무와 유의 물리학 (수 공간 우주탄생 소립자의 무와 유)

무와 유의 물리학 (수 공간 우주탄생 소립자의 무와 유)

$18.52
Description
아무것도 없다는 것은 어떤 상태인가?
무와 유의 다양한 개념을 세계 최고 수준의 그래픽으로 이해한다!
‘아무것도 없는’ 상태라고 하면 흔히 진공을 떠올리게 된다. 하지만 물질이 전혀 없는 진공을 인위적으로 만들어 내기가 어렵기 때문에 실제로는 극히 저압의 상태를 진공이라고 규정한다. 우주 공간 역시 진공의 정도는 높지만 완전한 진공은 아니다.
반면에 숫자 0은 ‘아무것도 없음’을 나타낸다. 또 우주는 ‘공간도 시간도 없는’ 무(無)에서 탄생했다고 한다. 뿐만이 아니다. 모든 물질의 근원인 소립자는 ‘크기가 없는’ 점이라고 한다. 게다가 전자 등의 소립자는 어느 위치에 ‘있는지 없는지’를 쉽게 정할 수 없다고 한다. 이처럼 ‘무’와 ‘유’의 문제는 과학과 수학에서 아주 깊은 수수께끼를 우리에게 던져 준다.
이 책의 제1장에서는 먼저 0이란 무엇인지, 0의 발견 과정과 그 의미, 0과 무한의 문제와 함께, 절대 온도·저항·질량·크기에서 0은 어떤 상태인지를 밝힌다.
제2장에서는 원자와 같은 눈에 보이지 않는 물질의 존재를 어떻게 알게 되었는지, 그리고 양자론에서 말하는 ‘같은 물체가 동시에 여러 곳에 존재한다’는 것은 무슨 의미인지를 생각해 본다.
제3장의 주제는 ‘공간’이다. 즉 우리의 세계에 ‘무’의 공간이 존재하는가를 알아본다. 진공이란 무엇인가, 그리고 형광등·망원경·우주 공간·원자 내부의 진공 문제, 진공의 상전이와 진공 에너지 등을 다룬다.
제4장은 우주 탄생의 장이다. 우주가 무에서 탄생한다는 것은 어떤 상태이며, 어떻게 오늘날의 모습이 되었는지를 알아본다.
제5장에서는 소립자의 무와 유를 설명한다. 소립자는 크기가 0이라고도 하고, 극히 작은 끈이라고도 한다. 이 세계를 구성하는 소립자와, 우주 만물의 생성 기원도 설명할 수 있다는 초끈 이론의 내용을 정리한다.
모든 페이지에 컬러 그래픽과 전문가의 자상한 설명이 들어 있는 이 책을 통해, ‘수’ ‘존재’ ‘공간’ ‘우주의 탄생’ ‘소립자’ 등의 분야에서 과학자와 수학자를 매료시켰던 ‘무’와 ‘유’의 세계를 분명하게 정리할 수 있을 것이다.
저자

아이뉴턴편집부

[감수·협력자명단]
나쓰우메마코토夏梅誠/일본고에너지가속기연구기구소립자원자핵연구소이론센터연구기관강사,Ph.D.
마에다게이이치前田惠一/일본와세다대학이공학술원교수,이학박사
무라타지로村田次郞/일본릿쿄(立敎)대학이학부교수,이학박사
무코야마신지向山信治/일본교토대학기초물리학연구소교수,이학박사
사사키미사오佐佐木節/일본교토대학기초물리학연구소소장,교수,이학박사
스에쓰구유스케末次祐介/일본고에너지가속기연구기구가속기연구시설가속기제3연구계교수,이학박사
아다치노리오足立恒雄/일본와세다대학명예교수,이학박사
에자와히로시江澤洋/일본가쿠슈인(學習院)대학명예교수
오쿠다유이치奧田雄一/일본도쿄공업대학명예교수,공학박사
와다스미오和田純夫/전일본도쿄대학전임강사,세이케이(成蹊)대학비상근강사,이학박사
유모토모토시게湯本雅惠/일본도쿄도시(都市)대학부학장,공학박사
이에마사노리家正則/일본국립천문대명예교수,동TMT추진실TMT계획일본대표,이학박사
지바다케시千葉剛/일본니혼대학문리학부물리학과교수,이학박사
진노우치오사무陣內修/일본도쿄공업대학대학원이공학연구과부교수,이학박사
하야시다카오林隆夫/일본도시샤(同志社)대학명예교수,Ph.D.
후지이게이스케藤井惠介/일본고에너지가속기연구기구소립자원자핵연구소ILC그룹부교수,이학박사

목차

제1장수(數)의‘무’와‘유’

0이란무엇인가?/고대문명의0①~②/0의발견/0과무한①~③/미분과적분/절대온도0°/저항0/질량0/크기0/겉보기속도0

제2장존재의‘무’와‘유’

원자의존재/파동과입자의양면성①~④/원자속전자의궤도①~②/상태의공존/코펜하겐해석①~②/슈뢰딩거방정식/코펜하겐해석과‘관측’/다중세계해석

제3장공간의‘무’와‘유’

진공이란무엇인가?/형광등의진공/스바루망원경의진공/우주공간의진공/원자속의진공/가속기의실험/소립자의쌍생성·쌍소멸/불확정성원리/카시미르효과/‘장(場)’의개념/장(場)의양자론/힉스장/진공의상전이/진공에너지/‘무의공간’의모습

제4장우주탄생의‘무’와‘유’

특이점/요동’에서생긴우주/터널효과/무에서태어난우주/허수시간/무경계가설/우주의역사/인플레이션과빅뱅/가속팽창/우주항/암흑에너지의성질/암흑에너지의정체/알렉산더빌렌킨박사인터뷰

제5장소립자의‘무’와‘유’

물질을만드는소립자/힘을전하는소립자/소립자의종류/네가지힘의통일/초끈이론/끈의성질/우주끈/양자중력이론/초끈이론의차원/보이지않는차원을찾는다/부모우주에서자식우주가탄생/브레인월드

출판사 서평

●0이란무엇인가?0의발견과의미,0과무한,0과미적분,절대온도0°,저항·질량·크기·0의정체등
0은신기한숫자이다.수학에서는아무것도없는것을나타낼때0을사용한다.인류가0의개념을생각해내는데는아주오랜시간이필요했다.수학자와철학자는0의매력에사로잡혔으며,0을둘러싼어려운문제와답이차례로제기되었다.0과함께제시되는무한의개념역시학자들을괴롭혔다.
0의개념이활약하는것은비단수학분야만이아니다.온도,저항,질량,크기,속도등의물리적인값이0이되면기묘한일이일어난다.이러한모든개념을알기쉽게그래픽을바탕으로설명하는것이이책의큰장점이다.

●파동과입자의양면성,전자의궤도,상태의공존,코펜하겐해석과‘관측’,다중세계해석등존재의유와무를설명
현대의우리는눈으로볼수없는작은것,예컨대원자나전자가‘존재한다’는사실을의심하지않는다.인류는볼수없는물질의존재를왜믿으며,어떤과정을거쳐그러한사실을알게되었을까?
그리고원자와같은극미의세계에서는‘같은물체가동시에여러곳에존재한다.’는불가사의한일이일어나고있다.이러한것을바탕으로한양자역학이없었다면전자공업의발전도없고,컴퓨터와인터넷,휴대전화도탄생하지못했을것이다.양자역학의핵심의하나인코펜하게해석등물체의존재에서다루어지는무와유의개념을정리한다.

●진공이란무엇인가?형광등·망원경·우주공간·원자속의진공,진공의상전이와에너지등
아무것도들어있지않은상자나방을우리는‘비었다’고생각한다.그러나인간의눈에보이지않을뿐상자나방안에는수많은공기분자가들어있다.그러면분자,원자,그리고훨씬작은소립자를제거한공간은‘무(無)’의공간이되는가?진공이란과연무엇인가?우리가생각하는진공상태에는아무것도존재하는않는가?
이와함께형광등·망원경·우주공간·원자속의진공의실체는무엇인지알아봄으로써이세계에아무것도없는‘무’의공간이존재하는지그수수께끼를풀어본다.

●무에서탄생한우주,인플레이션과빅뱅,우주의가속팽창과우주항,암흑에너지등
우주는지금계속해서가속팽창하고있다.그렇다면시간을거슬러올라가면우주는하나의점에서시작했다고볼수있다.우리우주는과연무엇에서어떻게시작된것일까?
현재가장유력한우주탄생모델에의하면,우주는‘무(無)’에서거품처럼탄생했다고한다.무는공간도시간도없는것이라고하는데과연어떤상태일까?우주는거기서부터시작해어떻게오늘날의모습이되었을까?우주가폭발적으로확대되었다는인플레이션과그직후의빅뱅,아인슈타인의우주항과암흑에너지등우주론에서거론되는무와유의개념을알아본다.

●소립자,힘의통일,초끈이론,양자중력이론,보이지않는차원,브레인월드등
모든물질을잘게분해해나가면분자,원자를거쳐결국은소립자에이른다.소립자는더이상은나눌수없는궁극의기본입자이다.물질의근원인소립자는크기가0(무)인입자라고알려져있었다.그러나최신이론인‘초끈이론’에의하면그정체는극히미세한크기를가진아주작은끈이라고한다.이작은끈의진동방식의차이가여러가지다른소립자로관측된다고한다.소립자에대한개념을바꾸는이들이론을통해,차원이나우주탄생에대한새로운사고방식까지도소개한다.

●최고품질의과학단행본―‘뉴턴하이라이트시리즈’
뛰어난그래픽과수준높은해설기사로유명한과학잡지Newton은,주제별로핵심기사만을선정해서과학단행본‘뉴턴하이라이트시리즈’로펴내고있다.[상대성이론][주기율표][인체와첨단의학][비주얼생물][미분과적분]등다양한자매도서도인기리에판매되고있다.