우주의 언어를 듣는 순간(지속의 과학 3)

■ 책 상세 소개

우주를 보는 눈에서, 우주를 듣는 귀로
인류는 오랫동안 우주를 오직 눈으로만 보아왔다. 망원경이 커지고 정밀해질수록 더 멀리, 더 오래된 빛을 볼 수 있었지만, 빛(전자기파)에만 의존하는 관측에는 근본적인 한계가 있었다. 빛을 내지 않는 블랙홀은 오랫동안 간접적인 정황 증거로만 그 존재가 짐작될 뿐이었다. 그런데 2015년 9월 14일, 라이고(LIGO)가 13억 광년 떨어진 곳에서 태양질량 30배가 넘는 두 블랙홀이 충돌하며 낸 시공간의 떨림을 포착하면서 모든 것이 바뀌었다. 인류는 우주를 보는 데서 그치지 않고, 마침내 우주가 내는 소리를 듣기 시작한 것이다. 이 책은 그 새로운 '귀'가 어떻게 만들어졌으며, 지난 10년간 그 귀로 무엇을 들어왔는지를 기록한 책이다.

중력파를 국내에서 처음 저술한 연구자, 10년 만에 다시 펜을 들다
저자 오정근 박사는 2009년부터 한국중력파연구협력단의 이름으로 라이고 과학협력단에 가입해 활동해 온, 국내 중력파 연구의 산증인이다. 2015년 역사적인 첫 검출의 순간을 라이고 과학협력단의 일원으로 직접 지켜보았고, 그 공로로 2016년 그루버 우주론상과 2017년 브레이크스루 기초물리학상을 라이고 과학협력단과 공동 수상했다. 첫 발견 당시의 급박했던 현장을 실시간으로 기록했던 전작 《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》이 '발견의 순간'에 집중했다면, 이번 책은 그 이후 평균 사흘에 한 번꼴로 새로운 중력파가 검출되며 하나의 정규 천문학 분야로 자리 잡기까지, 중력파 과학의 10년에 걸친 성장과 성숙의 과정을 다룬다. 저자는 이 현장을 실시간으로 지켜본 목격자이자 참여자로서, 그 누구도 대신할 수 없는 생생함으로 이야기를 풀어낸다.

100년의 예측에서 10년의 발견까지 - 여덟 개의 장으로 되짚는 여정
책은 프롤로그에서 뉴턴의 중력이론이 아인슈타인의 일반상대성이론으로 대체되기까지의 역사를 짚으며 문을 연다. 1장은 중력파의 원리와 블랙홀과 중성자별 등 중력파를 만들어내는 천체들의 정체를 소개하고, 2장과 3장은 1916년 아인슈타인의 예측 이후 수십 년간 중력파의 실재를 규명하기 위해 이어온 치열한 논쟁과 이론적 암흑기, 그리고 킵 손과 라이너 바이스가 라이고 프로젝트의 싹을 틔우기까지의 지난한 과정을 되짚는다. 4장은 중력파를 검출하기 위한 잡음과의 싸움, 신호를 찾기 위한 분투, 발견된 중력파 신호를 확증하는 방법과 일화를 소개하며, 검출된 첫 신호 GW150914를 잡음 속에서 확증해 낸 순간의 아슬함을 담아낸다. 5장은 첫 검출 이후 10년간 발견된 주요 중력파원들을 선별해 그 과학적 의미를 짚고, 6장은 2017년 8월 중성자별 병합 사건 GW170817이 촉발한 '다중신호 천문학'의 개막을 집중적으로 다룬다. 7장은 라이고라는 거대과학 프로젝트가 어떻게 지원받고 운영되어 성공에 이르렀는지를 미국과학재단의 기여와 역할에 초점을 맞추어 기술하고, 8장은 아인슈타인 망원경과 코스믹 익스플로러, 리사와 리라 등 각국이 준비 중인 차세대 중력파 망원경의 현황과 미래를 전망한다.

지난 10년, 우주의 지도를 다시 그리다
2015년부터 2025년까지 라이고·버고·카그라 검출기 네트워크는 누적 974일의 관측 끝에 391개의 중력파원을 확인했다. 평균 2.5일에 하나꼴로 우주 저편의 충돌 신호가 도착한 셈이다. 이 관측들은 태양질량 수십 배에서 100배가 넘는, 과거에는 존재조차 몰랐던 거대한 블랙홀들을 잇달아 찾아내며 별의 진화와 블랙홀 형성 이론을 다시 쓰게 만들었다. 무엇보다 2017년 중성자별 병합 사건 GW170817은 중력파 신호가 감마선 폭발과 함께 관측된 최초의 사례로, 발견 이후 10시간 52분 만에 '킬로노바'라는 천체 현상이 광학망원경에 포착되는 극적인 순간으로 이어졌다. 이 책은 이러한 개별 발견들을 나열하는 데 그치지 않고, 그것들이 모여 어떻게 '중력파 천문학'이라는 하나의 성숙한 관측 분야를 이루어냈는지, 그 축적의 서사를 촘촘하게 엮어낸다.

중력이라는 가장 오래된 질문 - 학술서이자 교양서
이 책은 중력파 현상을 다루기 전 '중력'이라는, 과학과 인문학이 공유해 온 가장 근원적인 주제에 대해서 설명의 상당 부분을 할애한. 뉴턴의 만유인력에서 아인슈타인의 일반상대성이론으로, 그리고 그 너머 수정중력이론에 대한 모색으로 이어지는 이 여정을 저자는 차근차근 짚어 나간다. 중력에 대한 이해는 중력파가 무엇인지에 대한 이해로 나아가도록 도우며, 이론 속 중력파가 어떻게 구체적인 실체로 우리 앞에 나타났는지를 자연스럽게 연결한다. 이 때문에 《우주의 언어를 듣는 순간》은 다중신호 천문학이나 중력파 천문학처럼 자칫 독자층이 좁을 수 있는 전문적인 주제를 다루면서도, 현대물리학 전반을 조망하는 보기 드문 교양서로서의 성격도 함께 지닌다. 중력파 과학에 관심 있는 일반 독자부터 관련 분야를 연구하는 전문가까지, 폭넓은 독자층에게 함께 권할 수 있는 책이다.

한국이 함께 쓴 중력파 10년
이 책이 특별한 또 하나의 이유는, 지난 10년의 발견이 결코 남의 나라 이야기가 아니었음을 구체적으로 증언한다는 데 있다. 카그라 중력파 검출기의 사파이어 거울에서 복굴절 문제가 발생해 전 세계 연구진이 어려움을 겪던 시기, 국내 한 중소기업이 제작한 사파이어 거울이 놀라운 성능으로 테스트를 통과해 현지로 배송되었던 일화는 큰 발견 뒤에 숨은 한국 기술의 저력을 보여준다. 책은 여기서 그치지 않고, 한국이 독자적으로 제안한 중력파 검출 개념인 '소그로SOGRO'와 이를 발전시켜 달 표면을 거대한 중력파 관측 플랫폼으로 삼으려는 '랑고LANGO', 그리고 그 뒤를 잇는 '동아DONGA 프로젝트'-한국인에게 친숙한 전래동화 속 토끼와 동아줄에서 이름을 따온-까지, 세계 중력파 과학의 최전선에서 한국이 그려가고 있는 미래를 소개한다.

[지속의 과학] 시리즈의 세 번째 책인 《우주의 언어를 듣는 순간》은 앞서 출간된 《얽힌 생명의 역사》, 《물리학이 초대한 우주》와 함께, 오늘의 과학이 어떻게 공존과 지속의 관점에서 세계를 다시 상상하는지를 보여준다. 100년을 기다려 마침내 우주의 목소리를 듣게 된 인류에게 이 책은 그 이후의 10년을 정리하며, 그다음 100년을 우리가 어떤 감각으로 채워갈지 묻는다.

추천의 말 | 머리말 | 프롤로그

1장 중력파로 가득 찬 우주
별이 빛나는 밤에 | 중력파는 어디에서 오는가? | 별의 진화와 종말: 고밀도 천체들
| 중력파를 방출하는 천체 | 중력파로 가득 찬 우주

2장 중력파 - 이론과 실험의 연대기
중력은 어떻게 전달되는가? | 중력파의 존재와 논쟁 | 암흑기와 침체기를 넘어서
| 엄밀한 수학적 이론의 정립과 실험의 태동 | 가혹한 검증과 새로운 열망의 씨앗

3장 시공간의 미세한 떨림을 측정하자
한여름 밤의 꿈 | 국제협력의 시작 | 정말 측정이 가능할까?
| 또 다른 아이디어들 | 프로젝트에 박차를 가하다
| 중력파 관측 지상 네트워크를 만들자 | 100년의 기다림, 그리고 13억 광년의 신호

4장 숨겨진 신호를 찾아라
잡음과의 싸움 | 미약한 신호를 찾아라! | 중력파임을 확증하기
| 반론과 반박의 해프닝 | 영광과 영예의 순간

5장 100년의 기다림, 그 후 10년
중력파 관측가동과 카탈로그 | 10년간 발견된 주요 중력파원
| 우주에서 울려 퍼지는 은은한 콧노래 | 흥미진진한 중력파 천문학의 미래

6장 오감을 총동원한 새로운 천문관측
우주를 탐구하는 수단 - 빛 | 다파장 전파천문학의 발전
| 우주에서 오는 입자는 새로운 관측 수단 | 보이는 천문학에서 보고 듣는 천문학으로
| 그 일이 실제로 일어났습니다 | 우주의 생성원리에 한 발 더 다가가다
| 긴박했던 관측 경쟁 | 자, 이제 다중신호 천문학이 시작되었다

7장 성공과 실패의 기로
초창기의 지원과 관리 | 프로젝트의 승인과 건설 | 과학가동, 초조함, 그리고 베팅
| 고급화 전략의 든든한 후원자 | 인연이 만든 역사 | 하이 리스크, 하이 리턴

8장 다가올 미래를 준비하며
중력파 천문학의 시대로 | 미국의 차기계획 | 유럽의 차기계획 | 일본의 차기계획
| 중국의 차기계획 | 대한민국의 중력파 연구 | 우리에게 다가올 미래

에필로그 | 참고문헌 | 찾아보기

오정근 국가수리과학연구소 선임연구원
서강대학교 물리학과에서 일반상대성이론과 블랙홀 이론으로 박사학위를 받았다. 이화여자대학교 기초과학연구소 및 과학교육학과, 캐나다 워털루대학교 물리천문학과, 연세대학교 물리학과 연구원을 거쳐 현재 국가수리과학연구소에서 중력파 과학 연구를 수행하고 있다. 라이고·버고·카그라 협력단 및 아인슈타인 망원경 연구단 회원이며, 한국중력파연구협력단의 운영위원과 한국고에너지물리학회 회장을 맡고 있다. 2015년 중력파 최초 검출 시에 한국의 연구진들과 함께 라이고 과학협력단에 참여한 공로로 2016년 그루버 우주론상, 2017년 브레이크스루 기초물리학상 등을 라이고 과학협력단과 공동 수상했다. 2026년 현재까지 블랙홀과 중력파 검출 이론 및 실험 분야에 대한 200여 편 이상의 논문을 국제 학술지에 발표했다. 《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》로 제57회 한국출판문화상을 수상했으며, 그 외 저서로 《중력파 과학수사대 GSI》, 《중력 쫌 아는 10대》, 《그렇게 물리학자가 되었다》(공저)가 있다.