우주가 정말 하나뿐일까?

추천의 글 5
시작하며 9

1장 우리가 알고 있는 우주 17
태양계는 우주의 일부·19 | 자세히 본 태양계·22 |
생각보다 빠른 공전 속도·26 | 별은 무엇으로 만들어져 있을까?·27 |
중성미자의 선물·31 | 중성미자 관측의 어려움·33 |
별의 내부는 어떻게 생겼을까?·36 | 은하수를 자세히 살펴보자·37 |
은하계에도 블랙홀이·41 | 기묘한 은하의 회전·42 |
눈에 보이지 않는 물질·44 |
은하의 내부가 암흑물질로 가득하다고?!·45 |
은하가 회전한다는 사실을 어떻게 알지?·47 |
아무것도 보고 있지 않은 것이나 마찬가지·49

2장 암흑물질로 가득 찬 우주 53
은하단도 암흑물질로 가득하다·55 | 중력렌즈에 대해·58 |
스바루 망원경의 활약·60 | 은하단과 은하단의 충돌 현장·63 |
Q&A·67

3장 우주의 대규모 구조 71
우주의 농담濃淡·73 | 빅뱅 이후 남은 빛·75 |
우주는 팽창하고 있다·78 | 우주의 구성 요소·79 |
암흑물질과 우주의 시작·81 |
Q&A·82
칼럼 만물을 만드는 소립자·83

4장 암흑물질의 정체를 찾아서 87
암흑물질의 후보·89 | 첫 번째 후보는 겁쟁이·94 |
윔프WIMP의 정체·96 | 다른 차원에서 왔다고?!·98 |
암흑물질의 소리를 찾아서·100 | 암흑물질 탐색의 과열 양상·104 |
빅뱅의 재현·106 | 우주 게놈 계획·108 |
Q&A·112
칼럼 우주의 나이·113

5장 우주의 운명 117
우주의 운명·119 | 암흑에너지·120 |
초신성으로 팽창 속도 구하기·121 | 계속 팽창하는 에너지·125 |
우주가 찢어진다고?·127 | 암흑에너지 효과의 생성 속도·129 |
초끈이론이 예측하는 우주의 종말·130 |
Q&A·131

6장 다차원 우주 137
우주는 하나가 아니다·139 | 휘어진 차원을 평평하게·141 |
5차원 시공·143 | 눈에 보이지 않는 차원·145 |
여분의 차원은 바로 우리 옆에 있다·147 | 힘의 통일을 향해·149 |
중력은 약한 힘·151 | 중력은 상호 소멸하지 않는다·152
중력은 왜 약한 걸까?·154 |
여분의 차원으로 전달되는 중력이 있을까?·157

7장 여분의 차원의 존재 161
여분의 차원으로 빠져나가는 중력·163 |
블랙홀은 여분의 차원의 증거·165 |
(국제)선형가속기 실험·167 | 휘어진 우주·169 |
불확정적인 여분 차원의 공간·171 | 존재 이유-불확정성·173 |
여분의 차원 내부의 암흑물질·175
Q&A·178

8장 우주가 정말 하나뿐일까? 183
3차원 샌드위치·185 | 우주의 가지 뻗기·186 |
팽창을 가속화하는 에너지·187 | 이론물리학 최악의 예언·189 |
초끈이론과 블랙홀·193 | 접혀 있는 6차원 공간·196 |
우주가 수없이 많다고?·198 |
Q&A·203

마치며 205
찾아보기 208

은하계에도 블랙홀이
은하계 중심부의 별을 보면 어느 지점에서 별의 궤도가 급속히 휘어지는 것을 관찰할 수 있습니다. 이는 주변에 커다란 중력이 있다는 증거입니다. 큰 중력 옆을 지났기 때문에 그 중력에 끌려 별의 궤도가 크게 휘어진 것입니다. 즉 블랙홀 자체는 보이지 않지만 주변 별의 움직임을 조사하면 그 별이 어느 정도 크기의 중력에 이끌리고 있는지 알 수 있습니다. 그 정보를 수집해 가면 간접적이기는 하지만 블랙홀이 어디에 있는지 알 수 있습니다.

눈에 보이지 않는 물질
지금 필자가 이야기한 중력의 원천이 되는 물질은 눈으로 볼 수가 없습니다. 은하 내에는 이런 것들이 아주 많습니다. 그리고 그 눈으로 볼 수 없는 물질은 ‘암흑물질’이라는 이름으로 불립니다. 눈에도 보이지 않고 정체가 불분명한 무엇인가이기 때문에 암흑이라는 단어가 붙었습니다. 하지만 무게가 있고 중력의 원천이 되므로 이것이 물질이라는 사실만큼은 알 수 있습니다. 이 눈에 보이지 않는 암흑물질이 우리 은하 내에 많이 존재하므로 우리 태양계도 은하계 내에서 무사히 돌고 있는 것입니다. 만약 암흑물질이 없어진다면 태양계는 당장이라도 우리 은하에서 어딘가 먼 곳으로 튕겨나가고 말겠지요.

아무것도 보고 있지 않은 것이나 마찬가지
물론 은하 중에서도 별이 많은 부분은 잘 보이기 때문에 쉽게 크기를 알 수 있습니다. 우리 은하의 경우는 지름이 약 10만 광년 정도입니다. 하지만 암흑물질까지 포함하면 은하의 크기는 알 수가 없습니다. 암흑물질은 눈에 보이지 않기 때문에 어디까지, 어떤 형태로 펼쳐져 있는지 알 수가 없는 것입니다. 암흑물질은 끝없이 펼쳐져 있을 수도 있지만 지금으로서는 정확히 측정 가능한 방법이 발견되지 않은 상태입니다.
지금, 우리 눈에는 은하계의 아름다운 원반 부분밖에 보이지 않습니다. 하지만 그 주변에는 많은 암흑물질이 있습니다. 그 암흑물질의 중력 덕분에 원반이 아름다운 소용돌이 모양으로 돌 수 있는 것입니다.