재밌어서 밤새읽는 소립자 이야기

▣ 출판사서평

힉스 입자, 11차원, 우주 탄생의 순간, 평행우주론...
우주의 시작과 끝은 무엇일까
세상에서 가장 작은 물질을 통해 우리가 사는 세계의 본질을 알 수 있다면?

객관적인 사실, 구체성과 절대성을 중요시하는 연구가 아닌 가상 세계에서의 물리학 연구는 이미 아인슈타인 때부터 시작되었고 지금도 많은 연구들이 오로지 과학자의 머릿속에서 이루어진다. 현재 소립자의 성질을 설명하는 궁극적인 이론이라고 알려져 있는 초끈이론의 경우도 11차원의 공간 속에서만 계산이 가능하다. 이 이론대로라면 이 세계 어딘가에 우리가 살고 있는 우주와는 또 다른 우주가 존재하고 있을지도 모른다. 대부분의 소립자론은 증명할 수가 없기 때문에 현재로써는 이론 물리학자들의 머릿속에서 가설로만 존재한다. 하지만 지금도 수백 명의 아인슈타인의 후예들이 소립자 물리학을 연구하고 있다.

이렇게 많은 사람들이 소립자를 주목하는 이유는 소립자가 우리 세계의 본질을 알기 위한 연구이기 때문이다. ‘신이 숨겨놓은 입자’라 불리는 힉스 입자가 ‘이 세상 질량의 근원’임이 밝혀졌고 만일 존재하지 않았다면 질량의 기원을 밝혀내지 못했을 것이다. 그런 의미에서 우리와 아주 가까운 물질이라고 할 수 있다. 나아가 소립자 연구가 앞으로 더 진행된다면 우주가 처음에 탄생한 빅뱅의 순간, 우주가 소립자만한 크기였을 무렵에 대한 이론을 전개할 수 있게 된다. 즉 소립자론과 우주론, 양자역학과 일반 상대성 이론을 전부 융합해서 소립자 수준인 우주를 연구할 수 있게 되는 것이다.

저자는 온갖 어려운 실험과 이론들이 모여 있는 것 같은 소립자를 이해하는 가장 쉬운 방법은 아이러니하게도 ‘단순함’이라고 말한다. 소립자를 하나의 물질이라기보다 개념으로 받아들이라는 것이다. ‘어차피 우리 머리로는 그릴 수 없을 만큼 광범위한 것’이 소립자의 세계다. 말 그대로 인간의 상상을 초월하는 미지의 영역인 것이다.

공상과학소설에 나올법한 흥미진진한 소립자의 세계
소립자는 우리를 꿈꾸게 한다

물리학에서는 확률은 무의미하다고 한다. 99.9999%의 확률로 거의 확정에 가까운 이론만이 인정받고 살아남는다. 이렇게 피도 눈물도 없이 냉혹한 물리학의 세계지만 저자는 소립자 물리학에는 사람들을 꿈꾸게 하는 신기한 매력이 있다고 말한다. 100년 전 물리학자들이 머릿속으로 꿈꾸기만 하던 것들 중 지금 실현된 것이 많이 있다. 반대로 말하면 상상하지 않은 것은 절대 현실화될 수 없다는 것이다.

지금 이 순간에도 많은 물리학자들이 현실에서 불가능할 것 같은 가설들을 머릿속으로 상상하고 그것을 증명하기 위해 노력하고 있다. 눈에 보이지 않는 것들이 사실은 우리의 근원에 가장 가까이 있다는 것, 소립자 물리학은 가장 작은 것을 연구하지만 어쩌면 가장 거대한 것을 담고 있는 학문이라고 할 수 있다. 소립자가 무엇인지 알고 싶은 과학 입문자부터 물리학의 최전선이 궁금한 사람들까지 모두를 충족시킬 수 있는 재미있으면서도 알찬 과학 교양서다.

▣ 작가 소개

저 : 다케우치 가오루
竹內薰
''과학을 쉽고 재미있게 소개하는 과학 저술가''로 널리 알려졌으며 일본에서는 많은 대중들이 그가 쓴 책을 읽으며 과학상식을 넓혀가고 있다. ''유카와 가오루''라는 필명으로 추리 소설을 쓸 정도로 유연한 사고방식과 문학적 상상력까지 가지고 있으며, 과학에 대한 기초적인 상식만 가지고 있어도 충분히 이해할 수 있는 우주론으로 유명하다.

1960년 도쿄에서 태어났다. 도쿄 대학교 이학부 물리학과를 졸업하고 캐나다 맥길(McGill) 대학교 대학원에서 고에너지 물리학 박사 과정을 수료했다. 복잡하고 심층적인 우주론의 개념들을 명쾌하고 쉬운 논리로 풀어쓴 것도 장점이라고 할 수 있다. 저서로는 『과학은 if?』, 『판타스틱 두뇌탐험』, 『가설력』, 『싸우는 물리학자』 『한 권으로 충분한 우주론』등이 있다.

역자 : 조민정
신라대학교 일어교육학과를 졸업했다. 1년간 일본에서 체류하며 일본의 다양한 책을 국내 독자들에게도 소개하고 싶다는 마음으로 번역가로서의 꿈을 키웠으며 언제나 번역에 대한 열의가 가득하다. 현재 엔터스코리아에서 일본어 번역가로 활동 중이다.
주요 역서로는 『물리와 친해지는 1분 실험』 『반성시키면 범죄자가 된다.』 『괴짜 물리학자에게 듣는 유쾌한 우주강의』 『거의 모든 것의 정리법: 당신이 찾는 모든 정리법』 등이 있다.

감수자 : 정성헌
전국과학교사모임 회장, 과학을 좋아하는 사람들 대표. 현재 예천 감천중학교에서 수석교사로 재직 중이며, 한국과학재단 주최 제6회 올해의 과학 교사상을 받았다. 일본물리학회, 한국물리학회에서 다수의 과학 논문을 발표하였으며, 일본물리학회에서 우수논문상을 수상한 바 있다.아이들에게 신나는 과학을 가르치기 위해 융합인재교육(STEAM) 리더스쿨과 교사연구회를 운영하고 있으며, 경북과학축전, 안동길거리과학마당 등 전국의 각종 과학축전 행사를 기획 진행하고 있다.

▣ 주요 목차

머리말 5
감수의 글 8

재밌어서 밤새 읽는 소립자 이야기
힉스 입자는 ‘입자’가 아니다?! 14
‘소립자 연구’란? 25
전 세계가 함께 만든 초거대 실험 장치 39
물질을 만드는 소립자 - 쿼크와 렙톤 48
힘을 전달하는 소립자 - 글루온, 광자, 위크보손 55
물질이 존재할 수 있는 이유는? 59
무게를 만들다! 힉스 입자 65
두 천재 물리학자 겔만과 파인만 70

힉스 입자와 초끈이론 이야기
소립자는 블랙홀과 같다? 80
‘양자장’은 용수철로 가득하다? 85
소립자의 세계는 상상불가?! 91
아인슈타인과 피카소의 공통항 97
힉스 입자는 어떻게 포착할까? 114
소립자는 언제나 불확정 118
소립자론의 구세주, 파인만 124
초끈이론이란? 133
초끈이론의 주역은 D-브레인 145
구체적 물질에서 추상적 개념으로 154

시공과 우주 창조 이야기
소립자와 우주 탄생 이야기 164
우리 주변에 ‘반물질’이 없는 이유 170
소립자보다도 작은 소립자?! 175
우주가 한두 개가 아니다? 181
우주론의 현재 188
시간과 공간은 사실 모호하다? 194
시공간은 뽀글뽀글 거품을 낸다 201
소립자의 스핀으로 시공간의 일그러짐을 측정하다 214

맺음말 221
참고자료 223