우주가 지닌 가장 큰 매력은 ‘정체를 아무도 모른다’라는 것이다. 오랫동안 우주를 연구해 온 천문학자, 우주물리학자, 우주 비행사조차 알고 있는 것은 극히 일부일 뿐이다. 따라서 우주를 이해하기 위해 필요한 것은 지식이나 수학 실력이 아니라 모르는 것에 주눅 들지 않고 끊임없이 질문하는 지적 호기심뿐이다. 우주물리학은 우주에 관해 궁금했던 사실들은 물론, 아직 밝혀지지 않은 것까지도 직접 생각하고 답할 수 있는 힘을 길러준다. 복잡한 수식과 이론에서 벗어나 우주를 향한 수수께끼를 마음껏 묻고 답해보자. 언젠가 여러분이 아무도 모르는 우주의 비밀을 풀어낼 주인공이 될지도 모른다.

교토대학교 대학원 이과 연구과 물리학·우주물리학 전공 물리학 제2분야 천체핵연구실에서 일본학술진흥회 특별 박사후연구원으로 연구 활동을 하고 있습니다. 도쿄대학교 대학원 이과계 연구과에서 물리학 전공으로 박사 학위를 취득했으며, 전문 분야는 우주물리학 중에서도 중력파 물리학과 천문학입니다. 유튜브 채널 ‘4컷 우주’를 비롯한 여러 SNS 채널을 통해 최신 우주물리학 연구를 비전공자도 이해할 수 있도록 쉽게 소개하면서 우주물리학에 관한 대중의 관심을 높이고자 노력하고 있습니다.

들어가며
CHAPTER 1 우주에 관해 알고 싶다면 이것부터 시작하자!

1 물리학으로 자연이 낸 수수께끼를 풀어내다
2 ‘우주’라는 단어의 진짜 의미는 무엇일까?
3 고대 종교와 신화에 기록된 우주의 모습
4 천 년 동안 우주의 중심은 지구였다
5 우주의 중심이 지구에서 태양으로
6 수식은 우주를 이야기하는 언어
7 우주 연구자는 의외로 허술하다
8 우주에서 자주 쓰는 엄청나게 큰 단위
9 사람이 볼 수 없는 빛의 정체
10 별의 밝기를 나타내는 두 가지 방법
11 우주에서는 거리를 어떻게 잴까?
12 우리가 보는 우주는 먼 과거의 우주다
13 우주의 거리를 측정하는 방법은 여러 가지!
14 온도의 한계는 영하 273.15℃
15 물질을 구성하는 가장 작은 입자
16 우주를 움직이는 네 가지 힘
17 빛은 입자일까, 아니면 파동일까?
18 하늘과 우주의 경계는 정확히 어디일까?
COLUMN) 우주물리학자의 생활

CHAPTER 2 우주물리학의 핵심, 중력

19 뉴턴의 사과
20 상대성 이론은 어떻게 만들어졌을까?
21 상대성 이론에서 우주는 3차원이 아니라 4차원이다
22 어느 쪽이 멈춰 있는지는 알 수 없다
23 빛은 누가 봐도 똑같은 속도다
24 4차원 시공간을 그림으로 그려보자
25 빠르게 움직이면 시간은 느려진다
26 빠르게 움직이면 길이도 짧아진다
27 산소가 없는 우주공간에서 태양이 연소하는 이유
28 중력을 없앨 수 있을까?
29 중력은 빛을 휘어지게 할 수 있다
30 중력의 정체는 시공간의 일그러짐
31 중력이 센 곳에서는 시간이 느리게 흐른다
32 시공간의 일그러짐은 파동이 된다?
33 중력파를 관측하는 데 걸린 시간은 100년
34 블랙홀이 새까만 이유는?
35 블랙홀에는 털 세 가닥이 자란다
36 천체는 자체 중력으로 붕괴한다
37 블랙홀에 떨어지면 어떻게 될까?
38 블랙홀 주위에서 밝게 빛나는 원반의 정체는?
39 은하 중심에는 초거대 블랙홀이 있다
40 일반상대성 이론이 바뀔 수도 있다?
COLUMN) 수학을 싫어하는 사람이 수학을 즐기는 방법

CHAPTER 3 차근차근 풀어가는 우주의 수수께끼들

41 한순간에 엄청나게 팽창했다! 우주의 진화와 역사
42 우주는 어디서 어디를 보더라도 비슷하다
43 우주의 진화는 방정식으로 표현된다
44 우주의 형태는 시공간이 휘어진 정도로 정해진다
45 아인슈타인은 원래 우주는 팽창하지 않는다고 생각했다
46 우주는 어디서 보더라도 계속 팽창한다
47 태양계 대부분은 수소와 헬륨
48 새까만 우주는 사실 온통 빛나고 있다?
49 우주의 온도는 천 배 내려가고, 크기는 천 배 커졌다
50 정체불명의 암흑물질을 찾아서
51 우주 팽창을 가속하는 수수께끼의 에너지
52 먼 미래에 우주는 아주 작은 점이 된다?
53 우주는 급격하게 팽창하며 시작되었다
54 우주의 온도는 어디든 비슷하다
55 우주의 끝과 그 너머는 어떤 모습일까?
56 현대 물리학이 통하지 않는 옛날의 우주
57 우리 우주 말고도 다른 우주들이 있을까?
58 우주는 무에서 탄생했다?
COLUMN) 우주물리학을 배우고 싶다면

CHAPTER 4 천체란 무엇일까?

59 많고도 다양한 천체의 세계
60 우주에서 지구의 주소는 어떻게 말해야 할까?
61 스스로 빛나지 않으면 별이 아니다
62 다양한 세기와 주파수를 갖는 별빛
63 별의 죽음은 질량에 따라 달라진다
64 밝기가 변하는 별, 변광성
65 우주를 진화시키는 초신성 폭발
66 작지만 무거운 중성자별
67 무거운 별일수록 죽을 때 방대한 에너지를 방출한다
68 비어 있는 우주공간에는 정말 아무것도 없을까?
69 우주에는 은하가 무려 1조 개나 있다?
70 나선은하에는 팔이 달려 있다
71 태양계가 은하계를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은?
72 수많은 은하가 모여 있는 초은하단
73 우주의 텅 빈 영역, 보이드
74 천구는 지상에서 보는 별의 움직임을 나타낸다
75 태양의 남은 수명은 55억 년?
76 태양계 전체 질량의 99.87%는 태양의 질량이다
77 각양각색 태양계 행성의 모습들
78 달뿐만이 아니다! 잇달아 발견된 위성들
79 태양이 가려지는 일식과 달이 가려지는 월식
80 달의 중력은 조수간만의 차를 일으킨다
81 유성이 빛나는 이유는 충격파 때문이다
82 지구 바깥에 다른 생명체는 존재할까?
83 전 세계에 있는 우주 기관

마치며
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참고 문헌 및 웹사이트
사진 출처