우주로 가는 물리학

“물리학계 최고의 현장 전문가가 들려주는 주요 주제들…

여러 물리학 이론을 드문드문 알고 있는 독자라면

반드시 읽어볼 가치가 있는 책!”

이순칠 카이스트 물리학과 교수

힉스 보손, 암흑물질, 끈이론 등 누구나 한 번쯤 첨단 물리학에서 말하는 여러 개념을 접하게 된다. 하지만 이들의 개념을 정확하게 이해하고 있는 사람은 과연 얼마나 될까? 첨단 물리학 분야에서 탁월한 연구 업적을 쌓아온 미국의 물리학 석학 마이클 다인. 그는 바로 이 점에 주목했다. 어려운 물리학 개념들을 이해할 수 있도록 도와주는 책이 정작 거의 없어 자신이 직접 책을 쓰기로 작정한 것이다. 그렇게 탄생한 《우주로 가는 물리학》에서 저자는 현대물리학의 발달 과정, 최신의 성과와 주요 개념을 대중들이 이해하기 쉬운 언어로 재미있고 친근하게 소개한다.

저자는 미국 산타크루스 캘리포니아대학(UCSC) 교수이자 이론물리학자로 30여 년간 활동하며 놀랄 만한 성과를 거듭하고 있는 최신 물리학 발전의 산증인과도 같은 사람이다. 그는 이러한 자신의 경험을 바탕으로 오늘날 우리 인류가 이 세계와 우주의 비밀에 대해 이미 알아낸 것은 무엇인지, 그리고 그렇지 못한 것은 무엇인지, 나아가 우리가 알고 싶어하는 것이 무엇인지에 대해서도 설명한다. 미시세계에서 무한의 우주까지, 최첨단의 물리학 열차를 타고 떠나는 이 환상적인 우주여행에 가져가야 할 단 한 권의 책이 있다면 바로 이 책, 《우주로 가는 물리학》이다.

최고의 석학이 들려주는 첨단 물리학 명강의

지금 우리는 우주에 대해 무엇을 알고, 또 이해해야 할까?

20세기 초반부터 오늘날에 이르기까지 지난 한 세기 남짓, 물리학의 성장은 눈이 부실 정도다. 뉴턴으로 대표되는 고전역학은 그 자체로도 많은 것을 설명해주었지만, 현대물리학은 그 한계에서 벗어나 한 걸음 도약함으로써 이제 더 많은 질문에 대답할 수 있게 되었다. 그와 함께 세계에 대한 우리의 인식도 대폭 확장되었다. 물질의 가장 작은 단위인 원자보다 더 작은 입자들의 움직임은 어떤 법칙을 따르는지, 우주는 어떻게 탄생했으며 특히 빅뱅 직후 어떤 일들이 벌어졌는지, 우주는 왜 텅 비어 있는 것이 아니라 무언가로 차 있는지, 그리고 이 우주의 대부분을 채우고 있는 물질의 실체는 무엇인지…. 양자역학, 상대성이론, 끈이론 등 첨단 물리학 분야에서 탁월한 연구 업적을 쌓아온 저자는 지금 우리가 아주 ‘특별한’ 시기를 살고 있음을 강조한다. 인류 역사상 그 어느 때보다도 세계와 우주에 대해 많은 것이 드러나게 된 지금, 물리학을 안다는 것은 앞으로 우리가 어떤 세상에서 살아가게 될지를 아는 것과 같기에 이러한 주요 개념들에 대한 이해가 필요하다는 점도 이야기한다.

불확실한 미래를 향해 끊임없이 상상의 나래를 펼친 개척자들

물리학의 역사는 곧 물리학자들이 펼친 도전의 역사

현대물리학은 ‘이론’과 ‘실험’이라는 두 분야, 즉 실험을 제안하며 결과를 예측하는 이론물리학, 그리고 실험을 설계·구성·진행하며 이를 통해 도출된 데이터를 분석하는 데 많은 시간을 투입하는 실험물리학 이렇게 양쪽으로 나뉘어 있다. 저자는 이론물리학자로서 자신의 역할에서 시작해 각각의 영역이 어떻게 협업하고 연결되는지를 소개한다. 나아가 물리학사에 등장하는 수많은 물리학자에 대한 이야기들도 흥미롭게 펼쳐낸다.

이 책을 읽는 또 다른 재미는 바로 이 물리학자들의 고군분투, 인간적인 면모, 때로는 무모해 보이기까지 하는 도전기가 가감 없이 드러난 지점에 있다. 줄지어 등장하는 수많은 물리학자들 가운데는 말년에 조폐국장 자리에 앉아 위조범 처형에 골몰한 뉴턴이라든지, 수학적 지식이 부족해 일반성대성이론 정립에 애를 먹어 본의 아니게 후배 물리학자들에게 수학의 중요성을 일깨워주게 된 아인슈타인, 빅뱅의 증거이자 우주 생성을 입증하는 화석과도 같은 존재인 우주마이크로파배경복사의 정체를 아주 우연히 발견해 노벨상까지 거머쥔 과학자 펜지어스와 윌슨, 그리고 백인 남성 위주의 과학사에서 흔히 간과되기 일쑤였고 차별과 편견에 맞서 싸워야 했던 여성 과학자들도 다수 등장한다. 무엇보다도 이 책을 통해 물리학의 역사는 곧 불확실한 우주를 향해 때로는 상상의 날개를 펼치며 무모한 도전을 서슴지 않았던 물리학자들이 펼친 도전의 역사임을 확인하게 된다.

물리학의 미래는 곧 인류의 미래

우리에게 남은 과제는 무엇이며 또 어떻게 풀어갈 것인가

책 속에 등장하는 수많은 물리학자와 함께 자주 등장해 눈길을 끄는 것이 있으니 바로 현대 물리학 발전의 산실인 대형입자가속기다. 최신의 물리학 업적은 미국 시카고 인근의 페르미랩, 멘로파크의 스탠퍼드선형가속기센터, 스위스 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN) 그리고 일본의 KEK 등 다양한 거대입자가속기들을 중심으로 이루어졌다고 해도 과언이 아니다. 저자는 이러한 첨단 물리학 실험실인 대형입자가속기들을 중심으로 우주를 구성하는 입자들의 실체, 우주 기원 등 앞으로 이루어질 물리학의 미래 과제에 대해 상세하게 다룬다.

우리가 흔히 접하는 물리학책들은 이미 어느 정도 합의에 이른 이야기들, 이미 이루어놓은 성과 즉 빅뱅에서 시작하는 표준모형을 토대로 한 이야기들에만 집중하는 경우가 많다. 그리고 중력과 양자론을 조화시키는 문제, 우주의 구조, 빅뱅 이전의 시간에 대한 문제, 우주가 몇 차원인가 하는 문제 등 물리학이 아직 진전을 이루지 못한 부분에 대해서는 대충 훑는 정도에 그치는 경우가 대부분이다. 하지만 이 책은 오히려 물리학자들이 정확한 해답을 찾지 못한 부분들에 대해서도 상당히 심도 있고 솔직하게 다루며 물리학의 미래가 곧 인류의 미래라고 해도 과언이 아님을 확인시켜준다. 그리하여 이 책은 인류는 어떤 질문을 던지고 또 답하며 미지의 세계를 향한 도전을 이어나갈지, 험난하고 복잡하게만 느껴졌던 현대물리학 항해에서 나침반이 되어준다.

지은이 : 마이클 다인

미국 산타크루스입자물리학연구소의 저명한 물리학 교수이자 세계적인 물리학자다. 당대의 석학들과 함께 물질, 시간, 빅뱅, 나아가 빅뱅 이전에 무엇이 존재했는지를 밝혀내는 데 지대한 공헌을 해오고 있다. 또한 암흑물질과 암흑에너지에 관한 수수께끼뿐만 아니라 왜 우리 우주가 무가 아닌 유로 이루어져 있는지, 많은 이들이 결코 검증할 수 없다고 주장하는 끈이론을 어떻게 실험을 통해 검증할 수 있는지에 대해서도 줄기차게 연구를 이어왔다. 이에 입자물리학 이론 분야에서 뛰어난 업적을 남긴 이에게 수여하는 사쿠라이상을 수상한 바 있으며 미국과학한림원 회원으로 선출되었다.

주변의 학자와 학생 들이 암흑물질, 힉스 보손 입자, 초대칭 같은 문제들에 대해 질문할 때 딱히 추천해줄 만한 도서가 없다는 데에서 문제의식을 느꼈고, 그렇게 탄생한 이 책은 물리학의 최신 현안과 질문에 대해 쉽게 이해할 수 있도록 쓴, 매우 권위 있는 최신 답변이라고 할 수 있다. 

옮긴이 : 이한음

서울대학교에서 생물학을 전공했고, 깊이 있는 과학 지식과 인문적 사유가 조화된 번역으로 우리나라를 대표하는 과학 전문 번역가로 인정받고 있다. 리처드 도킨스, 에드워드 윌슨, 리처드 포티, 제임스 왓슨 등 저명한 과학자의 대표작이 그의 손을 거쳤다. 과학의 현재적 흐름을 발 빠르게 전달하기 위해 과학 전문 저술가로도 활동 중이며, 청소년 문학을 쓰기도 했다.

지은 책으로 『바스커빌가의 개와 추리 좀 하는 친구들』, 『생명의 마법사 유전자』 등이 있으며, 옮긴 책으로 『마법의 비행』, 『지구의 짧은 역사』, 『생명이란 무엇인가』, 『노화의 종말』, 『바디: 우리 몸 안내서』, 『지구의 정복자』, 『인간 본성에 대하여』 등이 있다.

첫 번째 걸음

1장 우주 들여다보기

2장 공간과 시간은 당연한 것일까?

3장 ‘우주’란 무엇을 뜻할까?

두 번째 걸음

4장 양자역학으로 미래를 예측할 수 있을까?

5장 원자력 시대의 열매

6장 가장 작은 것들의 무게

7장 스타가 된 물리학자들

그다음 걸음

8장 우주는 왜 무가 아닌 유인가?

9장 ‘큰 수 문제’

10장 우주는 무엇으로 이루어져 있을까?

11장 암흑에너지

그리고 불안정한 세계로

12장 모든 것들의 시작

13장 최종이론에 도달할 수 있을까?

14장 우주의 풍경과 실체

15장 이론물리학의 주사위 굴리기

주

감사의 말

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