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과학의 역사를 생생한 이미지로 보다!

이미지를 통해 우주와 인류의 비밀을 살펴보는 책 『우주, 진화하는 미술관』. 사진과 그림이 중심을 이루는 새로운 개념의 과학책으로, 약 200여 가지의 이미지를 통해 방대한 과학의 역사를 배울 수 있도록 구성했다. 고대의 점성술부터 20세기의 아인슈타인까지, 피타고라스 이전 시대부터 현재에 이르기까지 과학사의 굵직한 궤적들을 짚어나간다. 여기에 우리가 주변에서 관심을 가질 만한 내용들을 더했다. 또한 현대의 첨단 촬영 기술로 찍힌 사진들뿐만 아니라, 과거 과학사의 이슈가 되고 패러다임이 된 핵심 이미지와 도해들을 담고 있어 그동안의 과학 발전을 한눈에 가늠해볼 수 있다.

뉴턴의 작은 프리즘은 세상을 어떻게 바꾸었는가?
살아 있거나 죽어 있는 이상한 고양이는 왜 과학자들을 반성하게 했는가?
‘눈으로 보는’ 우주와 인류의 비밀!

‘이제 우리는 별자리를 만질 수도 있습니다.’
최근 어떤 TV 광고에 등장한 카피다. 광고를 보면, 두 손 안에 들어올 만큼 작은 태블릿 PC를 밤하늘을 향해 들어 올리는 장면이 나온다. 곧 PC 화면 안에는 PC가 향한 밤하늘의 별자리가 나타나고, 손가락으로 별자리를 늘였다 줄였다 하는 장면이 나온다.
밤하늘을 수놓는 먼 우주의 별들을 비롯해, 인간과 자연을 이루는 모든 원소와 보이지 않는 미생물의 세계 등은 아주 먼 옛날부터 인류의 관심사였다. 인류는 이런 관심을 동굴 벽화에서부터 숫자나 활자와 같은 기호 등으로 표현해왔다. 하지만 이제는 기술의 비약적인 발달로 너무 멀리 있거나 너무 작아서 보이지 않는 세계를 실제로 볼 수도 있고 만질 수도 있게 되었다.
‘우주, 진화하는 미술관’(존 D. 배로 지음, 21세기북스 펴냄)은 이와 같이 ‘눈으로 보는’ 시대의 흐름에 적합한 책이다. 수식과 복잡한 설명으로 가득한 기존의 과학 서적들과는 달리, 컬러로 된 사진과 아름다운 그림들이 중심을 이루는 새로운 개념의 과학책이다. 또한 현대의 첨단 촬영 기술로 찍힌 사진들뿐 아니라, 과거 과학사의 이슈가 되고 패러다임이 된 핵심 이미지와 도해들을 담고 있어 그간의 과학 발전을 한눈에 가늠해볼 수 있는 책이기도 하다.
저자가 말하듯, 어떤 그림들은 언어와 숫자에 필적할 정도로 인류와 과학의 발전에 기여한다. 일부 뛰어난 상징체계와 마찬가지로, 적절한 문법을 갖춘 이미지들은 우리가 의식적으로 사고하지 않아도 많은 현상들을 더 광범위하게 파악할 수 있도록 해준다. 그런 의미에서 이 책에 담긴 그림은 글보다 더 많은 정보와 이야기를 전달한다. 그리고 이와 같은 그림들은 단순한 자연 현상과 무심한 세월을 넘어 우리 인간의 마음을 이어가는 매개가 된다.

피타고라스 이전 시대부터 현재까지,
과학사의 중요한 모든 순간들을 이미지로 보여주다!

과학, 특히 과학의 역사를 다루는 대부분의 책에서는 복잡한 숫자들과 도해, 설명, 그리고 학자들의 빛바랜 흑백 사진들을 구경할 수 있다. 이는 마치 오래된 관습처럼, 오늘날의 일반 독자들에게서 과학에 대한 아무런 관심도 이끌어내지 못한다. 이 책의 저자이자 케임브리지 대학교 교수인 존 D. 배로는 바로 이런 점을 간파하고, 과학사의 핵심 이슈가 된 200개 이상의 이미지를 선별하여 피타고라스 이전 시대부터 현재에 이르기까지 가장 흥미로운 문제들만 짚어냈다. 예를 들면 무한의 개념, 다이어그램, 양자역학, 인플레이션과 팽창우주론 등 과학에 관심이 있다면 반드시 짚고 넘어가야 할 굵직굵직한 주제들을 담고 있다. 그뿐 아니라 최초로 별자리를 만든 사람이 지구의 어느 장소에서 별을 관찰했는지, 외계 생명체가 존재한다면 과연 어떤 모습일지, 우리의 몸과 얼굴은 왜 대칭으로 이루어졌는지, 더하기와 빼기 같은 산술 기호는 언제 어디서 유래했는지, 우리가 평소 이용하는 지하철 노선도나 일기예보 기상도는 누가 만들었는지 등 우리가 주변에서 흔히 관심을 가질 만한 내용들을 담았다.
무엇보다 이 책은 그런 이슈들을 단순히 나열하고 설명하는 데서 그치지 않는다. 각 장의 제목에서 볼 수 있듯이, 저자의 의도는 이미지에 담긴 인간의 마음과 이를 보는 우리의 마음을 향한다. 1부에서 소개한 ‘우리의 눈에 보이는 별들’의 모습에는 우리의 눈에 보이지 않는 우주의 비밀과 이를 끝없이 상상하고 파헤치는 인간의 노력이 숨어 있다. 또 2부에 소개된 어두운 밤에 촬영된 지구의 사진은 인구밀도가 높은 지역이 아니라 자본이 많이 모여 있는 지역을 중심으로 밝게 빛나고 있어, 처음 본 모습이 사물의 진정한 모습은 아니라는 교훈을 전달해준다. 일부를 정확하게 그리려고 하면 일부는 왜곡되는 세계지도처럼, 우리가 마음먹기에 따라 사물의 모습은 얼마든지 왜곡될 수 있는 것이다.
그렇다면 보다 정확하게, 보다 진실에 가깝게 사물을 관찰하고 이론을 세우려면 어떻게 해야 할까? 보이는 것을 믿어야 할까, 아니면 볼 수 없는 것을 보는 눈을 가져야 할까? 이와 같은 모순은 양자역학의 모순에서도 드러난다. 4부에 소개된 슈뢰딩거의 ‘이상한 고양이’ 역설을 살펴보면, 방사능에 노출되도록 장치해둔 실험실 안의 고양이는 관찰자가 실험실 문을 열어보기 전까지는 ‘죽어 있거나’ ‘살아 있는’ 이상한 상태로 존재한다. 양자역학의 계산에 따르면, 이 고양이는 관찰자가 보기 전까지는 확률적으로 죽어 있거나 살아 있는 상태다. 방사능을 방출하는 가이거 계수기가 방사능을 내보낼 수도, 내보내지 않았을 수도 있기 때문이다. 하지만 살아 있거나 죽어 있는 상태란 정의는 모순이다. 우리는 오직 실험실 문이 열렸을 때만 고양이의 운명을 ‘발견’할 수 있다. 마찬가지로, 너무 멀리 있거나 너무 작아서 우리의 눈에 보이지 않는 세계 역시 그 세계가 우리 눈앞에 열려 측정될 수 있을 때에만 우리는 그 세계를 정의할 수 있다.
이렇듯 자연과 인간, 상상력과 창조물 사이의 흥미로운 관련성은 이 책을 읽는 기쁨을 더해줄 것이다. 자연은 소리도 향기도 색도 의미도 없는 지루한 현상일지 모르지만 우리 인간의 마음은 그렇지 않다. 수와 그림, 물질과 마음, 과학과 예술의 무의미한 구분을 떠나 사물과 이미지를 대할 때 우리의 눈에 보이는 세상은 분명 달라져 있을 것이다.

● 추천의 글

과학사 전반에 걸친 200개 이상의 이미지와 통찰력이 풍부한 설명을 결합시킨 작품이다. 저명한 과학저술가 존 D. 배로의 이 책은 우주를 이해하는 데 있어 이미지의 위력을 남김없이 보여준다.
_댄 포크, 〈뉴 사이언티스트(New Scientist)〉

재치 있고 유익하며 내용이 풍부할 뿐 아니라 시각적으로도 아름다운 그림들을 한데 모았다. 과학의 역사를 종횡무진 넘나드는 이 매력적인 그림책은 독자 여러분에게 과학의 예술적, 문학적 여정이 될 것이다.
_존 콘월, 〈더 선데이 타임스(The Sunday Times)〉

고대의 점성술에서 최신 과학에 이르기까지 과학의 역사를 한눈에 볼 수 있도록 생생하게 전달하고 있다. 이 감미롭고 매혹적인 책에는 흔히 볼 수 있었지만 무심코 지나쳤던 놀라운 통찰들로 가득하다.
_리사 자딘, 〈더 타임스(The Times)〉

환상적인 마음의 양식이다. 각 주제별로 묶어 구성하여 읽을거리가 더욱 풍부하다.
_앤드루 그레이엄-딕슨, 〈스타트 더 위크(Start the Week)〉

존 D. 배로는 수리과학에 정통하지만 미지에 대한 훌륭한 안목을 가지고 있다. 이 책은 그가 직접 고른 이미지들이 어떻게 탄생했는지, 우리에게 어떤 메시지를 전달하는지에 대한 흥미진진한 내력을 소개한다. 독특하면서도 엄청난 발명으로 이어진, 인류의 탐구 활동들이 이 책을 통해 훤하게 드러나고 있다.
_데이비드 보더니스, 〈포커스(Focus)〉



하지만 우리는 극미(極微)의 세계를 보여주는 양자역학을 통해 앞으로의 세상을 엿볼 수 있다. … 작은 세계의 개척은 아마도 미래로 가는 길이 될 것이다. 또한 이 작은 세계는 우리가 지능을 가진 외계 생명체에 대해 얼마나 좁은 생각을 품고 있었는지도 일깨워준다. 우리는 우주에 고등 문명이 있다면 행성이나 별 개발과 같은 엄청난 에너지를 필요로 하는 대규모 사업을 추진할 것이라고만 상상해왔다. 심지어 몇몇 천문학자들은 그처럼 정열적으로 에너지를 낭비하는 활동에서 배출된 쓰레기들을 찾아보려고도 했다. 하지만 이제 우리는 그런 활동이 지속 가능한 기술 발전의 길이 될 수 없음을 알고 있다. 아마 외계의 고등 문명은 활동 규모가 작고 원자재를 적게 사용하여 최소한의 쓰레기와 오염물질만을 배출할 가능성이 높다. 이런 문명에 사는 외계인들의 우주선은 우리가 볼 수 없을 정도로 작은 크기일 수도 있다. (482∼483쪽)

양자역학은 일종의 블랙박스다. 양자역학은 원자나 아원자 입자들과 관련된 실험을 실시할 때 어떤 결과가 나올지 확실하게 알려주며, 그런 결과를 매개하는 과정이 불가사의함을 말해주는 이론이다. … 슈뢰딩거는 이렇게 주장했다. 양자역학의 표준 해석에 따르면 실험자가 방 안을 살펴보기 전에 고양이는 ‘죽은’ 상태와 ‘살아 있는’ 상태가 일정 확률로 혼합되어 있는 상태로 존재한다. … 그렇다면 이처럼 완전히 죽은 것도 아니고 산 것도 아닌 이상한 확률의 혼합으로 존재하는 고양이는, 실험자가 방 문을 열었을 때 언제, 어디서, 어떻게 죽은 고양이나 살아 있는 고양이로 바뀌는 것일까? 최종적인 결과를 만들어내는 주체는 실험자인가? 아니면 가이거 계수기인가? 그도 아니면 고양이 자신인가? 양자역학은 고양이와 같은 큰 물체에는 적용되지 않는 이론일까? (579, 580쪽)

머리말 모든 그림에는 이야기가 깃들어 있다

Part 1 우리의 눈에 보이는 별들
01 밤하늘의 아이들 - 별자리의 탄생
02 태양의 제국 - 코페르니쿠스적 관점
03 별이 빛나는 밤에 - 고흐와 소용돌이 은하
04 삶의 빛은 저마다 다르다 - 헤르츠스프룽-러셀도
05 우주의 도상학 - 성운이 그려내는 예술
06 1054년의 불길한 징조 - 죽음과 탄생을 알리는 게성운
07 안드로메다의 ‘A’ - 우리은하의 거울, 안드로메다성운
08 완벽한 조율 - 허블의 소리굽쇠 도표
09 정상과 비정상 - 우주의 이단아, 특이은하
10 서로 다른 세계가 충돌할 때 - 초신성 1987A의 교훈
11 비밀은 우주 저편에 - 허블의 법칙
12 불꽃놀이 이후 - 프리드만의 우주 가설
13 차원의 수수께끼 - 풍선과 팽창우주론
14 단서는 깊숙한 곳에 있었다 - 빅뱅 핵합성
16 암전 - 암흑물질의 역할
17 시간의 더듬이 - CfA의 적색편이 관측
18 최후의 미개척지 - 허블 딥 필드
19 새로운 시간의 출현 - 시공간 다이어그램
20 태초의 시간 - 과거 빛원뿔
21 중력의 무지개 - 인플레이션 우주의 스펙트럼
22 영원한 팽창 - 거품 우주
23 블랙홀에는 털이 없다 - 중력의 익명성

Part 2 공간에 대한 편견
01 인류를 위한 작은 발걸음 - 달에서 바라본 지구
02 어둠 속의 착각 - 머니 맵
03 탐욕에 눈먼 사람들 - 오존 구멍
04 한낮의 우연 - 식(蝕)
05 외계인의 침략 - 화성의 운하를 상상하다
06 황금의 메시지 - 파이어니어 금속판과 보이저 레코드
07 ET, 집에 전화하다 - 비행접시의 신화
08 똑같은 것은 없다 - 벤틀리와 눈송이
09 높은 산에 새겨진 지식 - 훔볼트의 지구생태학
10 지질 대동여지도 - 스미스와 지질도
11 대중의 과학 - 날씨와 기상도
12 빅토리아 시대의 쥐라기 공원 - 오웬의 공룡
13 발자국을 남기다 - 라에톨리의 원시인류
14 과학과 예술의 융합 - 푹스의 식물도
15 살아 있는 시체 - 베살리우스의 해부도
16 벼룩이 뛴다 - 훅의 작은 세계
17 지구는 누구를 위해 움직이는가 - 대륙이동과 판구조론
18 일그러진 세계 - 메르카토르의 지도
19 아름다움의 기준 - 진화와 대칭
20 0.01초의 순간을 보다 - 고속 촬영 기술

Part 3 수와 그림
01 다섯 개의 정다면체와 우주의 비밀 - 플라톤의 입체
02 신은 축구를 한다 - 버키볼
03 프라임 타임 - 에라토스테네스의 체
04 신부의 의자 - 피타고라스의 정리
05 기호의 시대 - ‘+ - × ÷ =’
06 천국에 이르는 계단 - 파스칼의 삼각형
07 도박에 바진 수학자 - 주사위와 확률
08 논리의 지도 - 벤다이어그램
09 현실과 초현실의 만남 - 뫼비우스의 띠
10 카드모스와 하르모니아 - 사인과 코사인
11 갈릴레오의 포물선 - 사슬 곡선
12 신이 0으로 나누는 곳 - 무한 기호 ∞
13 무한에 관한 새로운 경향 - 칸토어의 대각선 논법
14 플로터 - 그래프의 기원
15 한눈에 보이는 변화 - 플레이페어의 그래프
16 손가락 도레미 송 - 귀도 다레초의 악보
17 차원의 중첩 - 하이퍼큐브
18 극한을 향하여 - 코흐의 눈송이
19 끝이 없는 세계 - 만델브로 집합
20 볼 수 없는 것을 보는 눈 - 불가능한 삼각형
21 보는 것이 믿는 것이다 - 착시
22 발견과 발명 - 두 개의 타일
23 4의 기적 - 네 가지 색 지도
24 지하의 예술 - 런던 지하철 노선도
25 ‘평균인’의 거짓말 - 확률분포곡선

Part 4 물질 위의 마음
01 과학자의 얼굴 - 아인슈타인과 상대성 이론
02 빛의 바다 - 뉴턴의 프리즘
03 생명의 요람 - 나침반과 지구 자기장
04 보이지 않는 힘 - 패러데이의 자기력선
05 소우주의 세계 - 보어의 원자 모델
06 사라진 원소 - 멘델레예프와 주기율표
07 건축가와 몽상가 - 케쿨레의 벤젠고리
08 생명의 코일 - DNA의 이중나선
09 이야기가 있는 그림 - 분자 구조도
10 Let It Be - 결합 에너지 곡선
11 1945년의 불기둥 - 버섯구름
12 당신이 모르는 사이에 - 거품상자 궤적
13 유쾌한 그림의 물리학 - 파인만 다이어그램
14 대통일 시나리오 - 보편적인 3중점
15 우주의 모든 것 - 질량과 크기
16 이상한 고양이 - 슈뢰딩거의 역설
17 미래의 방 - 양자 우리
18 실체와 신기루 - 양자 얽힘
19 최초의 복사 - 칼슨의 제로그래피
20 미래를 보다 - 무어의 법칙
21 일상의 비밀 - 모래 패러다임

맺는말 이미지가 주도하는 새로운 과학의 미래
주석
도판 출처