10의 제곱수 (사이언스 클래식 21)

10의 제곱수

Powers of Ten

마흔두 번의 도약으로 보는 우주 만물의 상대적 크기

사이언스 클래식 21

“문화적, 역사적, 그리고 미학적으로도 귀중한”

과학의 탐험! -미국 의회 도서관

거시 세계와 미시 세계를 잇는 10의 제곱수

『10의 제곱수』는 우주 만물의 크기들 사이에 존재하는 상관 관계를 설명하기 위해서 뛰어난 아이디어를 훌륭한 사진과 문장으로 구현해 놓은 작품이다. 그 효과는 놀라워서, 우리는 이 책으로부터 사물들의 크기에 대해 그 어떤 논문보다도 더 많은 사실을 배우게 된다. -스티븐 제이 굴드(『풀하우스』 저자)

『10의 제곱수』는 가장 작은 단위부터 가장 큰 단위까지 대수 수열에 따라 전 우주를 42번의 도약으로 관통해 가는 웅장한 여행으로 우리를 안내한다. 누구도 이 매혹적인 여행을 놓쳐서는 안 될 것이다. -마틴 가드너(『마틴 가드너의 양손잡이 자연세계』 저자, 수학자)

과학 전반에 걸쳐 적절하면서도 심도 있는 정보를 주는 이 책 한 권만 달랑 들고 무인도에서 빈둥거릴 수 있다면, 나는 스스로를 운 좋은 사내라고 생각할 것이다. 이 책을 다 읽고 나면, 이와 비슷한 다른 책을 구하기 위해서라면 어떤 먼 거리도 헤엄쳐 가려는 자신을 어느 누구도 말릴 수 없을 것 같은 기분이 들 것이다. -루이스 토머스(과학 저술가, 교육자이자 의사)

우리가 알고 있는 가장 큰 세계와 가장 작은 세계는 어떤 모습일까? 천문학은 우리가 상상할 수 있는 가장 큰 단위를 더욱 확대시켰고, 입자 물리학은 우리가 생각할 수 있는 가장 작은 단위를 더욱 세분화시켰다. 우리가 알고 있는 모든 것은 이 두 세계 사이에 존재한다.

이번에 (주)사이언스북스에서 출간한 필립 모리슨과 필리스 모리슨(Philip Morrison & Phylis Morrison), 찰스와 레이 임스 연구소(the Office of Charles & Ray Eames)의 『10의 제곱수(Powers of Ten)』는 거시 세계와 미시 세계의 두 끝을 잇는 10의 제곱수 탐험이다. 책장을 넘길 때마다 가로세로가 10배씩 확대되어 은하단에서 쿼크까지 우주 만물의 상대적 크기를 살펴볼 수 있다. 이 책은 1996년에 민음사에서 출간된 『10의 제곱수들』의 번역문을 다듬고 내용을 보강한 개정판으로 사이언스 클래식 21로 재탄생했다.

저자 필립 모리슨은 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에서 로버트 오펜하이머의 지도 아래 이론 물리학을 연구한 뒤, 같은 대학교에서 이론 물리학 박사 학위를 받았다. 코넬 대학교 물리학 교수, 매사추세츠 공과 대학 교수를 역임했고 미국 과학 아카데미(National Academy of Sciences) 회원으로 활동했다. 『더 링 오브 트루스(The Ring of Truth)』를 비롯해 여러 저서를 출간했고, 뱁슨 상, 보스턴 과학 박물관 휠러 상, 클럼프케-로버츠 상, 윌리엄 프록터 상 등을 받았다.

필리스 모리슨은 미시건 대학교에서 영어와 문학을 전공했다. 파 브룩 학교(Far Brook School)와 박물관에서 학생과 교사를 대상으로 과학과 예술을 가르쳤다. 1965년에 필립 모리슨과 결혼했고, 남편 필립 모리슨과 공동 저술한 책 『더 링 오브 트루스』에 그림을 직접 그리는 등 다양한 창작․교육․과학 문화 활동을 함께했다. 필립 모리슨과 《사이언티픽 아메리칸》에 어린이 과학 책 리뷰를 쓰기도 했다.

찰스와 레이 임스 연구소는 ‘시대의 디자이너’로 손꼽히는 찰스 임스와 레이 임스 부부가 디자인 철학을 구현하기 위해 1941년에 설립한 산업 디자인 연구소로, 1950~1960년대 미국 디자인을 세계 디자인계의 주류 시장으로 이끌었다. 임스 부부는 가구 디자인, 광고 디자인, 전시 기획 등의 분야에서 뚜렷한 족적을 남겼을 뿐만 아니라 ｢10의 제곱수｣라는 멋진 영화를 만들었다.

표지는 이렇게 생겼습니다. :-)

20세기 최고의 디자이너와 과학자가 함께 만들어 낸 교양 과학의 걸작!

이 책은 한 편의 기록 영화에 기반하고 있다. 20세기 최고의 디자이너 찰스 임스와 레이 임스 부부가 설립한 찰스와 레이 임스 연구소는 IBM 사의 후원을 받아 ｢10의 제곱수(Powers of Ten)｣라는 영화를 만들어 1977년에 공개했다. 9분 남짓한 짧은 러닝 타임에도 불구하고 우주, 물질 전체를 경험할 수 있게 하는 놀라운 영화로 1998년에는 미국 의회 도서관이 미국 국립 영화 등기부에 “문화적, 역사적, 그리고 미학적으로도 귀중한” 영화로 등재해 보존하게 되었다. 우리가 살고 있는 세계의 규모를 한눈에 파악하게 해 준 최초의 영화로 35년이 지난 지금까지 세계 여러 나라의 박물관과 학교에서 과학 교육용으로 상영되며 꾸준한 사랑을 받고 있다. 이 영화는 공식 사이트 http://www.powersof10.com/film와 유튜브(Youtube)에 올라와 있어서 누구나 손쉽게 찾아보고 감상할 수 있다.

한편 물리학자 필립 모리슨과 그의 부인 필리스 모리슨이 이 영화를 같은 제목의 책 『10의 제곱수(Powers of Ten)』로 만들었다. 영화에 나오는 짧은 내레이션 대신 풍부한 설명을 덧붙이고 관련 사진을 추가해 《사이언티픽 아메리칸》의 대중서 첫 번째 책으로 탈바꿈시켰다. 영화의 42개의 장면을 책의 정지된 사진으로 편집하다 보니, 영화는 소풍을 즐기는 평화로운 두 남녀 장면(1m)에서 시작하는 반면 책은 은하단(10²⁵m)에서 시작해 쿼크(10^-16m)로 가는 거시 세계에서 미시 세계로의 직선 여행이 되었다.

첫 번째 광경 10억 광년(10²⁵m) 장면에서는 먼지처럼 보이는 은하들의 운동, 은하 성단 사이의 팽창 현상들을 자세히 설명한다. 책장을 넘기다 보면 1킬로미터 단위에서 경기장, 다리 구조물 등 인공물들에 대한 친절한 설명과 마주하게 된다. 이 단위에서는 천문관 건물도 관측하게 되는데, 천문관에 대한 설명을 하면서 천문관에 소장된 과거의 천문 관측 기구에 대한 설명도 빼놓지 않는다. 분자의 세계에 이르면 화학의 논리, 원소라는 개념이 어떻게 탄생하게 되었는지에 대한 과학사적인 설명도 들을 수 있다. 핵물리학과 화학에서 불안정한 동위 원소가 연구 주제가 되고 있다는 것에서부터 양성자는 몇 가지 쿼크의 결합으로 이루어졌다는 현대 입자 물리학의 지식까지 이 책에 담겨진 정보의 범위는 실로 방대하다.

이렇게 다양한 정보들 이외에도 과학의 주요 역사에 대한 설명도 빠트리지 않는다. 주석에서는 과학사에서의 주요한 발견․발명 연대표를 첨부해 기구를 이용한 시각이 어떻게 변천해 왔는지, 우리가 언제 어떤 단위 장면들에 대한 이해가 가능하게 되었는지 보여 준다. 천문학에서 생물학, 건축학, 과학사에 이르기까지 방대하면서도 유용한 정보를 담고 있는 이 책은 대중 과학서의 표본이라고 할 수 있을 것이다.

세계관을 뒤흔드는 42번의 도약

이 책의 핵심은 홀수 쪽에 나오는 42장의 사진이다. 42장의 사진은 마치 가로세로가 10배씩 커지는 확대경으로 세상을 들여다보는 것 같다. 한 장면에서 다음 장면으로 넘어갈 때마다 항상 10배의 변화가 일어난다. 각 사진의 테두리 길이는 앞의 사진에 비해 10배 짧아서 중앙에 있는 작은 사각형은 다음 사진의 테두리가 된다. 홀수 쪽에 나오는 각 사진들은 어두운 극장을 연상시키는 검은 배경 위에 배치하고, 바로 옆 짝수 쪽에는 사진․삽화와 해설을 담았다. 천문학, 지리학, 생물학, 화학의 영역을 아우르는 친절한 해설이 독자의 이해를 돕는다.

이 여행의 출발점이나 방향은 독자의 선택에 달려 있다. 여행은 ‘1미터’라는 이름이 붙은 눈에 익은 소풍 장면(85쪽)에서 시작해도 되고, 책의 처음부터 끝까지 앞에서 뒤로 가는 것도 좋다. 42번의 도약으로 만든 10의 제곱수 사진들은 ‘우주에 존재하는 사물들의 상대적인 크기와 0을 하나 더 추가함으로써 나타나는 결과들’을 생생하게 보여 준다.

이 책은 정보가 방대할 뿐만이 아니라 독자들이 과학을 배우는 동안에도 크게 생각하지 않았던 단위의 의미를 새롭게 생각할 수 있게 해 준다. 책에 나오는 42장의 사진은 단위에 0이 하나 추가되거나 줄어들었을 때의 장면임에도 불구하고 얼마나 많은 차이를 가져다주는지를 실감하게 해 준다. 1만 킬로미터에서 10만 킬로미터로 넘어서자 지구 행성이 온전히 우리 시야로 들어오면서 푸른 행성의 아름다움을 느끼게 된다. 우리가 사는 이웃들에 들어서면 고층 빌딩들이 한없이 높아 보이지만 그 길이가 1킬로미터를 넘지 못한다. 1마이크로미터는 아직 세포의 세계이지만, 0이 하나 줄어들면 DNA 이중 나선의 세계, 분자의 세계로 접어든다. 원자 세계에서는 단위 0이 하나가 달라지면 물질의 특성 자체가 달라진다. -｢옮긴이 후기｣에서

왜 ‘10의 제곱수’인가?

어떤 수에 그 수를 곱해 나온 결과를 그 수의 “제곱수”라고 한다. 제곱수의 위력은 실로 대단해서 제곱을 거듭할수록 규모가 크게 바뀐다. 그래서 10의 제곱수 42개만으로도 우주 만물을 표현할 수 있다. 그런데 왜 하필 ‘10’의 제곱수를 택했을까? 10이라는 숫자는 10개의 손가락에 근거한 10진법과 미터법에 이용되고 있기 때문이다. 미터법은 세계 공용 표준 단위 체계라서 표기하거나 알아보기 쉽기에 이 책도 기본적으로 미터법을 따르고 있다.

따라서 한 장면에서 다음 장면으로 넘어가는 단계마다 10배의 변화가 일어나는 일련의 사진들은 말로만 듣던 킬로미터, 센티미터, 마이크로미터, 옹스트롬, 피코미터, 페르미 등의 단위가 실제로 얼마만 한 규모인지 피부로 느끼게 해 준다.

그러나 실생활이나 학계에서 10진법이나 미터법이 아닌 단위를 사용하는 경우가 종종 있다. 예를 들어 우주의 거리를 잴 때는 파섹․광년․천문단위(AU)라는 단위를 사용하고, 길이를 잴 때는 마일․리그․야드․피트․인치․라인이라는 단위를 사용하기도 한다. 특히 각도와 시간은 60진법을 주로 사용하는데, 이 책에서 구체적인 예를 통해 만나 볼 수 있다.

『10의 제곱수』를 읽으며 단위에 따라 규모가 바뀌는 경이로움을 느끼고, 42번의 도약을 통한 거시 세계와 미시 세계를 넘나드는 여행에 동참해 보길 권한다.

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본문은 이렇게 구성되어 있습니다.

차례

세상을 본다는 것 11

여행 31

여행에 필요한 규칙 120

10의 제곱수: 크고 작은 수를 어떻게 쓰는가 124

길이 단위 126

무지개 읽기 128

망원경과 현미경 130

연대표 134

주석과 참고 문헌 139

자료 목록 160

옮긴이 후기 163

찾아보기 165

필립 모리슨과 필리스 모리슨 (Philip Morrison & Phylis Morrison)

필립 모리슨은 카네기 멜론 대학의 전신인 카네기 공과 대학을 졸업했다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스에서 로버트 오펜하이머의 지도 아래 이론 물리학을 연구한 뒤, 같은 대학교에서 이론 물리학 박사 학위를 받았다. 시카고 대학교와 로스앨러모스 연구소에서 일하면서 제2차 세계 대전 중에 이루어진 미국의 원자 폭탄 제조 계획인 맨해튼 계획에 참가했다. 코넬 대학교 물리학 교수를 역임했고, 1950년대부터는 천체 물리학 연구에 몰두해, 외계 지적 생명체 탐사 계획(SETI)에 참여했다. 매사추세츠 공과 대학 교수도 지냈으며 샌프란시스코 대학교와 일리노이 대학교 등에서 강의했으며, 미국 과학 아카데미(National Academy of Sciences) 회원으로 활동했다. 텔레비전 시리즈물을 바탕으로 한 『더 링 오브 트루스(The Ring of Truth)』를 비롯해 여러 저서를 출간했다. 뱁슨 상, 보스턴 과학 박물관 휠러 상, 클럼프케-로버츠 상, 윌리엄 프록터 상 등을 받았다.

필리스 모리슨은 미시건 대학교에서 영어와 문학을 전공했다. 파 브룩 학교(Far Brook School)와 박물관에서 학생과 교사를 대상으로 과학과 예술을 가르쳤다. 1965년에 필립 모리슨과 결혼했고, 남편 필립 모리슨과 공동 저술한 책 『더 링 오브 트루스』에 그림을 직접 그리는 등 다양한 창작․교육․과학 문화 활동을 함께했다. 필립 모리슨과 《사이언티픽 아메리칸》에 어린이 과학 책 리뷰를 쓰기도 했다.

찰스와 레이 임스 연구소 (the Office of Charles & Ray Eames)

20세기 산업 디자인계에 지대한 영향을 미쳤고, 1950~1960년대 미국 디자인을 세계 디자인계의 주류 시장으로 이끌었으며, ‘시대의 디자이너’로 꼽히는 찰스 임스와 레이 임스 부부의 디자인 철학을 구현하기 위해 1941년에 설립된 산업 디자인 연구소이다.

건축과 디자인을 공부한 남편 찰스 임스는 기술과 기능성에 중점을 둔 반면, 무용과 디자인을 공부한 부인 레이 임스는 예술과 창조성에 중점을 두어 최고의 조합을 이루었다. 임스 부부는 가구 디자인, 광고 디자인, 전시 기획 등의 분야에서 뚜렷한 족적을 남겼을 뿐만 아니라 영화도 제작했는데, IBM의 자료 협력을 받아 ｢10의 제곱수｣라는 9분 남짓한 멋진 영화를 만들었다.(각본 및 감독) 이 책의 바탕이 되는 이 영화는 우리가 살고 있는 세계의 규모를 한눈에 파악하게 해 준 최초의 영화로 지금도 세계 여러 나라의 박물관과 학교에서 과학 교육용으로 상영되고 있다.

옮긴이 박진희

서울 대학교 물리학과를 졸업하고, 베를린 공과 대학에서 과학 기술사 석사, 박사 학위를 받았다. 현재 동국 대학교 교양 교육원 조교수로 재직하고 있다. 저서로는 『근현대 과학 기술과 삶의 변화』(공저), 『한국의 과학자 사회』(공저) 등이 있고 번역서로는 『나노 바이오 테크놀로지』, 『테크노 페미니즘』, 『왜 원전을 폐기해야 하는가』 등이 있다.

인터넷 서점 링크

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인터파크 가기	리브로 가기	11번가 가기

서점에 등록되는 대로 추가 예정입니다. ^^