1.출간의의
현대물리학의핵심을한권으로!
물리학은자연계에서일어나는여러가지현상에감추어져있는법칙을찾아내어설명하는학문이다.그대상중에는우리가매일보는현상에관한것도많다.예를들면‘얼음위에서는발이미끄러지는데땅위에서는왜미끄러지지않는가?’‘힘껏던진야구공은어떤원리로날아가는가?’‘사과는땅으로떨어지는데달은왜지구로떨어지지않는가?’등등이다.
그런데물리학은우리의맨눈으로는인식하기어려운분야까지도그설명범위로한다.20세기초에등장한‘상대성이론’과‘양자론’은그러한대표적인사례이며,이들은자연계의비밀을잘설명하는이론이라할수있다.
상대성이론은물리학자아인슈타인이만들어낸시공과공간,그리고중력에관한이론이다.시공(시간과공간을하나로본것)의크기는절대적인것이아니라관측자의입장에따라서늘어나거나줄어든다는,우리의상식과는동떨어진세계의메커니즘을설명한다.
양자론은원자나전자등극미세계입자들의움직임을설명하는물리이론이다.자연계는궁극적으로원자나전자같은극미입자로이루어져있기때문에,양자론은자연계의근원에다가가는이론이라고해도좋을것이다.
그런데상대성이론과양자론은20세기초까지인류가알고있던물리지식의근본을뒤집을정도의획기적인내용이었지만,자연계의모든것을설명할수는없었다.그래서이들두가지이론을통합한‘궁극의이론’이요구되고있다.현재그중에서가장유력한후보라고일컬어지는이론은‘초끈이론’이다.
초끈이론은자연계의모든물질은약10-34m길이의‘끈’으로이루어져있다고설명하는이론이다.그리고이세계는‘10(또는11)차원’이며,우주공간전체가‘막(膜,브레인)’으로이루어져있다는등엄청나게불가사의한‘우주의모양’을예언한다.
여기에서는상대성이론·양자론·초끈이론이라는,현대물리학의근본이라고도할수있는‘3대이론’을한권으로설명한다.세가지이론의핵심내용을한권에요약한구성이다.
과연현대의물리학자들은이세계의메커니즘을어떻게밝혀왔을까?그리고최첨단이론은어떤세계를예언하는가?자연계의‘참모습’을밝히려는물리학자들의노력과연구성과,그리고앞으로의과제등을정리하는데더없이좋은기회가될것이다.
2.특장
●시간과공간은신축하며,질량은공간을휘어지게하고중력을만든다
누구에게나시간은일정하게흐르며,공간의크기도일정하다는오랜‘진리’는20세기에들어와아인슈타인의상대성이론이발표되면서그뿌리부터흔들리게되었다.우주에서일정한것은빛의속도뿐이며,빛의속도가일정해지기위해서는시간과공간의길이가관찰자의입장에따라늘어나거나줄어들수밖에없다는아인슈타인의이론은물리학의새로운문을열었다.또만유인력으로설명되던중력의실체를,질량이공간을휘어지게하며그결과로생기는것이중력이라는설명을함으로써새로운이론체계를만들어냈다.
●전자는입자인동시에파동이며,위치와속도를동시에결정하지못한다
상대성이론과쌍벽을이루는또하나의이론은양자론이다.양자론은원자,양성자,중성자,전자등미시입자의세계가어떤원리로움직이는지를설명한다.그하나의예로전자는입자의특성과파동의특성을함께가지고있으며,그위치와속도를동시에결정할수는없다는놀라운설명을한다.일상적인감각으로는받아들이기어렵지만,그렇게해석하면전자등의움직임을잘설명할수있다는점때문에양자론은널리받아들여지게되었다.우리의생활과떼놓을수없는관계가된각종전자제품이나컴퓨터의개발은물론화학,제약등다양한분야에서활약하는양자론의핵심을쉽게소개한다.
●자연계의최소단위는길이10-34m의끈이며,이세계는10차원이다
이세상모든물질은궁극적으로무엇으로이루어져있을까?분자,원자,양성자,중성자는최종적으로쿼크로이루어져있으며,전자무리와함께물질을구성한다는것이오랫동안의설명이었다.그러나초끈이론에서는이세상만물은길이10-34m의끈으로이루어졌다고말한다.또우리의세상은일상적으로보고느끼는4차원시공(공간3차원+시간1차원)이아니라10차원또는11차원의세계라고한다.그나머지차원들은어디에있으며,왜우리눈에안보이는지초끈이론의해석을들어보자.
●이모든내용을180여컷의컬러그림과전문가의쉬운해설로이해한다
백문불여일견(百聞不如一見).20세기물리학의핵심을이해하는데도딱들어맞는격언이다.언뜻난해하다고생각되는이론들이지만그핵심을180여컷의컬러그림을통해눈으로확인할수있기때문에실제로는이해하기가훨씬쉽다.여기에다해당분야전문가들의자상한해설은모든내용을‘나의것’으로만들어준다.핵심을찌르는세계최고수준의그래픽,어려울수도있는내용을누구나이해할수있도록쉽게풀어서설명하는노하우는Newton만의자랑이다.
●새로운형식의과학단행본‘뉴턴하이라이트시리즈’
‘뉴턴하이라이트시리즈’는수준높은해설과세계최고수준의그래픽으로유명한과학잡지<Newton>의기사중에서도특히뛰어난내용만을엄선해주제별로재구성한과학단행본이다.물리학,화학,생물학,지구과학,우주과학등의다양한주제의자매편80여권이절찬리에판매되고있다.
[협력자명단]
나쓰우메마코토夏梅誠/일본고에너지가속기연구기구소립자원자핵연구소강사,Ph.D.
무라타지로村田次郞/일본릿쿄(立敎)대학이학부교수,이학박사
무코야마신지向山信治/일본도쿄대학카블리수물연휴우주연구기구특임부교수,이학박사
미오노리카쓰三尾典克/일본도쿄대학대학원공학계연구과광양자과학연구센터특임교수,이학박사
브라이언그린BrianGreene/미국컬럼비아대학물리학수학교수,Ph.D.
사토가쓰히코佐藤勝彦/일본자연과학연구기구기구장,도쿄대학명예교수,이학박사
에마가즈히로江馬一弘/일본조치(上智)대학이공학부교수,공학박사
오자와마사나오小澤正直/일본나고야대학대학원정보과학연구과교수,이학박사
와다스미오和田純夫/일본도쿄대학대학원종합문화연구과전임강사,이학박사
진노우치오사무陣內修/일본도쿄공업대학대학원이공학연구과부교수,이학박사
하세가와유지長谷川祐司/오스트리아빈대학공과대학원자력연구소부교수,공학박사
하시모토고지橋本幸士/일본오사카대학대학원이학연구과교수,이학박사
호소야아키오細谷曉夫/일본도쿄공업대학대학원명예교수,이학박사
히라야마노리아키平山今明/일본도카이(東海)대학의학부의학과교수,이학박사
