주머니 속의 우주

손바닥 안에서 펼쳐지는 과학 이야기

김동희 지음

이성과 본질 2026년 08월 12일 출간

작품소개

책소개

스마트폰 한 대에는 로켓공학, 전자기학, 인공지능, 지구화학, 분자생물학이 동시에 접혀 있다. 이 책은 그 다섯 겹의 과학을 손바닥 위의 사소한 장면에서 풀어낸다. 던진 공이 그리는 포물선에서 인공위성의 궤도를, 연못에 이는 물결에서 전파가 서로 섞이지 않고 겹치는 원리를, 부엌의 딸기 한 알에서 이중나선의 발견을 끌어내는 식이다.
이 책은 다섯 부로 이루어진 하나의 여정이다. 1부는 뉴턴의 대포알 사고실험에서 시작해 스윙바이와 재사용 로켓의 귀환까지, 인간이 중력을 딛고 별에 다가선 방법을 좇는다. 2부는 전파와 반도체와 배터리가 어떻게 손바닥 위의 기계를 만들어냈는지, 그리고 헬리콥터와 eVTOL이 왜 다른 소리를 내는지를 짚는다. 3부는 인공지능이 정말 이해하는지, 아니면 그럴듯함을 흉내 낼 뿐인지를 중국어 방 논변까지 동원해 캐묻는다. 4부는 지르콘 결정 하나로 지구의 나이를 재고 틱타알릭의 발굴로 진화의 시간을 증언하는 이야기를, 5부는 51번 사진에서 시작해 유전자 가위와 신약 개발에 이르는 생명 조작의 역사를 다룬다.
거창한 수식 대신 몸에 밴 직관에서 출발하고, 안다고 우기지 않고 모르는 것 앞에서 정직하게 멈추는 태도를 함께 전한다. 과학이 무엇을 알아냈는가뿐 아니라 어떻게 알아냈는가를 배우고 싶은 독자에게 권한다.
이 책의 특징
우주공학·전자공학/AI·지구과학·분자생물학, 서로 무관해 보이는 다섯 분야를 "손바닥 위의 기계 한 대"라는 하나의 축으로 꿰어 서술
수식 대신 일상의 직관(공 던지기, 물결, 딸기 DNA 추출)에서 출발해 최신 과학까지 끌고 가는 서술 방식
도해 58컷 수록, 그중 다수를 실제 라이선스 사진(NASA, Wikimedia Commons 등)으로 교체·병치하며 출처를 정확히 표기 — 대중서치고 이례적으로 도판 출처 관리가 엄정함
"안다고 우기지 않고 모르는 것 앞에서 정직하게 멈춘다"는 태도를 각 부 전체에서 일관되게 견지 — 결과 나열이 아니라 과학이 아는 것과 모르는 것을 가르는 과정 자체를 보여줌

목차

들어가며
1부 우주로 가는 법
1장. 별까지 가는 법, 그리고 하늘의 층
1.1 화성, 두 번만 엔진을 켜는 여행
1.2 행성에게서 속도를 빌리다
1.3 역사상 최고의 속도
1.4 심해 우주 여행
1.5 떨어지는 자에게는 무게가 없다
1.6 높이가 위성 속도를 결정한다
1.7 하늘에 정지한 위성
1.8 스타링크는 왜 낮게 나는가
2장. 달로, 그리고 던진 것을 되받는 법
2.1 달은 왜 가는가
2.2 정거장으로서의 달
2.3 로켓 추진의 비밀
2.4 재사용 로켓
2부 손안의 기술
3장. 손바닥 기계와 생각하는 모래
3.1 특정 전파는 어떻게 대륙을 이동하나
3.2 파는 어떠하길래 그 넓은 영역을 덮나
3.3 채널은 왜 섞이지 않나
3.4 결국은 스위치 하나
3.5 끝없이 더 작게
3.6 돌멩이에 새긴 생각
4장. 전기를 담고, 움직이는 기계
4.1 전기는 담는 게 아니라 가두는 것
4.2 리튬 배터리
4.3 배터리 무게의 이중성
4.4 배터리, 반도체 두뇌 및 전기 모터
5장. 날개로 뜨는 기계
5.1 떠 있는 내내 힘을 쓴다
5.2 커질수록 가혹해진다
5.3 헬리콥터는 왜 시끄러운가
5.4 수직이착륙기의 조용한 날개
3부 AI 기계는 어떻게 배우는가
6장. 가르치지 않고 배우는 기계
6.1 가르치는 방향을 거꾸로
6.2 틀리면서 배운다
6.3 잠들어 있던 발상: 기계학습
6.4 방대한 데이터, 하드웨어 및 소프트웨어의 만남
6.5 끝말잇기를 닮은 일
6.6 그럴듯함을 좇는 기계
7장. AI는 정말 이해하는가
7.1 뜻을 모르고도 말이 될까
7.2 무엇이 빠져 있는가
7.3 알고 있는 지식을 벗어난다는 것
7.4 왜 기계는 새로운 지식 만드는 일을 못 하는가
7.5 AI의 미래는 모른다
4부 시간을 읽는 법
8장. 지구의 나이를 재는 법
8.1 억 년을 재는 시계
8.2 절반이 되는 데 45억 년 걸리는데?
8.3 두 다른 시계로 시간을 검증하다
8.4 세계 지질 전도, 땅의 나이
9장. 화석이 증언하는 진화의 시간
9.1 수중과 지상을 잇는 고생물
9.2 눈은 어떻게 생겨났나
9.3 눈의 진화는 얼마의 시간이 걸렸나
9.4 사람 눈보다 더 좋은 구조의 눈을 가진 문어
10장. 하늘에서 떨어진 종말
10.1 진흙 속의 수상한 금속
10.2 그날, 그리고 그 후
10.3 정말 운석이 범인인가
5부 생명을 읽고 고치다
11장. DNA, 읽고 다시 쓰다
11.1 부엌에서 건져 올리는 생명
11.2 그림자로 읽어낸 모양
11.3 너무 적고, 너무 많다
11.4 같은 책, 다른 페이지
11.5 왜 유전자는 극소수일까
11.6 DNA 조작이 가능해지다
12장. 약, 우연에서 설계로
12.1 약은 병의 원인 세포에 끼어드는 분자다
12.2 부작용이라는 피할 수 없는 그림자
12.3 우연으로 만들어졌던 약
12.4 십 년이 걸리는 깔때기
13장. 다시 생명에게 맡기다
13.1 화학으로 약을 짓던 시대
13.2 한 바퀴 돌아, 다시 생명에게
13.3 몸의 군대를 깨우다
13.4 어긋난 설계도를 고쳐 쓰다
13.5 생명을 읽고, 고치고, 빌리다
끝마치며

책 속으로

1부. 우주로 가는 법
로켓이 어떻게 그 먼 우주를 그토록 적은 연료로 가는지를 다룬다. 호만 전이 궤도와 스윙바이(중력 도움)로 연료 없이 속도를 얻는 방법, 무중력이 사실은 자유낙하라는 것, 뉴턴의 대포알 사고실험이 인공위성의 원리와 같다는 것, 고도에 따라 위성의 속도가 달라지는 이유(스타링크 vs 정지궤도), 달을 화성행 디딤돌로 삼는 구상, 로켓 추진의 반작용 원리와 재사용 로켓의 귀환까지 이어진다.
2부. 손안의 기술
전파가 대륙을 넘어가는 원리(전리층 도약)와 AM·FM·모스 변조, 서로 다른 신호가 겹쳐도 섞이지 않는 이유를 시작으로, 진공관에서 트랜지스터, 집적회로로 이어지는 스위치의 진화와 무어의 법칙을 짚는다. 이어 리튬 배터리의 에너지 밀도, 무게가 잠수함에는 이점이지만 드론에는 짐이 되는 역설, 배터리·반도체·모터가 만나 전기차를 되살린 사연, 헬리콥터와 eVTOL의 소음 차이를 다룬다.
3부. AI 기계는 어떻게 배우는가
규칙을 가르치는 대신 예시로 배우게 한 발상의 전환, 역전파로 틀리며 배우는 원리, 신경망이 층을 올라가며 선과 모서리에서 사물 전체를 알아보는 과정, 데이터·반도체·방법론이 한 시대에 맞물려 AI를 깨운 사연을 다룬다. 이어 언어모델이 다음 단어를 고르는 방식과 환각(hallucination)의 정체, 중국어 방 논변으로 되짚는 이해의 의미, 기계가 지식의 평균에 머물 뿐 아인슈타인 같은 도약은 하지 못하는 이유를 캐묻는다.
4부. 시간을 읽는 법
지르콘 결정 속 우라늄과 납의 비율로 지구의 나이를 재는 방사성 연대측정의 원리, 서로 다른 측정법이 같은 숫자로 수렴하는 이유, 지층과 화석이 짠 상대연대에 방사성 측정이 절대 숫자를 박아 넣는 과정을 다룬다. 예측을 통해 실제로 발굴된 화석 틱타알릭, 빛 감지점에서 수정체 눈까지 이어지는 눈의 단계적 진화, 그리고 이리듐이 짙게 남은 K-Pg 경계 점토층과 소행성·화산 원투펀치를 둘러싼 공룡 대멸종 논쟁으로 이어진다.
5부. 생명을 읽고 고치다
부엌에서 딸기로 DNA를 추출하는 장면에서 시작해, 51번 사진이 어떻게 이중나선의 결정적 단서가 되었는지, 2미터 DNA가 골무만 한 세포핵에 접히는 방식, 유전자 수가 예상보다 훨씬 적은 이유, 유전자 가위(크리스퍼)로 DNA를 고쳐 쓰는 기술까지 다룬다. 이어 약이 자물쇠-열쇠처럼 작동하는 원리와 부작용의 정체, 우연히 발견된 약들과 10년 걸리는 신약 개발의 깔때기, 화학 합성 약에서 항체·면역항암·세포 공장에 이르는 생물학적 치료제로의 전환을 짚으며 마무리한다.
들어가며
지금 당신의 손바닥 위에 작은 기계 한 대가 놓여 있다고 하자. 당신은 이것으로 지구 반대편의 목소리를 듣고, 머리 위 2만 km를 도는 위성에게 길을 묻고, 며칠 전 찍은 사진 속에서 고양이를 가려낸다. 우리는 이 일들을 너무나 자연스럽게 여겨, 그 안에 얼마나 깊은 우주가 접혀 있는지 좀처럼 들여다보지 않는다.
이 책은 그 접힌 우주를 활짝 펼쳐 보려는 시도다. 로켓은 무엇을 밀어내며 날아오르는가. 작은 무전기에서 나온 신호는 어떻게 둥근 지구의 곡면을 넘어 이국땅까지 닿는가. 한 줌 모래에서 태어난 칩은 어떻게 '생각'이라는 것을 흉내 내는가. 돌과 뼈는 어떻게 수십억 년 전의 시간을 우리에게 들려주는가. 한 방울의 침에서 우리는 어떻게 생명의 설계도를 읽어내는가.
나는 이 질문들을 일상의 사소한 장면에서 시작하려 한다. 던진 공이 떨어지는 모습에서 인공위성의 공전을, 연못에 던진 두 돌멩이의 물결에서 전파가 섞이지 않는 비밀을, 부엌의 딸기 한 알에서 유전자의 실타래를 끌어낼 것이다. 거창한 수식은 되도록 접어 두었다. 대신 우리가 이미 몸으로 알고 있는 직관에서 출발해, 그 끝에 뜻밖의 광활한 풍경이 열린다는 것을 보여주고 싶었다.
그리고 한 가지 더. 과학이 무엇을 알아냈는가뿐만 아니라 '어떻게' 알아냈는가를, 그리고 아직 모르는 것 앞에서는 정직하게 모른다고 말할 줄 아는 그 태도를 함께 전하고 싶었다. 답을 외우는 일보다, 세계를 향해 좋은 질문을 던지는 일이 언제나 우리를 더 멀리 데려간다고 믿기 때문이다.
자, 그러면 손바닥 안의 작은 우주로 함께 들어가 보자.
특기사항
우주공학·전자공학/AI·지구과학·분자생물학, 서로 무관해 보이는 다섯 분야를 "손바닥 위의 기계 한 대"라는 하나의 축으로 꿰어 서술
수식 대신 일상의 직관(공 던지기, 물결, 딸기 DNA 추출)에서 출발해 최신 과학까지 끌고 가는 서술 방식
도해 58컷 수록, 그중 다수를 실제 라이선스 사진(NASA, Wikimedia Commons 등)으로 교체·병치하며 출처를 정확히 표기 — 대중서치고 이례적으로 도판 출처 관리가 엄정함
"안다고 우기지 않고 모르는 것 앞에서 정직하게 멈춘다"는 태도를 각 부 전체에서 일관되게 견지 — 결과 나열이 아니라 과학이 아는 것과 모르는 것을 가르는 과정 자체를 보여줌

출판사 서평

과학 교양서의 흔한 함정은 두 가지다. 하나는 결과만을 진열하는 것이다. 이런 책은 "빛의 속도는 초속 30만 km다"라거나 "DNA는 이중나선 구조다" 같은 문장을 늘어놓을 뿐, 그것을 어떻게 알아냈는지는 건너뛴다. 다른 하나는 반대로 수식과 전문 용어에 잠식되어, 정작 독자가 세계를 새로 보게 되는 경험은 주지 못하는 것이다. 『주머니 속의 우주』는 이 두 함정 모두를 피해 간다. 그리고 그 방법이 흥미롭다 — 이 책은 결과가 아니라 앎에 이르는 과정, 그리고 그 앎이 어디서 멈추는지를 보여주는 데 집중한다.
책의 구조 자체가 이미 하나의 논증이다. 저자는 손바닥 위의 스마트폰 한 대에 접혀 있는 다섯 겹의 과학 — 로켓공학, 전자공학과 인공지능, 지구화학과 진화생물학, 분자생물학 — 을 차례로 펼쳐 보인다. 언뜻 무관해 보이는 다섯 분야를 하나로 묶는 것은 소재가 아니라 태도다. 뉴턴의 대포알 사고실험에서 인공위성의 궤도를 끌어내고, 연못에 던진 두 돌멩이의 물결에서 전파가 서로 섞이지 않고 겹치는 이유를 읽어내고, 부엌의 딸기 한 알에서 이중나선의 발견을 되짚는다. 낯선 것을 낯익은 것에서 끌어내는 이 반복된 몸짓이야말로 이 책의 진짜 방법론이다.
가장 인상 깊은 대목은 3부 "AI 기계는 어떻게 배우는가"다. 저자는 대형 언어모델이 다음 단어를 고르는 방식을 "혼자 하는 끝말잇기"에 빗댄 뒤, 곧바로 존 설의 중국어 방 논증을 끌어들여 정면으로 묻는다 — 규칙대로 기호를 옮길 뿐인 것을 과연 "이해"라 부를 수 있는가. 이 대목에서 책은 단순한 기술 해설을 넘어선다. 기계가 "지식의 평균"에서는 그럴듯한 답을 길어 올리지만, 그 평균을 배반하고 바깥으로 도약하는 일 — 저자가 아인슈타인의 특수상대론을 예로 드는 그 도약 — 은 하지 못한다는 진단은, 지금 이 순간에도 유효한 질문을 던진다.
4부와 5부에서는 저자의 성실함이 더 선명해진다. 지르콘 결정 속 우라늄과 납의 비율로 지구의 나이를 재는 이야기는 자칫 건조할 수 있는 소재인데, 서로 다른 원리의 측정법들이 45억 년이라는 하나의 숫자로 수렴한다는 사실을 통해 과학적 확신이 어떻게 축적되는지를 설득력 있게 보여준다. 예측을 통해 실제로 발굴된 화석 틱타알릭의 이야기, 그리고 51번 사진 한 장이 이중나선 발견의 결정적 단서가 된 대목에 이르면, 이 책이 일관되게 말하고 있는 것이 무엇인지 분명해진다. 과학은 정답의 목록이 아니라, 증거 앞에서 가설을 세우고 검증하고 또 부정당할 준비가 되어 있는 하나의 태도라는 것이다.
저자는 안다고 우기지 않고, 모르는 것 앞에서는 정직하게 멈춘다. 이 태도는 장식이 아니라 이 책 전체를 떠받치는 뼈대다. 답을 외우게 하는 대신 좋은 질문을 던지는 법을 가르치려는 책, 그리고 그 질문이 우주선의 궤도에서 시작해 우리 몸속 DNA에까지 가닿는다는 것을 보여주는 책. 과학이 무엇을 알아냈는가보다 어떻게 알아냈는가에 관심이 있는 독자라면, 이 책의 다섯 갈래 여정을 끝까지 따라가 볼 만하다.

인물정보

저자(글) 김동희

입자물리학을 전공한 물리학자. 강의와 연구에 매진하며 한편으로 과학이나 철학을 쉽게 풀어쓴 인문교양책을 내서 지식의 대중화에 기여하고자 한다. 쓴 책으로 (세상을 이해하려는 치열한 노력, 세상이치, 빚은책들, 2022), (물리학의 인문학적 이해, 도서출판 역락, 2019), (바벨탑의 힉스 사냥꾼, 사이언스북스,2014), (톱쿼크 사냥, 민음사,1996) 등이 있다. 과학/철학/고전 관련 책들을 준비 중이다.