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우주의구조

  • 브라이언 그린
  • |
  • 승산
  • |
  • 2014-01-17 출간
  • |
  • 752페이지
  • |
  • ISBN 9788988907733
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

목차

Ⅰ. 진리의 각축장

제1장 진리로 가는 길 : 시간과 공간은 왜 지금과 같은 모습을 하고 있는가?
고전적 실체
상대론적 실체
양자적 실체
우주론적 실체
통일된 실체
과거와 미래의 실체
차세대의 시간과 공간

제2장 회전하는 물통과 우주
: 공간은 물리적 실체인가? 아니면 인간의 상상력이 만들어 낸 추상적 개념인가?
아인슈타인 이전의 상대성이론
회전하는 물통
스페이스 잼(space jam)
마흐(Mach) - 공간의 의미
마흐, 운동, 그리고 별
마흐와 뉴턴의 대립

제3장 상대성과 절대성
: 시공간은 아인슈타인이 만들어 낸 추상적 개념인가? 아니면 실재하는 물리적 실체인가?
공간은 정말로 비어 있는가?
상대적 공간과 상대적 시간
미묘하지만 해롭지는 않은 존재
그렇다면 물통실험은 어떻게 되는가?
시간과 공간을 조각하다
시간단면도 기울이기
특수상대성이론은 회전하는 물통을 어떻게 설명하는가?
오래된 질문, 그리고 중력
중력과 가속운동의 등가원리
왜곡(warps) 또는 휘어짐, 그리고 중력
일반상대성이론과 회전하는 물통
2000년대의 시공간

제4장 얽혀 있는 공간
: 양자적 우주에서 서로 분리되어 있다는 것은 무엇을 의미하는가?
양자적 세계
붉은색과 푸른색
파동을 쏘다
확률과 물리법칙
아인슈타인과 양자역학
하이젠베르크와 불확정성원리
아인슈타인과 불확정성, 그리고 진리를 향한 여정
양자적 해답
벨(Bell)과 스핀
실체를 검증하다
각도를 이용하여 천사의 수를 헤아리다
연기 없이 타는 불
양자적 얽힘과 특수상대성이론 : 표준적 관점
양자적 얽힘과 특수상대성이론 : 상반된 관점
어떤 결론을 내려야 하는가?


Ⅱ. 시간과 경험

제5장 얼어붙은 강 : 시간은 정말로 흐르고 있는가?
시간과 경험
시간은 정말로 흐르고 있는가?
끈질긴 환영 - 과거, 현재, 미래
경험과 시간의 흐름

제6장 우연과 화살 : 시간은 방향성을 갖고 있는가?
수수께끼
과거와 미래 - 물리학의 기본 법칙들
시간되짚기 대칭(time-reversal symmetry)
날아가는 테니스공과 깨진 계란
원리와 실제의 차이
엔트로피
엔트로피와 열역학 제2법칙, 그리고 시간의 방향성
엔트로피 : 과거와 미래
수학에 순종하기
궁지에 몰리다
관망하기
계란과 닭, 그리고 빅뱅(big bang)
엔트로피와 중력
결정적인 압력
아직도 풀리지 않은 수수께끼

제7장 시간과 양자 : 양자의 세계에서 시간의 본질을 추적하다
양자적 과거
오즈(Oz)로 가는 길
선택
과거 골라내기
수정된 과거
과거 지우기
과거 만들기
양자역학과 경험의 세계
양자적 관측의 수수께끼
양자적 실체와 양자적 관측
결어긋남(decoherence)과 양자적 실체
양자역학과 시간의 방향


Ⅲ. 시공간과 우주론

제8장 눈송이와 시공간 : 우주의 대칭성과 진화
대칭성과 물리법칙
대칭성과 시간
공간 늘이기
팽창하는 우주 속의 시간
팽창우주의 미묘한 특성
우주론과 대칭성, 그리고 공간의 형태
우주론과 시공간
다른 모양의 우주
우주론과 대칭성

제9장 증발된 진공 : 열과 무, 그리고 통일
열과 대칭성
힘과 물질, 그리고 힉스장
차가운 우주 속에 존재하는 장
힉스의 바다와 질량의 근원
물리법칙의 통일
대통일(grand unification)
에테르(aether)로 되돌아가다
엔트로피와 시간

제10장 빅뱅의 재구성 : 무엇이 폭발했는가?
아인슈타인과 '밀어내는 중력'
뛰는 개구리와 과냉각된 우주
인플레이션
인플레이션의 구조
인플레이션과 지평선 문제(horizon problem)
인플레이션과 평평성 문제(flatness problem)
진보와 예견
암흑물질의 존재를 예견하다
도망가는 우주
잃어버린 70%
수수께끼와 진보

제11장 다이아몬드를 가진 하늘의 양자
: 인플라톤과 양자적 요동 그리고 시간의 일방통행
우주공간에 새겨진 양자적 문자
우주론의 전성시대
우주의 창조
인플레이션, 매끈함(smoothness), 그리고 시간의 방향성
엔트로피와 인플레이션
볼츠만으로 되돌아가다
인플레이션과 계란
끈적거리는 연고 속에서 날아가기


Ⅳ. 근원과 통일

제12장 끈 위의 세계 : 끈 이론이 말하는 시공간의 구조
양자적 요동과 텅 빈 공간
양자적 요동과 불일치
무엇이 문제인가?
해답으로 가는 미심쩍은 길
끈이론의 1차 혁명기
끈이론과 물리법칙의 통일
끈이론이 들어맞는 이유는 무엇인가?
초미세 영역에서 바라본 시공간의 구조
점(point)보다 분명한 끈(string)
끈이론이 말하는 입자의 특성
너무 많은 진동패턴
높은 차원에서의 통일
숨어 있는 차원
초끈이론과 숨겨진 차원
숨어 있는 차원의 형태
초끈이론과 여분의 차원
끈이론이 말하

도서소개

<엘러건트 유니버스>의 작가 브라이언 그린이 안내하는 시간과 공간의 세계. 칸트는 인간의 사고(思考)가 시간과 공간을 떠날 수 없다고 했지만, 현대물리학은 그러한 한계에 도전하여 과연 시간의 본질은 무엇인지, 공간은 어떻게 구성되어 있는지 질문한다. 이 책은 시간과 공간, 우주에 대해 인간이 알고 있는 것, 그리고 아직 알지 못하는 것이 무엇인가까지 정리해 놓고 있다. 뉴턴이 ‘회전하는 물통’을 통해 어떻게 절대적 시간과 공간을 떠올렸는지, 아인슈타인이 그 두 개념을 어떻게 하나로 통합했는지, 그리고 끈이론과 우주론은 어떤 해답을 제시하는지 등 최신 이론 물리학의 다양한 개념들이 수학적 개념을 빌리지 않고 일반 독자들을 위해 차근차근 구체적으로 설명되고 있다.
※ 승산 북카페 "이 책의 포럼" ☞cosmos.seungsan.com

◆『엘러건트 유니버스』에 이은 초대형 베스트셀러!

2002년 올해의 책(《KBS TV, 책을 말하다》《조선일보》《동아일보》《한겨레》 등)으로 주목 받았던 『엘러건트 유니버스』에 이어 승산이 새롭게 내놓는 야심작. 『우주의 구조』는 출간된 이후, 2005년 6월 현재까지 줄곧 뉴욕타임스 베스트셀러로 선정되는 등 세계적인 인기를 끌고 있다.
승산에서는 2005년 세계물리의 해에 맞춰 세계적인 수준의 다양한 물리책을 선보임으로써(근간 예정, 『천재: 리처드 파인만의 삶과 과학』, 『파인만의 물리학 강의 Ⅱ』 등) 학생들에게는 순수자연과학에 대한 흥미를 고취시키고, 일반인들에게는 첨단과학에 대한 고급정보를 주고자 한다.


◆가장 친숙하면서도 가장 낯선 물리학의 영원한 수수께끼―시간과 공간

저자는 시간과 공간이라는 ‘오래된’ 테마를 잡고 이야기를 끌어 나간다. 그것은 그가 인간의 사고 자체를 다루겠다는 뜻이기도 하다. 시간과 공간은 ‘원자설(물질을 이루는 가장 작은 단위 개념으로서)’과 함께 가장 오래된 과학적 주제이자, 철학적 주제이다. 물론 저자는 ‘과학적인 방식’으로 접근하지만, 그의 이야기를 가만히 듣노라면, 이것은 일종의 철학이란 생각마저 든다.

시간과 공간은 인간의 사고 가장 깊숙이 내재된 관념이다. 어떤 것을 상상하더라도 그것에는 마치 그림의 배경처럼 시간과 공간이 자리 잡고 있다. 칸트는 그래서 시간과 공간을 선험적(先驗的)인 것으로 보았다. 인간의 인식은 시간과 공간이라는 배경 내에서만 이루어지고, 이러한 인식의 한계는 인간이 ‘물자체(物自體)’를 파악할 수 없게 하는 한계가 된다고 규정한 것이다.

그러나 현대물리학은, 그리고 브라이언 그린은 바로 그 ‘배경’에 대해 논하고자 한다. 시간과 공간에 대해 물리법칙이 말하고 있는 것. 그것을 쫓아가다 보면, 시간과 공간에 대한 인식의 변화를 깨닫게 된다. 즉 브라이언 그린에 따르면, ‘고정적인 시간과 공간’이라는 ‘배경’이 있었던 것이 아니라 그러한 과학적 관점(뉴턴)이 있었다고 보는 것이 정확하다. 그가 따라잡고자 하는 것은 시간과 공간의 진정한 실체이며, 그러한 ‘배경으로부터 독립적인(background independent)’ 이론이다.

저자는 “진정한 철학적 문제는 단 하나뿐이며, 그것은 바로 ‘자살’에 관한 것이다”라는 카뮈의 문장으로 그의 글을 시작한다. 실존주의 철학의 우두머리를 불러들인 것은 아마도 ‘삶’이라는 문제 앞에서 ‘진리’라는 것이 어떤 의미를 갖는가라는 스스로에게 던진 질문이자, 일반 독자들(삶의 문제에 매몰된)을 물리학의 세계로 끌어들이려는 전략쯤일 것이다. 그는 다음과 같은 말로 카뮈가 자신에게 던진 화두를 정리한다. “물리학이 더욱 발전하면 공간의 차원에 대한 이해가 깊어질 것이고 신경생리학이 발전하면 두뇌의 구조가 더욱 구체적으로 밝혀질 것이다…그러나 이 모든 정보들이 과연 인간의 삶과 인간이 추구하는 진리에 영향을 줄 수 있을 것인가? 카뮈는 이 점에 대하여 부정적인 생각을 갖고 있었다. 진리란 사고의 영역에 존재하며, 오로지 경험에 의해 그 실체가 밝혀진다는 것이 카뮈의 생각이었던 것이다.”

하긴, 반경 6,370km 남짓한 지구의 표면 위에서 100년 이내의 짧은 생을 살다 가는 인간이 우주적 스케일의 시간과 공간을 ‘취미 삼아’ 이해한다는 것은 결코 자연스러운 행동이라 할 수 없다. ―역자 후기 중

같은 초끈이론 학자이기도 한 역자의 후기까지 접하게 되면, 의문이 들지 않을 수 없다. 과연 우리는 왜 시간과 공간, 우주의 본질을 알려고 하는 것일까? 물리학에 관심을 두고 있는 사람들, 그리고 철학적 주제에 대해 첨단물리학이 가지고 있는 생각들이 궁금한 사람이라면, 올해 이 한 권의 과학책을 읽어 보기 바란다.


◆시간은 왜 미래로만 흐르는가? 공간은 왜 3차원처럼 보이는가?

책에서 간접적으로 밝히고 있듯, 그는 어쩔 수 없는 ‘플라토니안(platonian)’이다. 그는 인간의 ‘생존’보다는 우주적 진리에 더 관심이 있다. 다만 그가 진리에 도달하는 수단으로 택한 것은 철학이 아닌, ‘수학과 과학’이다. 그리고 그 위대한 도구는 ‘인간의 오성(五性)’이라는 한계를 뛰어넘어 ‘진정한 시간과 공간의 의미’에 대해 묻고 있다. 그래서 우리는 그저 당연하게만 생각하는 질문들을 던지려고 하는 것이다―시간은 왜 미래로만 흐르는가? 공간은 왜 3차원처럼 보이는가?


◆끈이론 학자, 젊은 혁명론자(new revolutionaries)

이 책은 미국에서 신구(新舊)세대 과학자 간의 논쟁을 불러 일으켰다. 파인만과 함께 양자전기역학의 총아(寵兒)였던, 지금은 80대의 원로과학자이자 대중저술가로 활약 중인, 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)은 《T
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