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왜, 우리가 우주에 존재하는가
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왜, 우리가 우주에 존재하는가

  • 무라야마 히토시
  • |
  • 아카넷
  • |
  • 2015-12-08 출간
  • |
  • 188페이지
  • |
  • 133 X 198 mm /258g
  • |
  • ISBN 9788957334720
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평

2015년 노벨 물리학상이 궁금하다면 꼭 읽어야 할 단 한 권!
도시에서 멀리 떨어진 곳에서 밤하늘을 올려다보면 무수한 별들이 보인다. 누구라도 ‘이렇게 큰 우주에 우리는 왜 존재하는 걸까? 어떻게 생겨난 걸까?’하고 어느 정도 철학적인 생각을 해 본 경험이 있지 않을까? 일본 대중이 사랑하는 이론물리학자 무라야마 히토시가 쓴 ?왜, 우리가 우주에 존재하는가?는 우리 존재에 대한 비밀의 열쇠를 쥐고 있는 중성미자라는 소립자에 대한 내용이다.

마침 이 책은 2015년 노벨 물리학상과도 관련이 있다. 올해 노벨 물리학상이 ‘중성미자에 질량이 있다’는 것을 입증한 가지타 다카아키와 아서 맥도널드에게 돌아갔다. ‘중성미자’가 무엇인지, ‘중성미자의 질량’ 발견이 어떤 의미인지 알고 싶다면 이 책이 안성맞춤이다. 이 책은 일곱 개의 장 중에 무려 네 개의 장을 중성미자에 관한 설명에 할애하고 있다. 이렇게까지 중성미자에 대해 상세히 기술한 책은 국내에서 찾기 힘들다. 올해 노벨 물리학상의 업적을 이해하고 싶은 이들에게 적극 추천한다.

소설처럼 편하게 읽을 수 있는 소립자 이야기
이 책은 물리학 전공자가 아닌 사람들을 위한 책이다. 저자인 무라야마 박사는 ‘우주론’과 ‘소립자론’을 알기 쉽게 해설하는 데는 일인자다. 수학이나 물리와는 거리가 멀다고 생각하는 문과 전공자들도 어려움 없이 읽을 수 있는 책이라는 것이 일본 독자들의 한결같은 반응이다. 우주의 탄생부터 우리가 살고 있는 물질세계가 탄생하기까지, 마치 한 편의 소설을 읽듯 소립자의 세계에 대해 알아갈 수 있다.

이 책의 저자 무라야마 박사는 뛰어난 역량을 지닌, 물리학계에서도 영향력 있는 학자로 2002년에는 40대 미만의 신진물리학자들에게 수여되는 니시노유카와 기념상을 수상함으로써 세계 물리학계를 이끌어갈 차세대 주자로 주목받았다. 뿐만 아니라 자칫 과학자들의 영역으로만 여겨질 수 있는 어려운 물리학의 이야기를 연구실 밖으로 꺼내어 대중들이 쉽게 이해할 수 있도록 꾸준히 집필하고 있다. 첫 저서는 베스트셀러가 되면서 신서대상을 수상했을 정도이니 무라야마 박사는 대중의 눈높이에서 얘기하는, 대중들이 기다려온 물리학자임에 틀림없다.

우리가 우주에 존재하는 이유-중성미자
우리 몸은 물질로 이루어져 있다. 뿐만 아니라 우리 주변의 것들과 지구, 태양 같은 항성도 물질로 이루어져 있다. 말하자면 우리가 이 세상에서 보는 모든 것은 물질로 이루어져 있다. 현재의 소립자 이론에 따르면, 물질은 반드시 자신과 짝을 이루는 반물질과 함께 태어나고(쌍생성), 물질과 그 반물질이 만나면 둘 다 소멸하고 만다(쌍소멸). 사실 우주가 원자보다 훨씬 작고 뜨거웠을 적에 먼지가 되기 전 물질과 그 반물질이 충돌하여 소멸되고, 새로운 물질과 반물질이 만들어졌다가 소멸하기를 반복했다.

물질과 반물질은 예외 없이 짝을 이루어 쌍으로 생성되기 때문에 분명 같은 수량이 탄생했을 것이다. 그리고 짝이 없으면 소멸되지도 않으므로 반물질이 존재했던 수만큼 물질도 소멸했을 것이다. 어느 쪽이라도 한쪽만 소멸할 수는 없으므로 상식적으로 생각하면 이 우주에는 남는 것 하나 없이, 물질도 반물질도 없는 텅 빈 세상이 되어야 한다. 하지만 우리는 이 우주에 존재한다. 그렇다면 원래 같은 수량 존재했던 물질과 반물질 중에서 누군가가 반물질만 한 움큼 집어 물질 쪽으로 옮겨놓은 것은 아닐까? 그렇지 않고서야 이런 일이 일어날 리 없지 않을까? 이 의문의 열쇠를 쥐고 있는 것이 바로 중성미자라는 작은 입자일 것으로 추측되고 있다. 중성미자는 알면 알수록 신비한 성질을 가지고 있으며 암흑물질, 인플레이션과도 깊은 관련이 있을지 모른다. 어쩌면 우리가 이 우주에 태어날 수 있었던 것도 중성미자 덕분인지 모른다.

그러던 어느 날, 우주의 온도가 조금 내려가면서 같은 수량 존재하던 물질과 반물질의 균형이 깨졌고 극소량의 반물질이 물질로 변해 현재 우리가 살고 있는, 물질만 존재하는 세상이 만들어진 덕에 우리가 태어났다. 그 열쇠는 바로 지금까지 질량이 없다고 알려져 있던 중성미자에 있다. 이 책에서는 상당 부분을 할애해 이 신비로운 소립자인 중성미자에 대해 이야기하고 있다.

▶ 『왜, 우리가 우주에 존재하는가』 내용
대우휴먼사이언스 시리즈 7권. 일본 대중이 사랑하는 이론물리학자 무라야마 히토시가 들려주는 물질세계의 탄생과 중성미자 그리고 힉스입자 이야기. 2015년 노벨 물리학상이 바로 이 ‘중성미자에 질량이 있다’는 것을 입증한 가지타 다카아키와 아서 맥도널드 박사에게 돌아갔다. ‘중성미자’는 무엇이고 ‘중성미자의 질량’은 얼마나 대단한 발견일까? 노벨 물리학상의 업적을 이해하는 데 이 책 단 한 권이면 충분하다!

우리가 이 세상에서 보는 모든 것은 물질로 이루어져 있다. 물질세계의 탄생에 대활약했을 것으로 추측되는 것이 바로 중성미자다. 이 책에서는 대체 중성미자에 어떻게 질량이 생긴 것인지, 우주에는 어떻게 이렇게 많은 중성미자가 존재하는지, 중성미자가 힉스입자로 인해 질량을 얻게 된 경위는 무엇인지 등에 대해 이야기하며 태초의 우주에 다가가며 우주는 어떻게 만들어져왔는지, 어떻게 우리가 이 우주에 존재하게 되었는지 알아본다.

책속으로 추가

p.103 우주에 우리가 존재하는 이유-중성미자
만약, 시계 방향 중성미자가 반중성미자라면 우리가 이 우주에 존재하는 건 중성미자 덕분이라 할 수 있습니다. 물질은 반물질과 만나면 어마어마한 에너지를 방출하며 소멸해 버립니다. 물질과 반물질은 항상 1 : 1로 짝을 이루어 소멸하면서 에너지로 변하고, 그 에너지는 다시 한 쌍의 물질과 반물질을 생성합니다.
갓 태어난 우주에는 엄청난 양의 에너지가 존재했기 때문에 물질과 반물질 둘 다 많았습니다. 물질과 반물질은 항상 짝을 이루어 태어나므로 그 비율은 같았다고 볼 수 있습니다. 그런데 물질과 반물질이 정말 1 : 1로 생겨났다면 우주가 점점 팽창하며 식는 과정에서 물질과 반물질이 다시 만났을 때 1 : 1로 소멸하므로 최종적으로 우주에는 아무것도 남지 않고 텅텅 비게 되겠죠. 하지만 우주는 그렇게 되지 않았고 이렇게 우리가 존재합니다. 어떻게 된 일일까요?

p.160 인플레이션 이론
탄생 초기의 작은 우주는 세탁기에서 이제 막 꺼낸 쭈글쭈글한 상태에 비유할 수 있습니다. 그런데 인플레이션이 일어남으로써 갑자기 다림질을 한 것처럼 펴져서 에너지가 균일한 상태가 되면서 팽창한 것입니다. 주름이 펴지고 전체가 평평해진 상태에서 빅뱅이 일어났기 때문에 현재의 우주도 거의 균일한 상태인 것입니다. 빅뱅 후의 열의 잔해인 우주배경복사가 거의 요철이 없는 상태인 이유도 인플레이션이 일어났기 때문이라고 생각하면 설명이 됩니다.

목차

추천의 글 5
시작하며 9

1장 부끄럼쟁이 중성미자 21
우주는 우로보로스의 뱀 23 | 정체불명의 물질로 가득 찬 우주 25 | 중성미자가 넘쳐나는 우주 27 | 원자의 세계를 탐구하다 29 | 사라진 에너지 31 | 파울리의 예언 32 | 원자력발전소에서 발견된 유령의 정체 34

2장 소립자의 세계 37
수많은 소립자로 이루어진 우주 39 | 쿼크로 이루어진 양성자와 중성자 41 | 소립자는 모두 삼형제 43 | 소립자에 맛이 있다고? 45 | 입자의 캐치볼-힘 47 | 강한 힘의 정체 50 | 약한 힘의 정체 52 | 네 가지 힘의 통일을 위해 53 | CP대칭성의 깨짐 56 | 고바야시-마스카와 이론의 등장 58 | 고바야시-마스카와 이론의 검증 60

3장 정말 신비로운 중성미자의 세계 63
열쇠를 쥐고 있는 중성미자 65 | 중성미자의 무게 68 | 중성미자는 시간을 느낀다 74 | 중성미자로 태양을 보다 76 | 태양 중성미자 문제 78 | 캄랜드 실험 80 | [칼럼] 가미오칸데와 중성미자 82

4장 너무나 가벼운 중성미자의 비밀 85
항상 왼쪽 돌기인 중성미자 87 | 왼쪽 돌기 반중성미자는 초중량급 89 | 통일된 힘의 세계를 보여주는 소립자 92 | 왼쪽 돌기 중성미자가 가벼운 이유 93 | [Q&A] 96

5장 중성미자가 장난꾸러기라고? 99
힘의 통일과 중성미자 101 | 우주에 우리가 존재하는 이유-중성미자 103 | 중성미자로 알아보는 물질과 반물질의 움직임 106 | 전자 중성미자로 변한 뮤우 중성미자 107 | [Q&A] 111

6장 힉스입자의 정체 113
힉스입자는 신의 입자?! 115 | 경차를 충돌시켜 전차를 찾다 119 | 1000조 번의 충돌로 얻은 10개의 힉스입자 122 | 99.99994%의 확실성 124 | 광자와 뮤온을 찾아라 126 | 새로운 입자의 존재를 예언한 힉스 박사 129 | 자발적 대칭성 깨짐 131 | 힉스입자가 식어 우주에 질서가 134 | 얼굴 없는 힉스입자 138 | 새시대의 개막-힉스입자의 얼굴 찾기 140 | 통일의 시대 143 | [Q&A] 147

7장 왜, 우리가 우주에 존재하는가? 151
부풀어 있는 우주 153 | 빅뱅의 증거 155 | 인플레이션 이론 158 | 소립자 요동의 주름 161 | 태초의 우주를 향해 164 | 초끈이론에 거는 기대 167 | 원자보다 작았던 우주의 탄생 170 | 우주의 과거와 미래를 보여주는 ‘스미레 계획’ 175 | [Q&A] 178

마치며 181
찾아보기 185

저자소개

저자 무라야마 히토시는 2002년에 일본에서 40세 미만의 신진 이론물리학자들에게 주어지는 니시노미야 유카와 기념상을 수상한 소립자 이론의 선두주자이며 기초과학 분야의 젊은 리더 중 한 명이다. 일반 독자들도 쉽게 이해할 수 있는 과학서 집필로 대중들에게도 잘 알려진 인기 작가이기도 하다. 일본 도쿄대학교에서 소립자물리학을 전공한 후 동 대학원 물리학 박사 학위를 받았다. 도호쿠대학교 대학원 이학연구과 물리학과 조수, 로렌스버클리 국립연구소 연구원, 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 물리학과 조교수, 준교수를 거쳐 현재 같은 대학 물리학과 맥애덤스(MacAdams) 석좌교수다. 또한 도쿄대학교 국제고등연구소 우주의 물리학과 수학 연구소(Kavli IPMU) 초대 소장을 역임했고 현재 특임 교수다.

도서소개

『왜, 우리가 우주에 존재하는가?』는 물리학 전공자가 아닌 사람들을 위한 책이다. 저자인 무라야마 박사는 ‘우주론’과 ‘소립자론’을 알기 쉽게 해설하는 데는 일인자다. 수학이나 물리와는 거리가 멀다고 생각하는 문과 전공자들도 어려움 없이 읽을 수 있는 책이라는 것이 일본 독자들의 한결같은 반응이다. 우주의 탄생부터 우리가 살고 있는 물질세계가 탄생하기까지, 마치 한 편의 소설을 읽듯 소립자의 세계에 대해 알아갈 수 있다.

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