모든 것의 기원 (The Origins of Everything)/David Bercovici

- 생명의 구성 요소는 지구의 공기와 바다, 그리고 바위에서 비롯되었으며, 이들의 원래 신분은 성간 먼지interstellar dust였다. (10쪽)

1장 우주와 은하 (Universe and Galaxies)

빅뱅이론에 의하면 138억 년 전에 빅뱅에 의하여 우주와 시간이 탄생하였다. 1960년대 우주배경복사를 발견함으로써 빅뱅이 있었다는 사실을 입증하였다.

- 16세기 이탈리아 철학자 조르다노 브루노(Giordano Bruno, 1548~1600)는 지구가 태양의 중심이 아니라 태양 주변을 공전하고 있다는 니콜라우스 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1473~1543)의 우주관을 수용했다. 자신의 주장을 굽히지 않았기 때문에 1600년 사순절에 로마의 캄포데피오리Campo de' Fiori 광장에서 화형에 처해졌다. (16쪽)
*사순절(四旬節, Lent) : 부활절 전까지 여섯 번의 주일을 제외한 40일 동안의 기간을 말한다.
*Ash Wednesday: 사순절의 첫날 (the first day of Lent)

사진: 로마의 캄포데피오리 광장에서 화형 당한 그 장소에 세워진 조르다노 브루노 동상

- 허블의 최대 업적은 ‘적색편이red shift’ 현상을 통하여 우주가 팽창하고 있음을 알아낸 것이다. (20쪽)

- 태초의 우주는 질량과 에너지뿐만 아니라 시간과 공간까지 작은 영역에 똘똘 뭉쳐 있었다. (23쪽)

- 1960년대에 미국의 물리학자 로버트 윌슨Robert Wilson은 빅뱅을 입증하는 관측자료인 우주에서 날아온 전파, 즉 마이크로파 우주배경복사Cosmic Microware Background Radiation(CMB복사)를 발견했다. (23쪽)

- 우주의 구조와 거기에 존재하는 모든 물질의 특성은 빅뱅 후 1분 사이에 일어난 사건에 의해 결정되었다. (24쪽)
- 빅뱅 후 10-45초 동안을 ‘플랑크 시대Plank epoch’라 한다. (25쪽)

- 자연에 존재하는 기본 힘은 입자의 교환을 통해 작용하며, 이때 교환되는 입자를 매개입자라 한다. 예를 들어 전자기력Electromagnetic force의 매개 입자는 빛의 구성 입자인 광자Photon이다. (25쪽)

도표: 빅뱅 후 처음 20분. 출처: https://tigerweb.towson.edu/zverev/universe/Universe.htm

참고 : Panck epoch, Grand unification epoch, Electroweak epoch, Quark epoch, Hadron epoch, Lepton epoch, Photon epoch

- 우주는 10-35초 동안 상상을 초월하는 속도로 빠르게 팽창했다. 이 시간대를 인플레이션 시대inflation epoch라 한다. ... 우주는 이 짧은 시간 동안에 1070배 가까이 켜졌는데, 그래봐야 크기는 직경 몇 m에 불과했다. (27쪽)

사진: 우주의 역사. 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Inflation_(cosmology)

- 과거의 빅뱅이론은 한동안 위기에 처했다가 인플레이션 이론 덕분에 극적으로 살아났다. (28쪽)

- 최초의 물질은 쿼크quark라는 소립자로 이루어진 수프 형태였다. 쿼크는 양성자proton와 중성자neutron를 구성하는 입자이고, 양성자와 중성자는 원자핵atomic nucleus을 이루는 입자이다. (29쪽)

- 렙톤lepton은 질량이 아예 없는 광자 형태로 등장했다. 렙톤은 강력을 교환하지 않는 입자로서 전자electron와 뉴트리노neutrino(중성미자)가 여기 속한다. (29쪽)

- 지금도 태양에서 뉴트리노가 당신의 몸을 수시로 관통하고 있다. 일반적으로 렙톤은 '원자핵의 구성에 참여하지 않는 입자'로 정의된다. (29쪽)

사진: 분자, 원자, 원자핵, 양성자와 중성자, 쿼크, 끈(Strings)

- 빅뱅 후 10-5~1초 사이를 ‘렙톤 시대Lepton epoch’라 한다. (31쪽)

- 빅뱅 후 1초~10만 년 동안은 우주 전체가 광자로 가득 차 있었기 때문에 ‘복사 시대Radiation epoch’라고 한다. (33쪽)


- 최초의 별은 수소와 헬륨이 주성분이었다. 우주공간에 별이 등장하면서 3억 년에 걸친 암흑기는 비로소 막을 내리게 된다. (34쪽)

- 대부분의 은하들은 빅뱅 후 10~30억 년에 형성된 것으로 추정된다. (34쪽)

사진: 빅뱅 이후 우주의 발전 단계. 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_epochs_in_cosmology

- 은하수Milky Way와 안드로메다 은하Andromeda Galaxy는 몇 개의 나선 팔이 회전하고 있는 나선 은하spiral galaxy의 대표적인 사례이다. (35쪽)

사진: 우리 태양계가 포함되어 있는 은하(Milkey Way). 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way

사진: 은하에서 우리 태양계의 위치. 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way

- 은하의 중심부에는 초대형 블랙홀이 자리 잡고 있는 것으로 추정된다. (36쪽)

- 은하의 평균 크기는 10만 광년쯤 된다(1광년은 10조km이다. 태양에서 해왕성은 45억km나 떨어져 있지만, 광년 단위로는 1/2,000광년도 채 안된다). (36쪽)

- 최근 들어 천문학자들은 우주에 존재하는 질량의 대부분이 암흑물질이며, 최초의 은하에도 수소나 헬륨보다 암흑물질이 더 많았다고 결론지었다. (38쪽)

- 우주에 존재하는 질량과 에너지의 70%는 암흑에너지Dark energy이고, 25%는 암흑물질Dark Matter이 차지하고 있다. (40쪽)

2장 별과 원소 (Stars and Elements)

수소, 헬륨, 암흑물질이 중력으로 수축하면서 별과 은하가 만들어졌다. 헬륨보다 무거운 원소들은 별의 내부에서 핵융합 반응으로 만들어졌다. 앞으로 50억 년이 지나면 태양은 핵융합 원료인 수소를 소진하고 100억 년의 삶을 마감하게 된다.

-우주의 암흑기Dark Ages는 수소-헬륨 구름(그리고 암흑물질)이 중력으로 수축되어 최초의 별과 은하가 탄생하면서 막을 내렸다. (43쪽)

- 리튬, 베릴륨, 탄소, 산소, 질소, 납, 철 등 헬륨보다 무거운 원소들은 별의 내부에서 핵융합 반응을 통해 만들어졌다. (43쪽)

- 거성giant star은 최후의 순간에 초신성supernova이 되어 폭발을 일으키는데, 이때 발생한 충격파가 근처에 있는 수소-헬륨 구름에 영향을 미쳐서 수축을 유발할 수도 있다. (46쪽)

- 수축하는 구름의 온도가 약 1천만 도에 도달하면 드디어 별이 탄생한다. (46쪽)

- 태양계에서 수소hydrogen와 헬륨helium 다음으로 흔한 물질은 알파 입자alpha particles로 이루어져 있으며, 이들은 지구와 생명체를 구성하는 탄소, 산소, 실리콘, 마그네슘, 칼슘, 철 등의 핵심 성분이다. (54쪽)

- 생명의 기본 단위인 유기 분자organic molecules는 주로 탄소와 수소의 화합물이다. (54쪽)

- 50억 년이 지나면 우리의 태양은 핵융합 원료인 수소를 소진하고 100억 년의 찬란한 삶을 마감하게 된다. (56쪽)

- 태양은 핵융합에서 방출된 에너지를 이기지 못하고 부풀면서 적색거성red giant이 되어 수성과 금성, 지구 등의 주변 행성들을 집어삼킬 것이다. (56쪽)

- 서서히 식으면서 탄소와 산소로 뭉친 채 원래 크기의 1/100로 쪼그라든 백색왜성white dwarf이 된다. (57쪽)

사진: 별의 진화(Chart of stellar evolution). 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution

사진: 저질량과 고질량 별의 진화 과정. 출처: https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_evolution - 우리의 태양계도 초신성supernova이 폭발하면서 날아온 운석 소나기가 태양계의 모태였던 성간 구름에 유입되어 탄생한 것으로 추정하고 있다. (58쪽)

3장 태양계와 행성 (Solar System and Planets) 태양계에는 행성이 되지 못한 잔해들의 집단이 여러 개 있다. 오르트 구름, 카이퍼 벨트, 소행성 벨트가 그것들이다.

- 우리 태양계는 지금으로부터 약 50억 년 전에 형성되었다. 우주가 탄생하고 90억 년이 지난 시점이다. (65쪽) - 1920~1930년대에 핵융합thermonuclear fusion이 발견되면서 천문학자들은 태양이 중력이 아닌 수소 핵융합hydrogen fusion을 통해 에너지를 생산하고 있음을 알게 되었다. (68쪽) - 태양계와 지구의 나이에 관한 논쟁은 1900년대 초에 ‘방사성 연대 측정법radiometric dating’이 개발되면서 비로소 잠잠해졌다. (69쪽)

- 현재 알려진 지구와 태양계의 나이는 약 46억 년으로, 이 값은 소행성 벨트Asteroid belt에서 지구로 떨어진 운석을 분석하여 알아낸 것이다(지구에는 이 정도로 오래된 바위가 없다). (69쪽)

*소행성 벨트: 화성과 목성 사이에 100~200만 개의 소행성이 모여 있는 지역. - 해왕성과 명왕성 너머에는 오르트구름(Oort cloud)의 거대한 구형 구름이 태양계를 에워싸고 있다. (90쪽)

- 오르트구름보다 가까운 곳에는 또 다른 얼음 혜성의 집합인 카이퍼 벨트(Kuiper belt)가 자리 잡고 있다. (90쪽) - 화성과 목성 사이에 있는 소행성 벨트도 행성에 편입되지 못한 잔해들의 집합이다. (91쪽) 4장 지구의 대륙과 내부 (Continents and Earth’s Interior)

지구의 내부는 아직도 많은 부분이 미스터리로 남아있다. - 첨단 망원경을 이용하면 50억 광년이나 떨어진 은하까지 촬영할 수 있지만, 6,400km에 불과한 지구의 내부는 아직도 태반이 미스터리로 남아 있다. (98쪽)
- 다른 행성의 무게는 위성에 미치는 중력의 영향을 통해 알 수 있다. (99쪽) - 지구의 지질 시대는 40억 년 전에 시작되었다고 보는 것이 타당하다. 이 시기를 시생대Archean라 한다. (105쪽)

- 지구 내부에서 생성된 자기장을 관측해보면 지자기장의 원천이 액체 상태의 핵이라는 사실을 확인할 수 있다. (112쪽)

5장 바다와 대기 (Oceans and Atmosphere) - 인간은 탄소를 기반으로 한 생명체로서 신체의 대부분이 물로 이루어져 있으며, 이산화탄소로 물과 당분을 만들어내는 식물에 전적으로 의존하고 있다. (147쪽)

- 지표면의 물과 이산화탄소는 지구 내부에서 온 것도 있고, 혜성을 타고 배달된 것도 있을 것이다. (152쪽)

- 대기의 순환을 일으키는 주 요인은 지구의 자전이다. (166쪽) 6장 기후와 서식 가능성 (Climate and Habitability)

- 행성에 물이 존재하려면 골디락스 영역에 놓여 있어야 한다. (174쪽) - 지구의 기후는 ‘지면의 햇빛흡수율’과 ‘대기 중 온실가스함유량’이라는 두 가지 요인에 의해 좌우된다. (183쪽) - 밀란코비치 주기Milankovitch cycle : ①지구 자전축의 세차운동precession, ②지구의 자전축이 공전면에 대하여 기울어진 정도가 변하는 주기, ③공전궤도의 이심율(원에서 벗어난 정도)도 10만 년을 주기로 변하고 있다. (192쪽)

- 그동안 지구에 2만년~10만년을 주기로 찾아온 빙하기가 이 사실을 입증하고 있다(마지막 빙하기는 12,000년 전에 찾아왔고, 그 직후에 인류 문명이 태동했다). (197쪽) 7장 생명 (Life) - 지구에 서식하는 모든 생명체들은 세포로 이루어져 있다. 생명 유지에 필요한 모든 화학반응은 이 안에서 이루어진다. (212쪽)

- 지구 최초의 생명체는 35억 년 전에 등장한 단세포미생물(박테리아)이었다. (212쪽)

- 생명체는 물 이외에 네 가지 기본 요소로 이루어져 있으며(포도당, 지방산, 아미노산, 뉴클레오티드) 이들은 다섯 종류의 원소(수소, 탄소, 산소, 질소, 인)로 이루어져 있다. (217쪽) - 진핵세포 안에 있는 세포 기관 중 일부는 공생을 통해 형성되었다. 사람의 세포 안에 들어 있는 미토콘드리아mitochondria가 대표적 사례이다. (230쪽)

- 진핵생물은 번식 과정에 ‘다양화’와 ‘오류 제어’라는 두 가지 전략을 도입하여 생태계에서 확실한 우위를 점유할 수 있었다. (232쪽) - 석탄의 대부분은 식물이 대륙을 점령한 후인 약 3억 년 전에 생성된 것이다. (236쪽) 8장 인류와 문명 (Humans and Civilization)

- 사실 인류의 조상은 공룡 시대에도 살고 있었다. 다만 이 시절에는 공룡이 출몰하지 않는 구석에 숨어서 조그만 설치류의 형태로 살았을 뿐이다. (241쪽) - 모든 영장류의 선조는 아마도 공룡이 멸종하던 무렵에 등장한 나무두더지tree shrew일 것이다. (242쪽) - 인간과 침팬지는 지금으로부터 약 700만 년 전에 분화되어 각자의 길을 가기 시작했다. (246쪽)

- 호모 에렉투스는 5만 년 전에 사라졌고, 20만 년 전에 네안데르탈인과 현생인류인 호모 사피엔스가 등장했다. (250쪽)

- 12,000년 전부터 기후가 온화해지기 시작하여 5,000년 전에 정점을 찍었고, 바로 이 무렵에 다양한 형태의 농업이 시작되었다. (252쪽) - 약 7,000년 전에 메소포타미아 남부의 수메르Sumeria에서 최초의 인류 문명이 탄생했다. (255쪽) - 구약성서에 기록된 노아의 방주와 <길가메시 서사시Epic of Gilgamesh>에 등장하는 우트나피시팀Utnapishtim, 그리고 그리스 신화의 데우칼리온Deucalion은 흑해의 범람 사건을 배경으로 한 이야기들이다. (256쪽)