우주에는무엇이있으며,어떤법칙을따라그렇게존재하는가?
시공간의성질부터물질과에너지,복잡성,상보성,그리고최전선에서탐구중인미스터리까지,
생각보다크고풍부하고이상한세계에관한10가지심오한통찰
★2004년노벨물리학상수상★14개언어계약★아마존베스트셀러
이시대가장뛰어난물리학자중한명인프랭크윌첵이,이세계가무엇이며어떻게작동하는지에관하여우리가반드시알아야할필수적인개념들을소개한다.기본적인질문과사실,사색을종합하여우주에대한우리의이해를형성하는아이디어들,즉시간,공간,물질,에너지,복잡성,상보성등을탐구한다.과학의역사를되짚으면서우리가무엇을알고있으며이를어떻게알게되었는지살펴보는한편,현대과학의한계선까지찾아가우리가곧발견하게될것들을살짝보여주기도한다.
대가다운명징한이해,개념전반을높은곳에서조망하는폭넓은시야,그런눈에포착된원리들에관한독창적인설명,그리고전염성이있는기쁨까지,윌첵의목소리를따라가는동안독자는그간알던것보다세계가훨씬크고,풍부하고,이상하다는점을알게되며,동시에이런우주를이해하는인간의지성과상상력에도경탄하게된다.세계와마음을확장시켜주는이여행을마치고나면,이후바라보게되는세계는전과같지않을것이다.
살아있는최고의물리학자의물리적우주관강의
프랭크윌첵은박사과정시절의연구로데이비드그로스,데이비드폴리처와함께2004년에노벨물리학상을받았다.멀어질수록서로간의힘이증가하고극히가까워지면서로를느끼지못하는쿼크들의기이한거동을설명하는새로운이론적접근을시도한“원자핵의강력이론에서점근적자유성을발견한공로”때문이었다.20대초반의연구로노벨상을수상했으니대단한행운아라고할수있지만,거기서머물지않고이후로도중요하고도창의적인아이디어를다수제시하며물리학계를풍성하게만들었다.1977년에그가이름을붙인입자‘액시온’은유력한암흑물질후보로현재세계여러연구팀이추적하고있으며,2012년에제안한‘시간결정(TimeCrystal)’은이후복수의연구팀에의해실제로관찰되어그존재가확인되기도했다.그가도입한메모리를지닌준입자‘애니온’은마이크로소프트사의양자컴퓨터개발에활용되고있다.물리학분야의이런성취외에도철학,예술,미래기술등다양한분야에대한관심을반영해글쓰기에도열의를보이고있는데,〈월스트리트저널〉에매월“윌첵의우주”를연재하고있고,〈피직스투데이〉〈노바〉〈콴타매거진〉에도많은글을기고했다.
노벨물리학상수상자가직접쓴흔치않은대중서인이책에는이처럼일급물리학자이자긴시간다방면에관심을갖고글을써온저술가로서윌첵의매력이잘드러나있다.전문분야인이론물리학뿐아니라천문학과우주론,생물학,기술의미래,예술,인간의도덕성까지,전형적인학문과분야의경계를끊임없이넘어서며이야기의실타래를풀어가는데,이를통해독자는현대과학이알아낸물리적사실들에대한수준높은이해를경험함은물론,우주와인간존재에대한사색에도동참하게된다.
현대물리학은무엇을,어떻게아는가?곧발견하게될것들은?
서문에서밝힌대로이책은그가만난수많은사람들,즉“물리적세계를궁금해하고현대물리학이알려주는것을배우고싶어하는...지성이있지만지식은없는”대중의요구에부응해“현대물리학의중심적인메시지를최대한단순하게,그러면서도정확성은양보하지않으면서”전달하려는노력의산물이다.10개의원리를선택해각장에서하나씩설명하고,미래의발전에대한전망과추측도덧붙였다.고대그리스의기하학부터오늘날의최첨단과학연구현장까지,빅뱅부터우주의먼미래까지,기본입자부터암흑에너지까지,물질의진화부터인간의사유능력까지두루탐사하며,이우주에무엇이있으며,왜그렇게되었는지를살펴본다.
크고넓고,138억년이라는긴역사를지닌우주를몇안되는구성성분들이놀랍도록균일하게채우고있으며,이것들은몇안되는물리법칙에따라작동하고있다.이를설명하면서저자는우주의시작점으로,먼미래로독자를데려가기도하고,천체와생명,인간사회와문화,예술을만들어낸복잡성에대해간결하지만우아한스케치를보여주기도한다.현미경과망원경,분광학이가능하게한발견부터LHC를통한힉스입자검출,LIGO의중력파검출까지,물리세계에대한인간의지각이어떻게확장되어왔고어디까지확장될수있는지보여주기도한다.
많은이론과개념이등장하지만이를그저쉽고재미있게알려주는것을의도하기보다는배경과큰그림속에서어떤의미인지를설명하고,공인된이론을설명하는데그치지않고자신의사색,상상,전망을제시하는것이특징이다.예를들어,3장에서는기본입자들의성질,질량/전하/스핀에대한상당히깊이있는설명을보여주는데,이에그치지않고,‘준입자’나‘스마트물질’등미래에더많은발견이이루어질주제들을소개한다.수학도였던자신이어쩌다가이론물리를하게되었는지,새로운입자에왜‘액시온’이란이름을붙이게되었는지와같은,윌첵자신의개인적인이야기도이따금덧붙여독자의관심을끈다.
생각보다크고풍부하고이상한세계에관한주요아이디어들
“이책은현대물리학과우주를가장넓은전망으로일반독자들에게설명한다.일반독자들뿐만아니라모든수준의독자들이이책을읽으면저마다얻는바가있을것이다.어쩌면이주제에대해알면알수록더많은것을얻을수있을것이다.우주전체와물리학전체를다루면서도분량이아주많지는않다.우주에는어떤것들이존재하고그존재들은어떤법칙을따르는지,이원리와법칙들이지금우리가보는우주의구조에어떤역할을하고있는지등에관해설명한다.이책은물리학의세밀한부분을자세히설명하지않지만,일반상대성이론이왜나와야했는지,어떤전제로부터나왔는지에대해알려준다.힉스입자의탐지,중력파탐지가어떤의미가있는지에대해서도알수있다.빅뱅우주론이안고있는문제,표준모형(저자는‘코어’라고부른다)에대한간략한설명,그것을개선하는것이얼마나어려운지와그전망등을알려준다.”(옮긴이의글에서)책에등장하는흥미로운아이디어를본문과옮긴이의글에서추려몇가지만소개해보면다음과같다.
시공간도물질의한형태이다(71-73쪽)
아인슈타인의일반상대성이론에따르면공간은일종의물질이다.휘기도하고움직이기도한다.일반상대성과양자역학을모두고려한계산에따르면공간은끊임없이요동치는젤리와같다.공간은엄청난수의동일한단위인‘공간입자’로이루어지고,각각의공간입자는여러이웃들과접촉하며,메시지를교환하고,합쳐지거나쪼개지고,탄생하고사라지는것일수있다.
우주에는국소성이중요한역할을한다(103-111쪽)
어떤물체에서바로다음에일어나는일은그물체의지금바로근처의조건에만의존한다.이것이국소성이다.덕분에법칙을공식화할때우리는우주전체나역사전체를고려할필요가없다.지금여기에대해서만적절하게주의를기울이면모든관계되는조건을제어할수있다.멀리있는숟가락을휠수있는초능력자가원자시계의진동수를살짝바꾸는것은결코할수없다.숟가락을휘는에너지의아주일부만있어도가능한일인데도말이다.국소성의원리가성립하기때문이다.
입자보다장을더중요하게받아들여야한다(144-155쪽)
과거에‘장(field)’은입자를보완하는부가적인성분으로여겨졌으나,20세기를지나는동안입자의자리를넘겨받았다.오늘날우리는더심오하고완전한실재가숨어있고,입자는그모습이드러난것이라고이해한다.입자는장의아바타이다.모든광자가똑같은이유는동일한보편적장이교란된결과로입자가만들어지기때문이다.장과입자는동일한실재의두측면이라고할수있다.한마디로,양자장이지배한다.
우주의시간뿐아니라우리내부의시간도풍부하다(90-91쪽)
138억년이라는우주의역사를생각하면인생은찰나와같다.하지만가만생각해보면인간의한평생은충분히긴시간이다.100년이라는시간은우리가1천억개의장면을처리하고,10억개의생각을하기에충분한시간이다.우리는한사람의것이라고하기엔너무나크고놀라운일들을성취한천재들을보고감탄하며어느시간에그많은일을할수있었는지의아해하지만,우리모두가이렇게풍부한시간을갖고있다.
가장평범하고단순한것이가장심오하다(69-70,231-241쪽)
우주는놀랍도록균일하다.우주전체가같은물질로채워져있으며,전자는모두동일하다.거대한우주의세밀한부분까지심오한영향을주는것이바로이런단순하고평범한원리들이다.놀랍게도우주가물리학의법칙으로구축되는것,그안에서인간과같은복잡성을가진존재가나타날수있는구조가만들어지는것이모두이때문이다.
급진적보수주의가과학혁명의본질적혁신이었다(24-25쪽)
사실을존중하고자연으로부터배우는겸허함과,배운것을원래의범위를넘어가능한모든곳에적용해보는체계적인과감함,이두가지태도의결합을‘급진적보수주의’라할수있는데,이것이과학적방법의핵심적인면이다.사실을존중하고자연으로부터배우되(보수주의),이를가치있는모든곳에적용해보는(급진적)것을통해과학은최첨단을유지한다.
비록불완전하지만,우리가우주를이해한다는것은놀라운사실이다(9-10쪽)
어쩌면이모든것들중에서가장근본적인메시지는,우리가물리적인세계를매우깊이이해한다는사실자체이다.알베르트아인슈타인이말했듯이,우주를이해할수있다는사실은기적이다.
과학의눈으로세상을이해한다는것은다시태어나는것
그러면이런근본원리를배우며얻게되는유익은무엇인가?사람은아기때부터자신들의지각과환경이라는한계내에서경험을통해세계모형을만든다.이러한모형은일상을살아가는데는확실히유용하지만,현대과학은물리세계가이러한모형과는아주다르다는점을보여준다.과학은오감을넘어서는확장된지각을제공하며,그지각으로받아들인정보를재구성해야우주를더정확하게파악할수있다.이렇게새롭게보는법을배울때,우리는심오한세계를이해할수있다.저자의말에따르면세계를이렇게이해하는것은‘다시태어나는’것과도같은경험이다.
“다시태어나는과정은혼란스러울수있다.하지만롤러코스터를타는것처럼짜릿한경험이될수도있다.그리고이과정은선물을가져다준다.과학으로다시태어난사람들에게세계는신선하고,명쾌하고,놀랍도록풍부해보인다.”_19쪽
<추천사>
이책은심오한아이디어를다루며,공상으로흐르지않는다.건조한사실목록이아닌심대한원리들을가르쳐준다.세계를이끄는과학자의마음속으로들어가보는건흔히얻을수있는선물이아니다.
션캐럴,《다세계》저자
윌첵은세계에서가장위대한물리학자의한사람이며,설명자로서도그러하다.명쾌하고,아름답고,계시적이다.
스티븐스트로가츠,《미적분의힘》저자
물리적실재의근본적사실들에대한우아하고매혹적인개관.
스티븐핑커,《빈서판》저자
우리주위세계의배후에는난해한수학적아름다움이숨어있으며,이것이모든자연을떠받치는근본원리의기반암이다.살아있는과학자들중프랭크윌첵만큼존재의깊은층들을드러내보여준사람은드물다.시와열정으로,윌첵은우리를물리학의최전선으로향하는숨이멎을듯한여행을안내하고,실재의토대를볼수있는우리인간이얼마나큰특권을누리는지알려준다.
폴데이비스,《침묵하는우주》저자
우리시대가장존경받는,독창적이며과감한물리학자로서윌첵의비범한지적영역을보여주는책.10개의장을읽으며독자들은이위대한정신이보여주는우주의미스터리를따라가는특권을누릴수있다.
재나레빈,《블랙홀에서살아남기》저자
어떻게현대과학이라는거대한구조물이몇안되는성분들과가정들로만이루어지는지,그러면서도(증거의본질과그것들이우리주위의세계에적용되는방식에대한)우리의사고방식에결정적으로의존하는지를보여준다.
벤키라마크리슈난,노벨화학상
