 세월 동안 자연에서 진행된 자연 도태 또는 자연 선택이 가져온 변화가 어느 정도의 규모일지는 쉽게 짐작할 수 있을 것이다.

 

이렇게 정교한 능력의 설계자가 처음부터 완전하게 의도된 다양성을 실현할 수 없어서야 어디 말이 되겠는가? 오히려 화석 기록들은 위대한 설계자가 저지른 시행착오의 과거와 그의 미래 예측 능력에 숨어 있던 한계를 적나라하게 보여 주는 것이다.

 

단지 70년밖에 살지 못하는 생물에게 7000만년이 도대체 무슨 의미를 갖겠는가? 하루 종일 날갯짓 하다 가는 나비가 하루를 영원으로 알 듯이, 우리 인간도 그런 식으로 살다 가는 것이다.

 

원시 지구 대기의 주성분은 수소 원자를 여러 개 가진 간단한 구조의 분자들이었다. 이 분자들은 태양 자외선과 번개의 전기 방전을 통해서 쉽게 해리되었다. 분자에서 떨어져 나온 작은 원자와 분자들이 우연히 재결합하면서 더 복잡한 물질로 만들어졌다. 다른 종류의 분자들을 바탕으로 하여 스스로를 비슷하게 복제할 수 있는 새로운 분자가 아주 우연하게 만들어졌다.,

 

성은 대략 20억 년 전부터 생긴 듯하다. 그 전에는 새로운 종의 출현이 무작위적 돌연변이의 축척을 통해서만 가능했고 느리게 진행될 수밖에 없었다. 성의 출현과 함께 두 개의 생물이 자신의 유전 설계도를 문단씩, 여러 쪽씩 통째로 서로 교환할 수 있게 되었다. 성적 결합에 관여할 줄 아는 생물들은 선택되었고 성에 무관심한 것들은 사라졌다. 오늘날 우리 인간들도 DNA 조각들을 서로 교환하는 일에 온 정성을 쏟으며 살아간다.

 

생명 기능이라는 관점에서 볼 때 참나무와 나는 동일한 재료로 만들어졌고 먼 과거로 거슬러 올라간다면 동물인 나와 식물인 참나무의 조상은 같다.

 

외계의 생명은 우리가 추구할 궁극의 목표이다. 왜냐하면 그것이 우리 자신을 더 잘 이해할 수 있게 해 줄 것임에 틀림없기 때문이다.

 

점성술은 관찰과 수학, 철저한 기록과 엉성한 생각 그리고 살아남기 위한 거짓말이 묘하게 뒤섞이는 가운데 발달했다. 일부러 일반적이고 모호한 표현을 써서 누구에게나 적용될 수 있게 한다. 점성술이 맞다면 두 쌍둥이의 운명이 이리도 다를 수 있겠는가?

 

케플러는 행성운동에서 볼 수 있는 질서와 아름다움 그리고 그것을 기술할 수 있는 수학적 공식의 존재, 게다가 음악에서의 화성음 등을 “조화 (harmony)”라는 개념 속에 포함시켰다. ‘시계의 운동이 시계추 단 하나에서 비롯되듯 천체들의 온갖 움직임의 거개가 극히 단순한 이 자기력 하나로 구현되는 것이다.’ 케플러는 행성운동의 근본 운동이 자기력의 적용과 유사한 성격의 것이라며 만유인력의 개념을 예견했다.

 

케플러의 법칙은 경험법칙으로서 튀코 브라헤가 공들여 모은 관측 결과에 바탕을 두고 있다. 뉴턴의 중력 법칙은 이론 법칙으로 비교적 간단한 수학적 공식으로 기술된다. 튀코 브라헤의 모든 관측 결과를 뉴턴의 중력 법칙 하나에서 추론해 낼 수 있다. 뉴턴은 “나는 이제 세계의 기본 얼개를 선보이겠다.” 라고 자랑스럽게 선언했다.

 

죽기 전 뉴턴은 이렇게 썼다. “내 눈에 비친 나는 어린아이와 같다. 나는 바닷가 모래밭에서 더 매끈하게 닦인 조약돌이나 더 예쁜 조개껍데기를 찾아 주우며 놀지만 거대한 진리의 바다는 온전히 미지로 내 앞에 그대로 펼쳐져 있다.”

 

현대 산업 문명의 주요 에너지원은 화석 연료이다. 지구 대기의 이산화탄소 함량이 점차 증가하고 있다. 언젠가는 지구의 기온이 온실효과로 인해 급격히 치솟을 가능성이 있다. 지구 전체의 평균기온이 1도 내지 2도만 상승해도 그것이 초래할 재앙은 심각하다.

 

숲을 개간하거나 지나친 방목으로 초원이 없어지면 지표에 흡수되는 햇빛의 양이 줄어들어 만년설 지대의 넓이를 증가시켜 햇빛을 반사하여 지구 온도가 낮아지는 ‘백색 재앙’의 위기에 빠질지도 모른다.

맑은 날 밤에 별빛의 깜박거림도 대기교란에 기인한다.

 

외계 행성의 환경을 인간이 살기에 적합하도록 바꾸는 것을 지구화 (terraforming)라고 부른다. 화성이 적정 수준으로 지구화되는데 걸리는 시간은 아마 수백 년에서 수천 년에 불과할 것이다. 훨씬 기술이 진보된 미래에는 화성의 대기압을 증가시키고 물을 액체 상태로 존재하도록 할 뿐 아니라 극관에서 녹아 내리는 물을 따뜻한 적도 지대로 운송하게 될지도 모른다.

 

태양에서 명왕성까지의 거리의 2~3배 정도 더 떨어진 곳에 이르면, 성간을 떠도는 양성자와 전자 들의 압력이 오히려 태양품의 압력을 능가하기 시작한다. 거기가 태양계와 그 바깥 세상의 경계 지대 즉 ‘태양권계 (heliopause)’ 이다.

 

영원히 방랑할 보이저 (1977년 발사된 성간 탐색 우주선)가 ‘별의 섬’ 들로부터 떨어져 나와 엄청난 질량이 묶여 있는 은하수 은하의 중심을 한바퀴 다 돌 때쯤이면 지구에서는 이미 수억 년의 세월이 흘렀을 것이다. 인류의 대항해는 이렇게 시작되었다.

 

생물학에는 ‘반복설’이 있는데 개체 하나의 발생 과정이 해당 종이 겪어 온 전 과정을 되풀이한다는 것이다. 우리는 자기도 모르는 사이에 우리의 조상들이 해 온 사고의 과정을 되풀이 하면서 하나의 개인으로 성장해 간다.

 

인류 사상사에서 위대한 혁명이 기원전 600 ~ 400년 사이에 이오니아에서 일어났다. 혁명의 열쇠는 손이었다. 이오니아의 뛰어난 사상자들 중에는 항해사, 농부, 직조공의 자식들이 있었다. 그들은 손을 써서 물건을 주무르고 고치고 만드는 일에 익숙했다. 다른 나라의 사제들은 부유한 집안에서 태어나 사치 속에서 자라서 손을 더럽히기를 싫어했다.

 

탈레스, 아낙시만드로스, 테오도투스, 히포크라테스, 엠페도클레스, 데모크리토스, 아낙사고라스 등 옛 이오니아의 전통은 소크라테스 이후의 그리스 사조와는 상반되는 도리어 현대 과학에 더 잘 어울린다. 노예 제도를 통하여 200여 년 후에는 과학적 사고의 몰락을 가져오는 원인이 되기도 랬다.

 

별이란 무엇인가? 별이란 광막한 우주 공간에 흩어져 있는 막강한 힘을 가진 태양이었다. 별자리는 실제로는 어둡지만 가까이 있기 때문에 밝게 보이는 별이나, 멀리 있지만 원래 밝아서 밝게 보이는 별들을 마음대로 무리를 지어 만든 것에 불과하다.

 

‘생각의 속도’가 빛보다 빠르게 움직인다는 주장은 어리석은 주장이다. 우리 뇌의 신경 전달 신호는 당나귀가 수레를 끄는 것과 같은 느린 속도로 뉴런 사이를 움직이기 때문이다.

 

수소는 대폭발에서 만들어졌다고 한다. 나머지 원자들은 모두 별의 내부에서 만들어 졌다. 사과를 반으로 나누는 행위를 90번하면 원자 알갱이에 이른다. 원자 핵은 원자 전체의 10만분의 1정도이다. 그럼에도 불구하고 원자의 질량은 거의 이 조그마한 핵에 모여 있다.

 

물질이란 속이 텅 빈 쭉정이었던 셈이다. 원자 구조가 버티는 힘은 강력한 척력때문이다. 전기력이 작용하지 않으면 우주의 그 어떤 구조물도 그대로 남아 있을 수가 없다,

 

사과 자르기를 원자보다 작은 세계로 계속해 가다 보면 무한소의 문제와 씨름하게 된다. 이번엔 밤하늘을 올려다보면서 무한대의 문제를 고민하게 된다.

 

원자가 고온의 상태에 놓이면 전자를 잃고 전리된다. 이렇게 전리된 고온의 플라즈마가 내는 전자기 파동이 우리에게 불로 보이는 것이다.

 

원자핵에 전하를 띤 입자라고는 양성자뿐인데, 핵이 와해되지 않는 까닭은 무엇일까? 그것은 핵에는 또 다른 종류의 힘, 즉 핵력이 작용하기 때문이다. 핵력은 중력도 전자기력도 아닌 아주 가까운 거리에서만 작용하므로 갈고리에 비유될 수 있다.

 

다른 원소들은 혹시 수소와 헬륨에서 만들어진 것은 아닐까? 간단한 핵에서 복잡한 핵을 만들려면 양성자와 중성자를 첨가하면 된다. 이때 방해의 요인인 전기적 척력을 어떻게 상쇄시킬 수 있느냐가 문제의 핵심이다. 그 임무는 핵력의 몫이다. 극도로 고온인 상황에서는 핵자들의 근거리 접근을 기대할 수 있다. 온도가 대략 천만도 이산의 상황에서는 핵자들이 전기적 척력을 발휘할 수 없을 정도로 매우 빠르게 충돌하기 때문이다.

 

태양의 저 깊숙한 내부의 온도는 1,570만도에 이른다. 이렇게 뜨거운 조건에서는 핵융합 반응이 일어나고 그 결과로 빛이 만들어진다. 태양은 대략 50억 년 동안 평형 상태를 유지해 왔다.

 

별 하나하나가 빛을 낼 수 있는 것은 그 별 내부에서 핵융합 반응이 이루어지고 있기 때문이다. 별들이 자신의 일생을 초신성의 폭발로 마감할 때 발생한 충격파가 주위 성간 물질에 전해진다. 그러면 성간운의 밀도가 증가하여 새로운 별의 탄생으로 이어질 중력 수축이 성간운이 유발된다. 먼저 태어난 별의 죽음이 새로운 별의 탄생을 가져온다.

 

수소 핵융합 반응이 영원히 지속될 수는 없다. 태양이건 별이건 핵융합이 일어 날 수 있는 지역은 고온 고압의 중심부 일부일 뿐이며, 핵반응의 연료로 쓸 수 있는 수소가 그 지역에 한없이 많은 것은 아니기 때문이다. 그러므로 별의 운명은 그 별이 얼마나 큰 질량을 갖고 태어났느냐에 따라 결정된다.

 

지금으로부터 수십억 년 후 어느 날 지구는 최후의 날을 맞게 될 것이다. 태양은 점점 더 붉게 변하면서 팽창하고 지구에서는 더운 날씨로 변하여 남극과 북극의 빙산이 녹아서 해수면이 높아지고 바닷가 끓어올라 물이 모두 증발하고 그 다움 대기마저 증발하여 사라진다. 어쩌면 후손들은 태양의 진화 속도를 조정하여 지구에 닥쳐올 미증유의 재앙을 적당한 단계에서 막을 수 있을지도 모른다.

 

중력이 아주 강하면 빛조차 그 중력장의 영향에서 벗어날 수 없다. 이렇게나 강한 중력장을 동반하는 전체를 우리는 ‘블랙홀’이라고 부른다. 블랙홀이 우주의 아득한 과거 또는 먼 미래로 우리를 데려가는 타임머신의 역할을 할 수 있지 않을까 하는 사실 자체가 우주가 얼마나 초현실적인지 쉽게 가늠할 수 있다.

 

100억 또는 200억년 전에 빅뱅이라고 불리는 대폭발의 순간이 있었고 우주는 그 대폭발에서 비롯됐다. 왜 그런 폭발이 있었는지는 신비 중의 신비다. 우주 전체, 물질과 에너지 그리고 이 모든 것이 들어 있는 공간마저도 하나의 점에 우그러져 있었다는 말이다.

 

은하들이 만들어지는 과정에서 가장 중요한 요인으로 작용하는 중력의 법칙과 각운동량 보존 법칙은 우주 어디에서든지 그대로 성립한다. 질량은 은하에 비해 작지만 밀도가 충분히 높은 성간운들은 중력 수축을 한다. 수축으로 부피가 감소하면서 중심부의 온도가 상승하고 내부의 온도가 약 천만도에 이르면 수소가 헬륨으로 변하는 핵융합 반응이 일어난다. 드디어 별이 탄생하는 순간이다. 핵연료를 소진하면 자신의 일생을 초신성 폭발로 마감한다. 핵융합 반응으로 일생 동안 합성한 헬륨, 탄소, 산소, 그 외의 무거운 원소를 초신성 폭발 순간에 성간 공간으로 흩어 버린다. 이 무거운 원소들이 다음 세대의 별을 만드는 원료 물질로 다시 쓰임으로써 하나의 사이클이 완성되는 것이다.

 

대폭발에서 은하단, 은하, 항성, 행성으로 이어지고, 결국 행성에서 생명이 출현하게 되고 생명은 곧 지능을 가진 생물로 진화하게 된다.

 

수십억 광년 저 너머에는 은하 중심부의 폭발이나 소동과는 비교할 수도 없는 격렬한 뱐동을 겪고 있는 전체가 있다. 이 전체들을 ‘준성’ 또는 ‘퀘이사 (quasar)’라고 부른다. 퀘이사는 은하에서 엄청나게 멀리 떨어진 곳에 있는 전체일 가능성이 높은 것으로 확인됐다.

 

120억 광년 떨어져 있는 퀘이사를 관찰하는 것은 그 퀘이샤의 120억 년 전 모습을 보는 것이다.멀리 볼수록 더 오래된 과거에 손을 대는 것이다.

 

대폭발의 순간은 어떤 상태였는가? 대폭발 이전의 상황은? 그 당시 우주의 크기는? 어떻게 물질이라고는 아무것도 없이 텅 비어 있던 우주에서 물질이 생겨났는가? 이러한 물음은 우리를 곤혹스럽게 만든다.

 

앞으로 우주가 영원무궁 팽창할지는 아직 확신할 수 없다. 우주 팽창의 속도가 느려지다가 결국 멈춘 다음, 팽창의 방향을 바꿔 수축할 수도 있기 때문이다. 수축과 팽창의 새로운 주기가 열릴 때마다 새롭게 태어나는 코스모스.

 

웜홀이라는 아이디어는 블랙홀을 통하면 실제로 움직이지 않고도 이 지점에서 저 지점으로 직접 이동할 수 있다는 생각에 기초한다. 4차원을 관통하는 통로인 셈이다. 우리는 웜홀의 존재 여부를 모른다.

 

여러 개의 우주들이 있을 수 있다. 어쩌면 한 우주가 다른 우주를 감싸고 있을 수도 있다. 우주들이 끝없이 이어지는 ‘계층 구조’를 이루고 있을지도 모른다.

 

1조개의 별들을 각각 거느린 1조 개의 은하들이 여기저기 점점이 떠 있는 광막한 우주의 바다에 부질없이 떠다니는 초라한 존재가 인간이다.