과학을 보다

들어가며 과학으로 보는 신기한 세상

Part 1. 신비한 우주의 수수께끼

1. 우주는 얼마나 클까?
2. 우주가 계속 팽창해도 우리 태양계는 안전할까?
3. 우주인은 몇 명이나 될까?
4. 우주로 올라간 동물은 어떻게 됐을까?
5. 어디서부터 우주 공간이라 할 수 있을까?
6. 왜 발사 73초 만에 우주왕복선이 폭발했을까?
7. 저 멀리 별이 보내는 빛도 지구에 도착할까?
8. 우주에는 시작점이 있을까?
9. 아인슈타인은 빅뱅 이론을 인정했을까?
10. 스티븐 호킹이 성인잡지를 걸고 내기를 벌인 이유는?
11. 빅뱅은 어디서 일어난 걸까?
12. 우주를 잉태한 씨앗은 무엇일까?
13. 달나라까지 인간이 어떻게 간 걸까?
14. 달처럼 거대한 천체가 어떻게 지구에 붙잡혀 위성이 되었을까?
15. 떠오르는 달은 왜 더 커 보일까?
16. 메말라 보이는 달에도 과연 물이 있을까?
17. 멀어지는 달을 지구 가까이 당길 수 있을까?
18. 제임스 웹 우주망원경의 성능은 얼마나 뛰어날까?
19. 외계인은 정말 있을까?
20. 왜 토성만 아름다운 고리를 뽐내는 행성이 됐을까?
21. 소행성이 지구로 날아오면 어떻게 해야 할까?
22. 인류는 정말 화성으로 이주할 수 있을까?
23. 우주를 더 많이 알려면 천문학과 물리학 중 무엇이 더 필요할까?

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Part 2. 과학으로 보는 세상만사

1. 공간 이동은 실제로 가능할까?
2. SF영화에 나오는 기술 중 실제 가능한 건 뭘까?
3. 왜 내기를 하자고 제안한 사람이 질까?
4. 80℃의 사우나에서 사람이 어떻게 버틸까?
5. 깃털과 망치가 정말 동시에 떨어질까?
6. 우리는 혹시 시뮬레이션 세상을 사는 건 아닐까?
7. 금을 만들 수 있을까?
8. 정말 나비의 날갯짓이 태풍을 불러올까?
9. 〈테넷〉의 ‘인버전’은 과학적으로 가능할까?
10. 불도 무게가 있을까?
11. 인류는 얼마나 빨라질 수 있을까?
12. 빛보다 빠른 건 정말 없을까?
13. 빛의 속도를 어떻게 측정했을까?
14. 빛은 질량이 없는데 어떻게 뜨거울까?
15. 최초에 빛은 어떻게 생겨났을까?
16. 태풍은 어떻게 생겨나는 걸까?
17. 아틀란티스 대륙은 실제로 존재했을까?
18. 지구의 기후를 인간이 바꿨을까?
19. 운석 충돌로 인류가 멸망할 수도 있을까?
20. AI는 인류의 적이 될까, 친구가 될까?
21. 무한동력은 정말 불가능할까?
22. 초전도체는 얼마나 대단한 물질일까?

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Part 3. 그것이 알고 싶다! 원자력과 핵폭탄

1. 인류 역사상 가장 강력했던 폭탄은 무엇일까?
2. 비키니는 원래부터 수영복 이름이었을까?
3. 지구의 바다는 이미 방사능에 오염된 건 아닐까? 242
4. 오펜하이머는 정말 소련의 간첩이었을까?
5. 핵폭탄이 그토록 강력한 이유는 뭘까?
6. 핵분열과 핵융합은 뭐가 다를까?
7. 인간이 방사능에 내성을 가질 수 있을까?
8. 핵폭탄이 서울 한복판에 터진다면 어떻게 될까?
9. 정말 우주에서 핵실험을 했을까?
10. 북한은 어떻게 실질적인 핵무기 보유국이 됐을까?
11. 우리나라는 핵무기를 만들 기술이 있을까?

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Part 4. 과학자의 머릿속이 궁금하다

1. 과학에는 왜 음모론이 많을까?
2. 지금 과학자들은 무엇이 궁금할까?
3. 과학자들은 왜 나비에-스토크스 방정식을 어려워할까?
4. 물리학자가 태양계를 걱정하는 이유는 뭘까?
5. 과학자들은 왜 아직도 얼음이 미끄러운 이유를 모를까?
6. 18세기 괴짜 과학자는 지구의 무게를 어떻게 측정했을까?
7. 다가오는 메타버스 세상, 과학자는 무엇을 걱정할까?
8. 핵 과학자는 왜 백두산을 걱정할까?
9. 물리학자가 생각하는 우주의 가장 큰 신비는 뭘까?
10. 과학자도 신기한 물질이 있을까?
11. 인류 역사상 가장 위대한 천재 과학자를 꼽으라면 누구일까?

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현대 물리학의 두 거장이라 할 수 있는 스티븐 호킹과 킵 손Kip S. Thorne 박사가 백조자리 X-1 천체가 블랙홀Black Hole인지 아닌지를 두고 내기를 벌였죠. 블랙홀은 전체 질량이 중심에 모인 중력이 아주 강한 천체예요. 강력한 중력으로 어떤 물질이든 빨아들이죠. 심지어 빛조차도 말입니다. 사실 그때까지 블랙홀은 한 번도 발견되지 않은 상태였습니다.
그럼 도대체 어떻게 블랙홀이 있다는 것을 알고 찾아 나섰느냐 하는 의문이 생길 수 있습니다. 우리가 과학 이론의 대단함을 이 부분에서 느낄 수 있는데요. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 우주 어딘가에 블랙홀이 있어야 했거든요.
하지만 안타깝게도 아인슈타인조차 블랙홀이 존재한다는 것을 부정했습니다. 인류 역사상 가장 뛰어난 천재였다는 아인슈타인마저도 부피는 0, 밀도는 무한대로 수렴하는 하나의 점이 우주에 존재할 수 있다는 가능성을 받아들이기 어려웠나 봅니다. 지구가 블랙홀이 되려면 부피가 우리 손톱만 한 크기로 압축되어야 한다니, 사실 지금 저 역시도 잘 상상이 되지 않거든요. 우주의 신비는 인간의 상상력을 뛰어넘어 그 한계를 늘 시험하는 것 같습니다.

사실 외계인이 침략하기에 이 광활한 우주에서 지구의 존재감은 너무 약하지 않을까요? 지구가 우주 공간 바깥으로 전파를 쏘거나 하면서 무슨 흔적이라도 남겨야 외계인들이 “저 행성 좀 탐나는걸” 하면서 쳐들어올 거 아니에요. 그런데 아무리 길게 잡아도 지구에서 전파를 우주 공간으로 날려 보낸 역사가 한 120년밖에 안 되거든요. 그러면 아무리 넓게 잡아도 반경 120광년 안쪽의 이웃 행성에서만 지구의 전파를 탐지하고 한번 가봐야겠다고 생각할 수 있을 겁니다. 그런데 우리 은하의 반지름만 따져도 5만 광년이 넘거든요. 지름 5만 광년짜리 원반 안에 있는 지름 120광년짜리 티끌을 한번 상상해보세요. 우리 지구의 흔적이 무슨 존재감이 있겠습니까?

믿기지 않겠지만, 미래로의 시간 여행은 지금도 가능합니다. 엄밀하게 따지면 비행기를 타고 먼 거리를 갔다가 오면 가만히 있는 사람보다는 젊어진 겁니다. 사람이 느끼지 못할 극미한 차이겠지만요. 실제 얼마만큼 미래로 갔는지 과학적으로 계산도 가능합니다. 이는 빛의 속도는 언제나 동일하다는 ‘광속불변의 원리’ 때문인데요. 이해하기 쉽게 말하자면, 움직이지 않는 물체와 빠른 속도로 움직이는 물체, 둘 다에서 광속이 같아지려면 움직이는 물체의 시간은 그만큼 더 늦게 흘러야 하는 거죠. 다음 그림을 한번 보세요. 움직이는 기차 안에 앉아 있는 사람인 본 빛이 한 번 위아래를 왕복하는 거리는 기차 밖에 가만히 서 있는 사람이 본 빛이 왕복하는 거리보다 짧아요. 그런데 광속은 두 사람에게 모두 똑같은 속도이고, 그리고 빛의 속도는 빛이 이동한 거리를 시간으로 나눈 것이어서, 결국 기차 밖 땅에 서 있는 사람이, 움직이는 기차 안에서 빛이 왕복하는 것을 보면 그 시간이 더 길어 보이게 됩니다.
움직이는 물체의 시간이 더 느리게 간다는 것은 이처럼 광속이 일정하다는 사실만으로도 우리가 쉽게 이해할 수 있는 명확한 사실입니다. 실제 차량 내비게이션에 정보를 보내주는 GPS 위성은 시속 1만 4,000km의 빠른 속도로 궤도를 도는데, 특수상대성 이론의 효과로 지상보다 하루에 약 7.2마이크로초가량 시간이 느려진다고 합니다.