우주가 정말 하나뿐일까? (최신 우주론 입문)

무라야마히토시

저자무라야마히토시는2002년에일본에서40세미만의신진이론물리학자들에게주어지는니시노미야유카와기념상을수상한소립자이론의선두주자이며기초과학분야의젊은리더중한명이다.일반독자들도쉽게이해할수있는과학서집필로대중들에게도잘알려진인기작가이기도하다.일본도쿄대학교에서소립자물리학을전공한후동대학원물리학박사학위를받았다.도호쿠대학교대학원이학연구과물리학과조수,로렌스버클리국립연구소연구원,캘리포니아대학교버클리캠퍼스물리학과조교수,준교수를거쳐현재같은대학물리학과맥애덤스(MacAdams)석좌교수다.또한도쿄대학교국제고등연구소우주의물리학과수학연구소(KavliIPMU)초대소장을역임했고현재특임교수다.

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시작하며9

1장우리가알고있는우주17
태양계는우주의일부·19|자세히본태양계·22|
생각보다빠른공전속도·26|별은무엇으로만들어져있을까?·27|
중성미자의선물·31|중성미자관측의어려움·33|
별의내부는어떻게생겼을까?·36|은하수를자세히살펴보자·37|
은하계에도블랙홀이·41|기묘한은하의회전·42|
눈에보이지않는물질·44|
은하의내부가암흑물질로가득하다고?!·45|
은하가회전한다는사실을어떻게알지?·47|
아무것도보고있지않은것이나마찬가지·49

2장암흑물질로가득찬우주53
은하단도암흑물질로가득하다·55|중력렌즈에대해·58|
스바루망원경의활약·60|은하단과은하단의충돌현장·63|
Q&A·67

3장우주의대규모구조71
우주의농담濃淡·73|빅뱅이후남은빛·75|
우주는팽창하고있다·78|우주의구성요소·79|
암흑물질과우주의시작·81|
Q&A·82
칼럼만물을만드는소립자·83

4장암흑물질의정체를찾아서87
암흑물질의후보·89|첫번째후보는겁쟁이·94|
윔프WIMP의정체·96|다른차원에서왔다고?!·98|
암흑물질의소리를찾아서·100|암흑물질탐색의과열양상·104|
빅뱅의재현·106|우주게놈계획·108|
Q&A·112
칼럼우주의나이·113

5장우주의운명117
우주의운명·119|암흑에너지·120|
초신성으로팽창속도구하기·121|계속팽창하는에너지·125|
우주가찢어진다고?·127|암흑에너지효과의생성속도·129|
초끈이론이예측하는우주의종말·130|
Q&A·131

6장다차원우주137
우주는하나가아니다·139|휘어진차원을평평하게·141|
5차원시공·143|눈에보이지않는차원·145|
여분의차원은바로우리옆에있다·147|힘의통일을향해·149|
중력은약한힘·151|중력은상호소멸하지않는다·152
중력은왜약한걸까?·154|
여분의차원으로전달되는중력이있을까?·157

7장여분의차원의존재161
여분의차원으로빠져나가는중력·163|
블랙홀은여분의차원의증거·165|
(국제)선형가속기실험·167|휘어진우주·169|
불확정적인여분차원의공간·171|존재이유-불확정성·173|
여분의차원내부의암흑물질·175
Q&A·178

8장우주가정말하나뿐일까?183
3차원샌드위치·185|우주의가지뻗기·186|
팽창을가속화하는에너지·187|이론물리학최악의예언·189|
초끈이론과블랙홀·193|접혀있는6차원공간·196|
우주가수없이많다고?·198|
Q&A·203
마치며205
찾아보기208

『우주가정말하나뿐일까?-최신우주론입문』내용
대우휴먼사이언스시리즈9권.일본대중이사랑하는이론물리학자무라야마히토시가들려주는암흑물질,암흑에너지,여분의차원,다원우주에대한이야기.
우주는알면알수록더큰수수께끼를품고있다.이책에서는우선너무나도큰우주의크기를조금이라도실감할수있도록지구에서시작해태양계,은하,은하단으로그범위를조금씩확대해나간다.그리고우리가가장먼저만나는것은암흑물질.이암흑물질이없었다면별도은하도우리도태어나지못했을것이다.더먼곳으로,즉과거로거슬러올라가면우주의팽창이가속화되어찢긴상태에있는암흑에너지를만날수있는데이것이우주의운명을쥐고있다.
그리고암흑물질을설명하기위해진지하게논의되고있는여분의차원과암흑에너지를설명하기위한다원우주.우주에는눈에보이는3차원공간외에여분의차원의공간들이존재하고,엄청나게많은우주가시행착오로인해생성되어있을지도모른다.

·암흑물질은지금이순간에도우리몸을통과하고있다?
·암흑물질은여분의차원에서온메신저일지도모른다?
·여분의차원은우리바로옆에있다?
·중력이약한이유는여분의차원으로빠져나가기때문이다?
·이대로우주가가속팽창하면우주는찢어진다?
·엄청나게많은우주가시행착오로만들어졌다?
·그중에서어쩌다잘만들어진우주에우리들이살고있는것이다?

*책속으로추가
p.147여분의차원은바로우리옆에있다
우리가살고있는우주에3차원공간과는다른방향이있다면왜지금까지몰랐을까요?가장유력한이유는3차원이외의차원은굉장히작다는것입니다.예를들어줄타기를하고있는사람이있다고가정해봅시다.그사람입장에서보면움직일수있는방향은밧줄이놓인방향밖에없습니다.즉밧줄을따라전진하느냐,후진하느냐밖에없는것입니다.이경우,‘밧줄끝에서20미터앞’이라는숫자를하나정하면장소가결정됩니다.밧줄타기를하는사람에게공간적차원은하나뿐입니다.즉이사람은1차원의세계에있는것입니다.
그렇다면밧줄위는정말로1차원일까요?만약,이밧줄위에개미가있다면어떨까요?개미는몸집이작기때문에밧줄을따라움직일뿐만아니라밧줄지름방향으로뱅글뱅글돌수도있습니다.따라서개미입장에서보면밧줄위는2차원공간이되는것입니다.사람에게밧줄의두께는너무가늘어그방향으로움직일수있는차원이있다는걸느낄수없지만,개미는2차원이라고느낄수있습니다.
즉사람의눈에는어느정도큰것만보이므로3차원공간밖에보이지않는것입니다.현미경같은미시적시점에서보면다른차원이보일지도모른다는게기본적인생각입니다.