나우 시간의 물리학 (개정판)

스티븐 호킹 "시간의 역사" 20년 후,

현대 물리학은 어떻게 시간을 설명하는가

현대 물리학의 최전선, 실험물리학자 리처드 뮬러의 ‘진짜’ 시간 이야기

《나우: 시간의 물리학》은 물리학의 풀리지 않은 오랜 수수께끼인 ‘지금’의 의미와 시간의 흐름을 설명하는 책이다. 《대통령을 위한 물리학》으로 유명한 실험물리학자 리처드 뮬러는 이 퍼즐을 풀기 위해 상대성이론, 양자물리학, 빅뱅이론 등 현대 물리학이 시간에 대해 알아낸 사실들을 하나하나 검토하고, 엔트로피와 물리주의 같은 잘못 맞춰진 조각들을 제거한 후, ‘4차원 빅뱅’이라는 검증 가능한 이론을 제시한다. 이 책은 이론가가 아닌 실험물리학자가 시간에 대해 본격적으로 논한 최초의 책으로서, 현대 물리학이 시간에 대해 무엇을 알고 무엇을 모르는지를 상세히 설명한다. 뮬러는 실험을 통해 시간의 처음과 끝을 연구한 바 있다. 그는 빅뱅 후 50만 년경 아기 우주가 방출한 우주 마이크로파 배경복사를 관측함으로써 ‘시간의 처음’을 측정했고, 초신성 관측을 통해 우주의 가속 팽창을 발견함으로써 ‘시간의 끝’(빅 크런치)은 없을 것임을 밝혔다. 그는 ‘지금’을 인간의 자유의지가 행사될 수 있는 유일한 순간으로 규정함으로써 물리학뿐 아니라 철학에도 중요한 함의를 가지는 주장을 펼친다.

지은이 : 리처드 뮬러 Richard A. Muller

미국의 실험물리학자. UC 버클리 물리학과 교수. 로렌스 버클리 국립연구소(LBNL) 수석과학자.

1944년 뉴욕에서 태어났다. 컬럼비아 대학교를 거쳐 UC 버클리에서 물리학 박사학위를 받고, 1978년부터 UC 버클리 교수로 재직하고 있다. 대학원생 때 노벨상 수상자인 루이스 앨버레즈의 제자로 입자물리학 실험들을 시작해 가속질량분석기(AMS) 등을 개발했다.

이후 천체물리학으로 관심을 옮겨 우주 마이크로파 배경복사의 비등방성을 최초로 측정했으며(이 프로젝트를 계속 추진한 동료 조지 스무트는 2006년 노벨물리학상을 받았다), 초신성 실시간 탐사 프로젝트를 기획했다(이 연구를 이어받은 제자 솔 펄머터는 우주의 가속 팽창과 암흑에너지를 발견해 2011년 노벨물리학상을 수상했다).

지구물리학에도 관심을 갖고 지구자기장 역전, 빙하 주기, 운석 충돌과 생물 멸종 등을 연구했으며, 특히 딸 엘리자베스와 함께 비영리단체 ‘버클리 지구’를 설립하여 지표면 온도의 장기 기록을 분석함으로써 지구온난화의 증거를 검토했다. 2011년 미 의회 과학기술위원회에 출석해 “데이터가 전반적인 지구온난화 경향을 보여주며, 인간이 거의 전적인 원인”이라는 유명한 증언을 했다.

미 국방부 과학자문단(JASON)의 일원으로 활동했으며, 다양한 물리학 분야에서 중요한 발견과 발명을 이끈 독창적이고 혁신적인 연구들을 한 공로로 앨런 워터만 상, 맥아더 펠로우십 등을 수상했다.

뮬러는 탁월한 실험과학자일 뿐 아니라 뛰어난 교사이기도 하다. 과학 비전공 학생들을 대상으로 복잡한 수식 없이 현대 물리학의 요체를 알려주는 그의 ‘미래 대통령을 위한 물리학’ 강의 시리즈는 학생들이 뽑은 최고 명강의에 선정되었고, 유튜브로 공개돼 과학 강의로는 이례적인 인기를 끌었다.

주요 저서로 《대통령을 위한 물리학》 《대통령을 위한 에너지 강의》 《리처드 뮬러의 그림으로 배우는 물리학》 《미래의 리더들을 위한 과학 입문》 등이 있다.

옮긴이 : 장종훈

카이스트 물리학과를 거쳐 동 대학원에서 레이저 광학을 전공하였고, 삼성전자에서 재직하다 현재는 네덜란드로 이주하여 ASML에서 반도체 노광장비를 설계하고 있다. 과학과 기술이 세상에 미치는 영향에 관심이 많아 지인들과 함께 토론 클럽 ‘프로젝트 스타’를 운영하였다. 옮긴 책으로는 《대통령을 위한 물리학》 《대통령을 위한 에너지 강의》 《리처드 뮬러의 그림으로 배우는 물리학》 《물리학 패러독스》 등이 있다.

옮긴이 : 강형구

서울대학교 인문대학 철학과에서 과학철학을 공부하고, 서울대학교 자연대학 과학사 및 과학철학 협동과정에서 〈라이헨바흐의 ‘구성적 공리화’-그 의의와 한계〉로 이학 석사학위를 받았다. 20세기 전반기에 활동한 논리경험주의자 한스 라이헨바흐의 과학철학을 집중적으로 연구하고 있다. 현재 국립대구과학관에서 근무하며, 박사학위 논문을 준비 중이다. 옮긴 책으로 한스 라이헨바흐의 《양자역학의 철학적 기초》 《상대성이론과 선험적 지식》 《원자와 우주》 등이 있다.

감수 이해심

충남대학교 물리학과 명예교수로 펜실베이니아대학교 물리학과에서 박사학위를 받았다. 옮긴 책으로 《살아 있는 우주》 《물리학의 문제들》 《아인슈타인이 옳았는가?》 등이 있다.

머리말

1부 시간의 놀라움

1 얽혀 있는 수수께끼

2 동심으로 돌아간 아인슈타인

3 동에 번쩍 서에 번쩍 하는 ‘지금’

4 모순과 역설

5 광속이라는 속도 제한과 허점

6 허수 시간

7 무한, 그 너머

2부 부러진 화살

8 혼란의 화살

9 엔트로피의 신비를 벗기다

10 혼란스러운 엔트로피

11 시간을 설명하다

12 있을 법하지 않은 우리 우주

13 밀려오는 우주

14 시간의 종말

15 엔트로피 버리기

16 대안적 화살들

3부 유령과도 같은 물리학

17 죽어 있으면서도 살아 있는 고양이

18 양자 유령을 간지럽히다

19 위협 받는 아인슈타인

20 시간 역행 이동이 관측되다

4부 물리학과 실재

21 물리학을 넘어서

22 나는 생각한다, 따라서 존재한다

23 자유의지

5부 지금

24 4차원 빅뱅

25 지금의 의미

부록1 상대성이론의 수학

부록2 시간과 에너지

부록3 √2가 무리수라는 것의 증명

부록4 창조

부록5 불확정성의 수학

부록6 물리학과 신

주

감사의 말

옮긴이의 말

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