작품 소개

대학신입생을 위한 추천도서

최초의 3분에서 시작된 장대한 우주의 역사
최초의 3분에 대체 무슨 일이 일어난 것일까? 인간이 아직 미약한 일부만을 알고 있는 이 우주가 만들어지는 데 그 3분은 어떤 역할을 한 것일까? 와인버그가 마치 영화 장면처럼 첫 번째부터 여섯 번째까지 최초의 3분을 단계별로 명확하게 정리해놓은 데 따르면 그 짧은 순간 수백 억 년의 시작은 이렇게 이루어졌다.
아인슈타인의 유명한 E=mc2의 공식에서 알 수 있듯이 질량과 에너지는 상호 변환이 가능하다. 빅뱅의 순간에는 우주는 쿼크 같은 입자의 질량과 무형의 에너지와 구별이 안 되는 엄청난 혼돈의 상태에 있다. 빅뱅 직후에는 아직 양자와 중성자는 찾아 볼 수 없고, 우주는 대부분 광자, 전자, 양자, 중성미자, 반중성미자 그리고 쿼크들로 이루어졌다. 우주의 나이가 100분의 1초 정도 되어서 온도가 100억 도(℃) 정도로 떨어졌을 때는 쿼크들이 모여서 양자와 중성자들을 만들었다. 이 초기의 우주는 두 개의 광자가 충돌해서 전자와 양전자의 쌍을 만들어 내기도 하고 전자와 양전자가 1 대 1로 합해서 서로의 전하를 상쇄하면 소멸하면서 빛으로 바뀌기도 하는 상상을 초월하는 다이내믹한 상태이다.
우주의 나이가 10초쯤 되어 우주가 40억 도 정도로 식었을 때, 전자와 양전자가 1 대 1로 합해져 막대한 에너지를 내면서 결과적으로 우주에는 약간의 전자가 안정된 상태로 남게 된다. 이 전자들이 후일 양자와 어울려 원자를 만들고, 생명의 화학을 비롯해서 온갖 흥미로운 화학을 만들어낸다. 우주의나이가 약 3분쯤 되고 온도가 10억 도 정도로 떨어지면 양자와 중성자들이 강한 핵력으로 결합해서 중수소, 삼중수소, 헬륨3을 거쳐 안정된 헬륨4의 원자핵을 만들게 된다. 비로소 수소와 헬륨 두 가지 원자핵이 우주에 등장해서 앞으로 150억 년 동안 100여 가지의 원소들이 경이로운 물질의 세계를 전개해 나갈 서막을 장식하는 셈이다. 그런 의미로 볼 때 우주의 역사에서 최초의 3분간은 아주 중요한 의미를 갖는다. 약 30분이 더 경과해서 헬륨 원자핵이 만들어지는 과정이 끝났을 때는 수소 원자핵(양자)과 헬륨 원자핵의 비율은 약 74 대 27 정도가 되었다. 이 비율은 아주 멀리 있는 은하계에서는 어디에서나 관찰된다. 이것은 우주의 모든 은하계는 같은 원료 즉 빅뱅 당시에 생긴 수소와 헬륨의 3 대 1 혼합물에서 형성된 것을 말해준다.

와인버그는 이렇듯 우리가 상상할 수 없을 만큼의 최초, 우리가 생각하는 시공간 개념이 무의미할 만큼의 최초, 물질 이전의 시대, 즉 우주의 기원을 수학과 물리학에 정통하지 않은 사람들도 이해할 수 있도록 하기 위해 어려운 수학식이나 개념을 최대한 사용하지 않고 기술했다. 물론 더 깊은 개념을 이해하고자 하는 전공자들을 위해서 책 뒷부분에 수학적 보충과 용어설명을 덧붙였다. 그렇기에 노벨물리학상 수상자 T.D. 리 등 전문가들에게는 과학적 정확성을 가지고 우주의 기원을 기술해준 놀라운 책으로, 아이작 아시모프와 마틴 가드너 등 과학 저술가들에게는 대중적이면서도 선구적인 최고의 과학적 저술로 평가받았다. 또한 《뉴욕 타임tm》는 그를 ‘과학, 문화, 철학, 역사 및 정치학에 대한 심오한 이해를 겸비한 놀라운 과학자이자 도발적 저자'라고 극찬했다.
물론 와인버그가 당시 아무리 명료하고 선구적인 우주론을 전개했다 해도 이후 또 우주론은 많은 발전을 거듭해왔다. 1977년 이 책의 초판이 출간된 이후 1980년대에 인플레이션이라는 매우 중요한 아이디어가 나왔고, 1990년대에는 우주론의 획을 그을 만한 실험들이 수행되었다. 즉 우주의 구조를 형성하기 위해 꼭 필요한 밀도요동을 반영하는 우주배경복사의 불균일성이 탐사위성 COBE에 의해 발견되었고, 허블우주망원경에 의해 우주의 나이를 결정하는 데 필수 불가결한 허블상수에 대한 믿을 만한 값이 제시된 것이다. 1994년 개정증보판인 이번 번역판에는 인플레이션 이론과 더불어 이들 실험에 대한 소개가 덧붙여졌다.
개정증보판이 씌어진 1994년 이후에도 매우 중요한 실험적 발견들이 이루어졌다. 이는 우주가 감속팽창이 아니라 가속팽창을 한다는 것과 인플레이션이론에 의해 예견되는 밀도요동의 세부사항이 극히 최근의 WMAP 위성관측에 의해 확인되었다는 것이다. 실험 데이터의 중요성은 여러 가능성에 관한 추측 중 하나를 사실로 낙점함으로써 불확실성을 청소하고 이론의 방향성을 확정한다는 데 있다. 이 책도 몇 군데 최근의 데이터에 의해 일부 수정되어야 할 내용들이 있다. 그러나 역시 한양대학교 신상진 교수가 번역 과정에서 상세하고 친절한 주석을 달아 대부분 보완하였다. 그런 점에서 이 책은 아직도 충분히 최신판이라 할 수 있다.

와인버그는 2003년 《네이처》에 기고한 ‘과학