친절한 우주론 (고전이론에서 포스트 아인슈타인 이론까지)

다케우치가오루

竹內薰

1960년도쿄에서태어났다.도쿄대학교이학부물리학과를졸업하고캐나다맥길(McGill)대학교대학원에서고에너지물리학박사과정을수료했다.
‘과학을쉽고재미있게소개하는과학저술가’로알려진그는‘유카와가오루’라는필명으로추리소설을쓸정도로유연한사고방식과문학적상상력을겸비하고있다.이러한그의장점은대중을위해어려운과학이론을저술할때도유감없이발휘되어과학의역사를일관되고체계적으로저술해나가는탁월한능력을보여준다.
그런만큼이번우주론을통해서도유감없이자신의장점을발휘했다.그간많은과학자들이우주론을집필했지만대개과학도나관련분야의전문가등상당한수준의지식이있어야만이해할수있는책들이대부분이었다.하지만그가쓴우주론은과학에대한기초적인상식만가지고있어도충분히이해할수있으며,복잡하고심층적인우주론의개념들을명쾌하고쉬운논리로풀어썼다.
현재과학전문저술가이자과학해설가로활동하고있으며,니혼TV‘뉴스제로(NEWSZERO)’의화요일캐스터를맡기도했다.저서로《과학은if?》,《판타스틱두뇌탐험》,《밤의물리학》,《어바웃아인슈타인》,《싸우는물리학자》,《파이만물리학을읽는다》,《루프양자중력이론입문》,《친절한양자론》,《시간론》등다수가있으며,그중《99.9%는가설》은일본에서30만부가넘는베스트셀러로기록되어있다.

편집자의글_‘시각화를통한명쾌한이해’를가장잘적용한우주론

글머리에_시각적영상을전면에내세운우주론,그흥미진진한세계로여행을떠나보자!

제1장우주론기초닦기
1-1과연우리는우주에대해얼마나알고있는가?
우주라는상자
우주론이란
우리는우주에대해어디까지알고있는가?
1-2우주론과천문학의다른점,같은점
우주론이천문학과다른점
별사이의공간은타임머신
1-3우리가관측할수있는우주의범위
혼잡한지하철역에서의이동
부딪치는전자기파는보이지않는다
1-4상상할수없을정도로작은소립자에서탄생한우주
우주는상상할수없을만큼크다
우주가탄생했을때는상상할수없을정도로작았다
양자역학의출현
1-5드디어떠나보는우주여행
망원경(현미경)의배율을바꿔서우주를실감해보자
●여기서잠깐!광속으로인간을태워보낼수는없을까?·

제2장한눈에보는우주의스펙
2-1숫자로보는우주의모습
우주를나타내는여러가지수치
밀도와압력
2-2우주의온도는과연몇도?
전자기파로우주의온도를측정한다
‘우주의맑게갬’으로직진할수있게된전자기파
2-3우주의모습은닫혀있다?평탄하다?열려있다?
우주의바깥쪽은어떤모습일까?
우주를대략적으로시각화해본다면…


제3장지금까지밝혀진우주의수수께끼
3-1점점늘어나고있는우주의나이3-2깜짝놀랄대폭발로탄생한우주
불덩어리의탄생
우주론에도‘헌법’이있다
정상우주론
3-3아주오래된우주,뜨거운용광로
누구나들어봤을우주배경복사
뜨거운용광로의흔적
3-4그래도늘어만가는수수께끼들
허블의법칙이의미하는것
이상한허블상수의단위
●여기서잠깐!우주의나이를한번계산해볼까?·
3-590억광년의저편에서오는우주의신호
우주를비추는등대
●여기서잠깐!도플러효과와적색이동
3-6우주를구성하는소립자의세계
우주의구성요소
소립자관측자료
3-7우리가아는우주는4%에불과하다
물질은어디로사라졌는가?
관측망에걸리지않는암흑물질·에너지
3-8나머지96%를이루는암흑물질의정체는?
존재하지만보이지않는다?
우주에가라앉은암흑물질의수수께끼
●여기서잠깐!뉴트리노도질량은있다
3-9우주를지배하는네가지힘
자연계에존재하는네가지의힘
힘은상변화에의해나뉘어졌다
3-10원시우주를재현하는대형입자가속기
입자가속기의원리
세계최대의입자가속기
고에너지입자가속기의충돌실험으로우주의탄생을재현한다

제4장본격적인우주탐험
4-1우주에서거리를측정해보자
삼각측량의원리
가장오래된수학지식
●여기서잠깐!계속해서개정되는별들의목록·
4-2초신성이알려주는우주의비밀
초신성은우주의등대
초신성폭발과구급차의사이렌
●여기서잠깐!초신성폭발이란?
4-3최첨단기술이집약된스바루망원경의모든것
●여기서잠깐!스바루망원경VS허블우주망원경·
4-4수많은업적을남긴허블우주망원경
●여기서잠깐!허블우주망원경이포착한오로라
4-5화성에서찾은생명의흔적
화성에생명체가존재했을까?
화성무인탐사로봇의구조
4-6우주의얼룩,그의미는?
우주배경복사를‘본다’
COBE가포착한‘얼룩’의정체
4-7우주의나이를맞춘장본인,WMAP
초기우주의모습을보여준증거영상
4-8우주도음악을연주한다?
먼저악기음색의원리부터
우주초기의밀도요동은인플레이션을통해시작되었다
4-9우주는도대체어떤모양일까?
우주의모양과온도요동의미묘한관계
●여기서잠깐!기구로우주를관측하는부메랑계획
4-10인류의거대한프로젝트,대우주지도
우주대규모구조의‘씨앗’
SDSS계획
●여기서잠깐!푸앵카레의12면체

제5장인류가생각해온우주의모습들
5-1프톨레마이오스가실수한부분
프톨레마이오스의우주체계
이심원과주전원
역행하는화성의위치
5-2오해받은코페르니쿠스의지동설
5-3천동설과지동설의절충안이있었다?
●여기서잠깐!튀코별의짝별을발견하다
5-4케플러가밝혀낸천체의하모니
케플러의법칙
반드시틀렸다고만은할수없는‘천체의하모니’사상
5-5뉴턴의중력이론에도한계는있다
만유인력의법칙

제6장아이슈타인에서시작된현대우주론
6-1에테르를찾으려는마이컬슨과몰리의노력
마이컬슨과몰리의실험
에테르는존재하지않았다
6-2시간과공간에대한기묘한이론,상대성이론
상대성원리란?
광속도불변의원리
시간은느려진다
공간도줄어든다
시간이느려지거나물건의크기가줄어드는이유
6-3시공간을바꿔놓는로렌츠·피츠제럴드변환
로렌츠·피츠제럴드의변환은시공간을변환한다
엘비스와마이클이목격한살인현장은!?
6-4마법의수식,E=mc2의의미
마법의수식이나타나다
핵분열
핵융합
6-5좀더보편적인일반상대성이론
질량·에너지의등가원리
가속도운동을하는사람은나이를먹지않는다
구불구불휘어진공간
6-6시공간이‘이끌린다’고?
렌제·티링의효과란?
인공위성의흔들림으로시공간의이끌림을증명한다
6-7우주상수,과연아인슈타인은옳았을까?
50억년전의진실
우주상수가부활한이유
6-8뻥뚫린시공간의구멍,블랙홀과웜홀
블랙홀의원리
‘대머리정리’란?
웜홀을이용해타임머신만들기
6-9아인슈타인의틀에서다시본고전우주론
우주모델의기준
고전적인우주모델의현재형
●여기서잠깐!슬픈개인사를살았던인간아인슈타인

제7장인플레이션우주론에서호킹의최신우주론까지
7-1우주의초기모습을알기위해필요한양자론
양자란무엇인가?
허수의파(동)
우주의탄생과양자적요동
7-2빅뱅이전에‘인플레이션’이있었다?
평탄성문제
지평선문제
●여기서잠깐!인플레이션을일으킨녀석,미지의소립자인플라톤
7-3시공간마저무너뜨리는무서운특이점
특이점이란무엇인가?
7-4우주탄생의지표,플랑크
공간,시간,물질은한순간에생겨났다
●여기서잠깐!플랑크의크기를계산해보자
7-5우주초기의시간은허수시간
호킹의허수시간가설이란
허수시간과양자우주론
7-6호킹이생각해낸호두우주
로켓과중력퍼텐셜
터널효과로‘중력우물’을빠져나간다
7-7결국사건의진상은‘무의세계’
우주는시간도공간도존재하지않는‘무’에서탄생했다
●여기서잠깐!우주는그밖에도많다?우주다중발생설!
7-8아인슈타인이꿈꾼대통일장이론
네가지힘을통일한다
아인슈타인도손들고말았다
7-9잃어버린반물질의수수께끼
일찍이존재했던‘반물질’
반물질이존재한다면양성자는붕괴한다

제8장양자중력이론에근거를둔새로운우주론
8-1고상한‘초끈’의세계
궁극적인의문에서출발한다
초끈의진동하모니
●여기서잠깐!고상한초끈의시공간을살펴보자
8-211차원으로시각화된브레인우주론
초끈의‘흑막’은브레인
브레인우주가충돌을반복한다
8-3우주팽창의수수께끼를푸는열쇠,제5원소
우주팽창의원인은마이너스의압력인‘퀸테센스’일까?
8-4초끈을묶어내는M이란?
초끈이론을간단한수식으로나타내면?
마술,미스터리,아니면근원
8-5시공간을소멸시키는루프양자중력
우주는노드와링크로이루어져있다
모든것은시공간의거품
●여기서잠깐!감마선버스트로루프양자중력이론을검증한다
8-6팽창의끝,우주의종말
우주는블랙홀투성이가된다?
우주는언젠가다시수축해100억년후면사라질것이다
●여기서잠깐!거대수이론과인간중심원리

부록

시시콜콜묻고답하는우주론Q&A

우주론을더깊이알고싶은이들을위한엄선도서

우주론관련주요웹사이트

●저자다케우치가오루(竹內薰)는일본대중들에게과학의역사와어려운과학이론을일관되고체계적으로저술,과학을쉽고재미있게소개하는전문과학작가이며과학해설가로활동하고있다.‘유카와가오루’라는필명으로추리소설을쓸정도로유연한사고방식과문학적상상력을겸비한탁월한능력자로다수의책들을출간하여베스트셀러를기록하는등많은독자들로부터사랑을받고있다.

●그동안발간된‘우주론’에관한책들은대개과학도나관련분야의전문가등상당한수준의지식이있어야이해할수있었지만《친절한우주론》은이제까지나온우주론관련서적중에서우주의다양한모습의칼러화보과사진,그림,도표를가장많이활용한책이다.거의모든이론을설명할때그림으로이해를돕고복잡한수학적연산은그래프와도표를활용해설명한다.

●심층적인우주론의역사와개념들을명쾌하고쉬운논리로풀어썼다.체계적이고일관되게서술하고핵심주제도잘정리하여과학에대한기초적인상식만가지고있어도충분히이해할수있도록저술한‘대중우주론’이다.과학도는물론일반교양과과학에흥미가있는대중들에게충분히권할만하다.

●‘고전이론에서포스트아인슈타인이론까지’프톨레마이오스의천동설과코페르니쿠스의지동설에서시작한고전우주론은물론아이슈타인의현대우주론,이어스티븐호킹의우주론까지각각의우주론을드라마틱한방식으로서술하고있다.특히이가운데‘인플레이션우주론’,‘브레인우주론’,‘초끈우주론’등각각가지를쳐나가는세부우주론까지포괄적으로다루고있다.

●과학서적에서무엇보다중요한것은개념의이해이다.특히우주론의경우,우주라는워낙커다란대상을다룬다는점에서과학적개념에대한적절한이해없이는해독자체가힘든경우가많다.《친절한우주론》에서는‘허수시간’,‘대통일장이론’,‘상대성이론’,‘루프양자중력’,‘특이점’,‘블랙홀과웜홀’,‘우주배경복사’등우주론에반드시필요한개념들을이해하기쉽게설명해놓았다.