대칭과 몬스터 (현대 수학의 가장 위대한 탐구 | 고대 그리스 기하학에서 현대 끈이론까지)

대칭과 몬스터 (현대 수학의 가장 위대한 탐구 | 고대 그리스 기하학에서 현대 끈이론까지)

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Description
대칭이라는 말에서 사람들은 보통 전체를 구성하는 부분들 사이의 외적인 관계를 생각하는데, 가운데를 중심으로 각 부분들이 규칙적을 배열된 상태를 가리키기 위해 대칭이란 단어를 사용한다. 이 책에서는 대칭의 수학적 연구 방법에서부터 시작하여 몬스터에 이르기까지의 긴 이야기가 시작된다. 대칭과 관련된 모든 기본 개념들을 접하고, 최종적으로는 몬스터와 문샤인에 도달하게 될 것이다. 그 과정에서 우리는 대칭에 대해 상세히 살펴보고, 수학자들이 대칭을 이용하여 어떻게 심도 깊은 문제를 푸는지 알아볼 것이다.
‘대칭 이론’이라고 할 수 있는 ‘군론’은 현대 수학에서는 물론이거니와 현대 과학에서도 총아이다. 물리학과 화학 등에서 ‘군’의 개념은 결정적이다. 군을 말하지 않고 초끈이론을 어떻게 설명할 수 있을까? 군을 말하지 않고 결정이나 분자식을 어떻게 분류할 수 있을까? 군론의 정립은 갈루아부터 시작하였다고 하여도 과언이 아니다.
아름다움에는 패턴이 있고 패턴에는 대칭이 있다. 대칭은 아름다움의 핵심 코드이기 때문이다. 수학은 이 대칭의 아름다움을 군의 개념으로 경쾌하고 아름답게 표현하여 이성과 정신을 흡족하게 한다. 수학자들이 대칭을 이용하여 몬스터를 발견했지만 ‘몬스터’는 아직도 풀리지 않은 수수께끼로 남아있다. 아직은 아무도 그것을 완전히 이해하지 못하고 있고, 물리학과의 연결을 바라는 것은 불가능한 것으로 보고 있다. 이처럼 추상의 세계를 탐험하는 수학이 현실 세계와 맞닿는 방식은 매우 예측불가능하다.
몬스터의 모든 속성을 완전히 이해하고 규명하는 일은 우주의 구조를 밝히는 것과 같다. 이 책의 전반적인 이야기의 주제인 몬스터를 찾는 과정을 통해 몬스터가 수학 및 다른 분야와 어떤 연관성을 갖는지에 대해 독자들은 궁금증을 갖게 될 것이고, 결국에 그 일을 밝혀내는 일은 먼 훗날의 수학자들의 몫이 될 것이다.
저자

마크로난

일리노이대학시카고캠퍼스의교수로재직중이며,유니버시티칼리지런던의수학과방문교수이다.베를린과브라운슈바이크에서학생들을가르쳤으며,1980년대후반에서1990년대초반에는영국버밍엄에서수학과의메이슨교수였다.로난은경력초기에‘분류프로젝트’의주변부에서연구하였으며,이책의현시대에등장하는모든주요인물과개인적인친분이있다.그의요즘연구분야는대칭을보여주는기하적인구조로서이분야에여러편의연구논문과1989년아카데믹출판에서출간한교과서를집필하였다.수학이외에도로난은음악을매우사랑한다.그는시카고의리릭오페라에서10여편의작품에배우로서출연하였으며〈호두까기인형〉에서는무용수로출연하기도하였다.〈프린스턴수학안내서〉의공동저자134인중1인이다.

목차

저자서문ㆍㆍㆍ5
프롤로그ㆍㆍㆍ9

1.테아이테토스의정이십면체ㆍㆍㆍ15
2.갈루아:한천재의죽음ㆍㆍㆍ24
3.무리수해ㆍㆍㆍ46
4.군ㆍㆍㆍ65
5.소푸스리ㆍㆍㆍ78
6.리군과물리학ㆍㆍㆍ101
7.무한에서유한으로ㆍㆍㆍ110
8.세계대전이후ㆍㆍㆍ121
9.위클에서온사나이ㆍㆍㆍ133
10.대정리ㆍㆍㆍ151
11.판도라의상자ㆍㆍㆍ168
12.리치격자ㆍㆍㆍ188
13.피셔의몬스터ㆍㆍㆍ207
14.아틀라스ㆍㆍㆍ224
15.기괴한미스터리ㆍㆍㆍ248
16.구성ㆍㆍㆍ266
17.문샤인ㆍㆍㆍ280

주석ㆍㆍㆍ297
부록1.황금비ㆍㆍㆍ305
부록2.비트의설계ㆍㆍㆍ307
부록3.리치격자ㆍㆍㆍ309
부록4.26개의예외적인군ㆍㆍㆍ311
용어사전ㆍㆍㆍ315
찾아보기ㆍㆍㆍ317

출판사 서평

신비한달빛을좇는대칭의세계
수학은완전히이해하는것이불가능한학문이다.언제나놀라움을간직한채더깊이감추어진것이있다.수학은수학자들에게창조성을불러일으켜개개인의능력을넘어선탐구로이끌고간다.이책을통해대칭과관련된모든기본개념들을접하고,최종적으로는몬스터와문샤인에도달하게된다.수학자존콘웨이는사이먼노턴과함께몬스터와정수론사이에는비록그이유는모르지만분명한연관성이있음을확신하였다.콘웨이는이모든것에문샤인이라는이름을붙였는데,이것은그가이발견에의미가없다고생각했기때문이아니다.오히려새롭게발견한사실이논리적인과정을통해얻은결과가아니라,마치춤추는아일랜드레프러콘요정에게서신비한달빛이비추는것과같은느낌을받았기때문이다.또한,문샤인에는불법으로증류된술이란뜻도있는데,이런식의연관성이있다는것이금기를어긴것과도같아보였기때문이었다.문샤인에도달하는그과정에서대칭에대해상세히살펴보고,수학자들이대칭을이용하여어떻게심도깊은문제를푸는지알아볼수있게된다.

정리는수학에있어서혈액과같다
정리는수학의핵심이며이것이수학자들이앞으로나아가는방식이다.수학적정리중대표적인예로는‘라그랑주의정리’가있다.라그랑주는갈루아가방정식문제를해결하는데큰영향을끼친업적을제공했던수학자다.치환에대한라그랑주의연구는그의업적중매우적은부분에불과했지만그정리는매우중요했다.정리란참이라고증명된명제를뜻하며,정리없이는우리가단단한기초위에건물을세운다는확신을할수없기때문에아무것도얻을수없다.만일어떤명제가참인것처럼보여그위에우리의이론을세웠는데,나중에그명제가거짓이라고밝혀진다면그모든체계가무너지고만다.거짓된명제를참인것으로가정한것에기초하여얻은결과들은모두다시증명해야만한다.수학자들은이러한부분에매우주의깊게행동한다.중요한결과,즉여러곳에서사용되는결과는모두가만족할정도로증명되어야만한다.
라그랑주의정리로부터흥미로운질문이제기된다.이질문은이후에1845년코시에의해증명되었다.코시는수학의세계에서선구자적인역할을해왔으며광범위한분야에관심을가진수학자였다.코시는놀랄만큼생산적인수학자였으며엄청난속도로연구논문을써냈다.라그랑주와코시의연구결과에갈루아의깊은아이디어를더하여,치환군을보다일관되고체계적으로다룰필요가있었고,이것을잘처리한사람이카미유조르당이었다.그가쓴논문은30년간군론의표준참고서가되었다.

군론의기초에서시작되는몬스터의이야기
군론은무언가를보다단순한요소로분해하는것은과학에서지극히기본적인방법이고,그핵심은그구성요소를가능한한단순하게만드는단계에이르는데있다.예를들어임의의물질은분자로분해되고,이것은다시더욱단순한분자로분해되며,결국이분해과정의끝은원자수준에이르게된다.이단계에이르면중간에어떤과정으로분해하는지와는상관없이언제나같은원자들의모임을얻게된다.여기서단순군이대칭에서원자의역할을하게된다.이는문제를복잡하게만들기도하지만그만큼흥미롭기도한데,수학자들은추상화의세계로들어섬으로써이러한복잡함을피하는좋은방법을알고있다.이들은추상화된군을연구함으로써이것을실행한다.이러한군은치환이되거나운동이되거나일종의변환으로나타날수있다.그러나이것들은모두추상화하여연구할수있으며,이것이정확히몬스터가발견된방법이다.몬스터가치환군또는대칭군의형태로등장한것은아니지만분명그러한모습으로표현될수있다.군이많은다양한방법으로표현되는것은춤이여러춤꾼에의해추어지는것과같다.군을완전히추상화된방법으로다루는것은수학교과서에서나적절하지우리에겐불필요해보인다.우리는그저군을치환과같은연산들로구성된것으로생각하면된다.이연산이정확히무엇을하는지는중요하지않으며,연산이작용하는대상에따라여러다른방법으로표현될수있으며,다양한대상은군을이해하는데도움이된다.

문샤인으로향하는몬스터
몬스터와정수론사이에는이상한연관성이있다.몬스터와정수론사이의연관성,즉문샤인연관성은몬스터의존재가처음인식되었을때보다훨씬아름답고중요한군이되었다.따라서몬스터를얻는보다우아한방법이있어야한다.몬스터는자신만의세계를창조하였으며많은신비로운성질들이이수학적인세계의통일성과다양성을반영해주고있다.우리는몬스터의존재성이완전히알려지기전부터몬스터와의싸움을시작했는데,그것은이미그당시진정한아름다움이드러나기시작했기때문이다.우리는그동안일부문제를풀수있었고,다른문제들에빛을비추어실마리를얻을수있었으며,새로운문제들을추가하기도해왔다.가장큰예외적인단순군인몬스터는정수론과깊은연관성을가진것으로드러났으며,이를콘웨이는‘문샤인’이라고불렀다.이러한연관성은j-함수에서처음드러났으며콘웨이와노턴은몬스터에서여러유형의계산을통해미니j-함수의계수들을만들어낼수있었다.
수학자들은어둠속에서앞으로나아가려는자들이다.왜냐하면수학이란학문은설명하기어렵고,바빌로니아인들이2차방정식을푼때로부터4,000년이지나는동안실로다양한방식으로변해왔기때문이다.앞으로대재앙이발생하지않는한수학은수천년동안계속발전할것이고미래에도여전히풀리지않는문제와연구에영감을줄신비로움이남아있을것이다.문샤인신비자체는아직도해결되지않았다.