우주의 수학 (케플러와 뉴턴, 아인슈타인 방정식에 담긴 우주를 읽고 푸는 법)

우주의 수학 (케플러와 뉴턴, 아인슈타인 방정식에 담긴 우주를 읽고 푸는 법)

$18.50
Description
수학은 우주의 모든 것을 설명할 수 있을까? 전체 우주를 지배하는 수학적 법칙이 있을까? 수학과 우주는 어떤 관계일까? 수학은 발명일까, 발견일까?
도쿄대학교 스토 야스시 교수는 우주의 구조와 은하의 진화를 연구하는, 전 세계 우주론을 대표하는 학자이다. 저자는 《우주의 수학》에서 우리 우주가 수학적 법칙에 의해 지배된다는 놀라운 사실을 독자에게 보여준다. 우주의 법칙은 수학을 통해 놀라울 정도로 구체적으로 우주를 표현한다. 행성의 운동과 물체의 운동을 정확하게 설명한 케플러 법칙과 뉴턴의 만유인력 법칙은 수학 방정식으로 표현된다. 아인슈타인의 방정식 E=mc2에는, 원자핵 같은 아주 작은 세계부터 드넓은 우주에서 일어나는 폭발에 이르기까지 모든 종류의 에너지 변환에 대한 지식이 들어 있다《우주의 수학》은 우리가 사는 세상을 가장 구체적이고 정확하게 표현하는, 언어로서의 수학을 소개한다. 언제부터 우주의 법칙을 수학으로 표현하게 되었는지, 왜 수학이 우리 우주를 설명하는 가장 좋은 언어인지, 과학자들은 수학을 사용해 우주의 비밀을 어떻게 읽고 쓰는지 설명한다.
그렇다고 해서 이 책이 복잡한 수학 방정식의 구체적 의미를 다룬다거나, 독자에게 수학 방정식을 이해시키는 것이 목적은 아니다. 예술 작품을 감상하듯이 수식의 아름다움을 느끼고, 누구나 이 세계를 수식으로도 표현할 수 있다는 사실을 알 수 있으면 된다.
저자

스토야스시

저자:스토야스시

1958년일본고치현에서태어났으며,현재도쿄대학교대학원이학계연구과물리학전공교수이다.도쿄대학교이학부물리학과를졸업하고,동대학원이학계연구과에서물리학전공으로박사학위를받았다.전공분야는우주물리학이며,특히우주론과태양계밖의행성에관한이론및관측연구를진행하고있다.

지은책으로《물체의크기ものの大きさ》《해석역학양자론解析力學量子論》《인생에상대성이론人生一般ニ相對論》(이상도쿄대학교출판회,국내미출간)《부자연스러운우주不自然な宇宙》(고단샤블루백스,국내미출간)등이있다.



역자:전종훈

서울대학교와일본도쿄대학교에서전자공학을공부했다.북유럽에서디자인을공부한후산업디자이너로활동하면서엔터스코리아에서일본어전문번역가로활동하고있다.옮긴책으로《처음읽는양자컴퓨터이야기》《직감하는양자역학》《청소년을위한인공지능해부도감》《AI시대,문과생은이렇게일합니다》《비행기역학교과서》《선박구조교과서》《비행기구조교과서》등이있다.



감수:강성주

우주이야기들려주길좋아하는천체물리학박사이자과학커뮤니케이터이다.미국텍사스대학교오스틴캠퍼스UniversityofTexasatAustin물리학과·천문학과를졸업했으며,아이오와주립대학교IowaStateUniversity에서천체물리학박사학위를받았다.이후한국천문연구원선임연구원2015~2020과국립과천과학관기상연구사2021~2023를지냈다.현재과학전문유튜브채널〈안될과학〉의연구원으로활동하고있다.2023년한국과학기자협회에서선정한과학커뮤니케이터상을받았다.

목차

감수자의글
들어가며

1장이책에나오는수식을즐기는법
낯선수식에익숙해지기
느껴봐요,수식의아름다움!
무질서속에숨어있는숫자의조화로운규칙
라마누잔,수학천재의세계
수식은어떻게자연의신비를풀어낼까

2장세계를지배하는법칙
법칙과법률은다르다
법칙을발견하는과정
떨어지는사과와지구의공전은같은현상
사회에꼭필요한미분방정식
기본적인질문에대한답변①만유인력법칙이란
우주를아우르는아인슈타인방정식
기본적인질문에대한답변②수식으로우주를아우른다는것은
무슨뜻일까
점술가와과학자의차이
법칙은세계의반영일까아니면그이상일까
법칙은우주어디에숨어있을까
기본적인질문에대한답변③수학은무엇이든지설명할수있을까

3장우주관의변화:뉴턴이론의발전
고대철학자들이상상한아름다운우주
기본적인질문에대한답변④망원경이없던시대에어떻게행성의
순서를알았을까
우주는꼭아름다워야만할까
뉴턴의법칙이틀릴리없다는확신
상상속행성벌컨
뉴턴의법칙이설명하는우주의운동
우리의지성은아직네안데르탈인수준에머물러있을지도모른다
기본적인질문에대한답변⑤과학자는왜아름다움에집착할까
행성X와명왕성

4장일반상대성이론은우주의질서를모두설명할수있을까
아인슈타인은상대성이론을발명한것일까,발견한것일까
수학,세계를기술하는언어
일식으로검증된일반상대성이론
상대성이론의행운
기본적인질문에대한답변⑥공간이휘어진다는것은어떤의미일까
아인슈타인인생최대의실수
기본적인질문에대한답변⑦우주상수와중력은어떤관계일까
버려졌던아인슈타인의우주상수
조지가모가남긴일화
복잡한일반상대성이론의간단한핵심
기본적인질문에대한답변⑧아인슈타인과허블의경쟁

5장우주에서가장오래된고문서의암호수학으로풀다
빅뱅은대폭발도아니고우주탄생의시작도아니다
우주전역에서동시에일어난빅뱅
우주의지평선을넘어서
기본적인질문에대한답변⑨우주는언제어떻게탄생했을까
우주에서가장오래된빛
우주에서오는수수께끼의잡음
우주의과거를밝히는CMB
은하계전체모습을보고싶다
지금의우주를만든아주작은차이
우주에서가장오래된고문서의암호
기본적인질문에대한답변⑩CMB의존재는어떻게알수있을까
우주를특징짓는여섯가지변수
우주는무엇으로되어있을까
기본적인질문에대한답변⑪우주와나의연결고리

6장우주를관측하는새로운도구블랙홀과중력파
공간이휘었다니
중력파로전달되는공간의왜곡
중성자별의놀라운비밀
우주에서온신호,지구밖생명이보낸걸까
쌍성펄서에서찾은중력파
일반상대성이론,블랙홀의존재를예측하다
블랙홀,수학이먼저예측한보이지않는존재
우주에서가장밝은존재
기본적인질문에대한답변⑫블랙홀속으로의여행,과연가능할까
지상에서검출한중력파
13억광년떨어진블랙홀로부터온중력파
기본적인질문에대한답변⑬지구도중력파를방출할까
물리법칙이예언하는현상은반드시일어난다
기본적인질문에대한답변⑭지구를향한원소의여정

7장법칙,수학그리고우주
법칙이우주를지배한다는증거
수학,법칙을기술하는언어
우주그자체가법칙이다
모두가사라진다음의우주는존재하는가

마치며
참고문헌

출판사 서평

우주의원리는수학이라는언어로기술되어있다
-갈릴레오갈릴레이

자연과학에서수학의뛰어난효용성은합리적으로설명하기어렵다
-유진위그너

수학이물리적실재와이토록잘맞아떨어지는것은무엇을의미하는가
-알베르트아인슈타인

우주의법칙,
법칙의언어

멀리던진공의궤적이나태양주위를도는행성들의움직임같은현상들을일정시간동안측정해서나열하면방대한수치데이터가만들어진다.그데이터를자세히들여다보면어떤규칙성이존재한다는걸알수있다.그러나아무리데이터가쌓인다한들규칙성을찾지못하면쓸모가없다.우리는데이터속에서어떤현상의법칙을찾아내고,이법칙은수학방정식으로표현된다.이것이데이터와법칙,수학사이의관계다.

『우주의수학』에서말하는법칙이란주로자연계의기본적인물리법칙을의미한다.법칙이모든곳과모든시간에예외없이적용되는보편성을가질수록‘최종법칙’에가까워지고,우리는언제나최종법칙을발견하려고한다.

요하네스케플러는튀코브라헤가쌓아놓은방대한데이터를분석해행성의운동에관한케플러법칙을발견했다.아이작뉴턴은케플러법칙에서한발더나아가행성운동의원인까지밝혀냈고,우주의운동을더보편적으로설명했다.뉴턴에따르면,전혀연관성이없어보이는지구가태양주위를공전하는현상과나무에서사과가떨어지는현상이본질적으로같다.그런데일반상대성이론은뉴턴의법칙보다더근원적인이론이다.오늘날일반상대성이론이타당성을인정받는이유는우주적규모안에서일어나는천체현상을정확하게설명할수있기때문이다.

『우주의수학』은물리법칙이이미존재하고있던사실을발견하는것에불과하다고말한다.세계가물리법칙을따르고있다는것을아인슈타인이일반상대성이론을통해‘발견’한것이지,아인슈타인이‘발명’한이후에세계가일반상대성이론을따른것은아니기때문이다.

우주의법칙을수학으로풀어내기위한
끊임없는도전과탐구

이세계는다양한물질로이루어져있으며,그움직임의이유와현상을설명하는학문이과학이다.이모든것은수학적법칙에따라작동한다는사실도밝혀졌다.『우주의수학』에는이를증명하는사례들이그림과함께풍부하게담겨있다.

독일천문학자요한고트프리트갈레는뉴턴의법칙에근거해프랑스천문학자위르벵르베리에와영국천문학자존카우치애덤스가예측했던해왕성을발견했다.일반상대성이론이예측한현상중에태양근처를지나는빛의경로가휘어지는현상은영국의천체물리학자아서에딩턴이일식을이용해확인했다.미국의물리학자아노펜지어스와로버트윌슨은조지가모가예언한우주마이크로파배경복사,즉CMB를발견했다.우주전역에서쏟아지는가장오래된빛인CMB는우주초기의귀중한정보원으로중요한연구대상이다.CMB에담긴정보를해독하기위해과학자들은우주관측데이터에수학을적용해서초기우주에대한정보를알아냈다.여기서얻은많은정보는우주자체에수학이라는언어로기록되어있다.

‘우주의수학’이란
가장보편적인언어

도쿄대학교스토야스시교수는우주의구조와은하의진화를연구하는,전세계우주론을대표하는학자이다.저자는『우주의수학』을통해이세계와우주가어떠한특정법칙에의해지배된다는사실을알려준다.놀랍게도우리는그법칙을수학을통해구체적으로표현할수있다.이를테면아인슈타인의방정식E=mc2에는원자핵같은아주작은세계부터드넓은우주에서일어나는폭발에이르기까지모든종류의에너지변환에대한지식이들어있다.

이책은복잡한수학방정식의구체적의미를다룬다거나,독자에게수학방정식을이해시키려고하지않는다.예술작품을감상하듯이수식의아름다움을느끼고,누구나이세계를수식으로도표현할수있다는사실을알수있도록안내한다.

더불어다양한우주론에대해서도소개한다.1960년대초까지는우주는팽창하지만,시간이흘러도우주의밀도는변하지않는다는정상우주론이우세했다.저자는정상우주론이우세했던상황을확바꾼빅뱅이론에대한오해를과학적설명으로풀어준다.조지가모가처음제안한빅뱅은대폭발이아니고,빅뱅으로우주가탄생했다는관점도옳지않다.빅뱅은우주탄생직후의고온?고밀도상태를가리키며,어느한곳이아니라우주전역에서동시에일어났다.이책에서는줄곧우주가믿기어려울정도로수학적법칙을따른다는것을여러사례를통해소개한다.독자들은우주와법칙그리고수학사이의놀라운연결을이해하고,이들관계의신비로움을즐기면서생각해볼수있을것이다.