과학이 우주를 만났을 때

서문•16

제1장 죽어가는 태양

태양계의 탄생•12/생명체의 탄생•15/생명체는 평범한 원자로 구성되어 있다•19/우연한 결과일 뿐•21/우주에는 단 한 가지 최후만 있다•26

제2장 현대 물리학의 새로운 세상

인과율의 등장•30/우주는 기계다•32/방사선과 양자이론•35/자연붕괴 가설•38/결정론이 무너지다•44/확정성이라는 환상•47/빛의 입자설과 파동설•52/빛은 입자이면서 파동이다•59/파동역학의 탄생•64

제3장 물질과 방사선

세 가지 보존법칙•70/원자를 분해하다•76/방사선의 이해•81/별들의 수명을 계산하다•84/구부러진 우주•88/팽창하는 우주•91/팽창 우주를 검증하다•96/새로운 입자•100/방사선의 기원•104/물질은 방사선일까•107

제4장 상대성과 에테르

에테르를 의심하다•110/에테르를 검증하다•113/피츠제럴드와 로렌츠의 수축가설•119/상대성 원리•121/절대 정지를 자유롭게 정의하다•123/에테르 가설의 모순•125/동일한 결과에는 동일한 원인이 있어야 한다•127/오컴의 면도날과 새로운 지도원리•131/기적의 해 1905년•133/시간이라는 차원•134/4차원 연속체•137/상대성이론과 에테르•140/에테르는 추상개념이다•141/수학적 추상개념으로 인정하다•144/시간과 공간은 구분되지 않는다•148/4차원 연속체의 곡률•150

제5장 심연 속으로

우주를 새롭게 해석하다•154/파동역학과 확률•160/과학은 여전히 동굴 속에서 그림자를 연구한다•164/자연은 순수 수학자가 아닐까•171/파란 안경을 쓴 사람은 파란 세상만 본다•174/모든 것이 수학적이다•175/우주는 수학적으로 설계되어 있다•179/정신과 물질의 관계•184/자연의 법칙은 보편적인 사고법칙이다•189/우주는 순수한 사유의 세계다•193/순환 우주라는 반론•196/기계적 해석에 대한 편견•199/우주는 위대한 생각이다•202

지구보다 전혀 크지 않은 별들도 있지만 대부분은 수십만 개의 지구를 채워 넣고도 공간이 남을 정도로 크다. 우리는 수백만 개의 지구를 담을 수 있을 만큼 거대한 별들을 곳곳에서 발견한다. 이 우주에는 이 세상의 모든 해변에 있는 모래 알갱이들만큼이나 많은 별들이 있다. 이것이 바로 우주 전체의 물질과 비교했을 때 우주에서 차지하는 우리 지구의 왜소함이다.
이처럼 엄청나게 많은 별들이 우주를 떠돌고 있다. 집단을 이루어 무리지어 여행하는 별들도 있지만 대부분은 외로운 여행자들이다. 너무 넓어서 다른 별 가까이에 다가서는 것은 거의 상상할 수 없을 정도로 희귀한 사건이 되는 우주를 여행하고 있다. 그래서 각자의 여행은 대부분 텅 빈 바다에 떠 있는 한 척의 배처럼 화려한 고립 속에 이루어진다.

우리는 반드시 실수는 아닐지라도 적어도 사고라고 적절하게 표현될 수 있는 결과로서 그런 우주 속으로 우연히 들어섰다. 이런 단어를 사용한다 해서 지구가 존재한다는 것이 놀라운 일이라고 생각할 필요는 없다. 사고는 언제든 일어날 것이며, 만약 이 우주가 충분히 오랫동안 지속된다면 상상할 수 있는 사건들은 모두 언젠가는 일어날 가능성이 있기 때문이다.

천문학은 현재의 우주 배치에 대해 그리고 공간의 광대함과 진공 그리고 그곳에서 우리의 하찮음에 대해 말해줄 수 있지만, 물리학은 시간이 흐르면서 만들어지는 변화들의 성질과 관련된 것들까지 말해줄 수 있다. 하지만 우리의 질문에 대한 답을 찾을 것이라고 기대할 수 있으려면 사물의 근본적인 성질에 대해 더 깊이 파고들어야 한다.
이것은 천문학의 영역이 아니다. 오히려 우리의 탐색은 현대 물리학의 핵심 속으로 안내한다는 것을 알게 될 것이다.