시간은 되돌릴 수 있을까 : 스티븐 호킹의 마지막 제자에게 듣는 교양 물리학 수업

다카미즈유이치

저자:다카미즈유이치高水裕一

시간과우주의비밀을탐구하는물리학자.2013년부터영국케임브리지대학교응용수학및이론물리학과이론우주론센터에서스티븐호킹박사의가르침을받은그의마지막제자다.호킹박사가배출한걸출한물리학자가운데한사람으로양자중력이론연구분야에서주목받고있다.2016년부터현재까지일본쓰쿠바대학교계산과학연구센터소속연구원이자우주론전문가로활동하며기계학습을이용한의학물리학연구에전념하고있다.

와세다대학교이공학부물리학과를졸업하고,동대학원에서이학박사학위를취득했다.2009년도쿄대학교이학계연구과빅뱅센터특임연구원을거쳐,2012년교토대학교기초물리학연구소PD특별연구원으로일했다.저서로《물리학자처럼영화보기》등이있다.



역자:김정환

건국대학교토목공학과를졸업하고일본외국어전문학교일한통번역과를수료했다.현재번역에이전시엔터스코리아에서출판기획및일본어전문번역가로활동하고있다.주요역서로는《세계사를바꾼화학이야기》,《무섭지만재밌어서밤새읽는감염병이야기》,《수학은어떻게무기가되는가》등이있다.



감수:김범준

성균관대학교물리학과교수.서울대학교물리학과를졸업하고,동대학원에서초전도배열에관한이론연구로박사학위를받았다.물리학자의눈으로본세상사와사람이야기에관심이많아《세상물정의물리학》,《관계의과학》,《보이지않아도존재하고있습니다》등다수의베스트셀러를냈다.유튜브채널〈범준에물리다〉를운영하며과학의즐거움을알리는커뮤니케이터역할을하고있다.

프롤로그

제1장인류,시간을자각하다
아인슈타인과스티븐호킹의공통점
모든것은달력에서시작되었다
요일은어떻게만들었을까?
시간이란대체무엇인가?
시간에는여러가지개념이있다

제2장시간의정체를밝히다
방향:시간의화살은불가역적이다
차원수:시간은왜1차원인가?
크기:일정하지않다
시간은기분나쁘다?
방정식에는시간이숨어있다
방정식은시간의방향을구별하지못한다
낙하운동도반대방향이가능할까?
시간이거꾸로흐르는세계는존재할까?
엔트로피증가의법칙이란?

제3장상대성이론과시간
빛을독재자로만든특수상대성이론
슈퍼히어로의시간은얼마나느려질까?
중력이시공을일그러뜨린다는일반상대성이론
블랙홀에빨려들어간다면?
상대성이론을이용해오래살수있을까?
인과율은미래를어디까지결정하는가?
빛의원뿔과시간의화살

제4장양자역학과시간의관계
기본적인소립자는쿼크와전자다
원소는어떻게만들까?
우리는어디에서왔는가?
소립자의터널효과
소립자의불확정성원리
미래는확률로만예언할수있다
인과율을무너뜨릴수있는가?
양자역학의기괴한성질①에너지는띄엄띄엄존재한다
양자역학의기괴한성질②관측자가상태를결정한다
시간도소립자로구성되어있을까?

제5장숙적엔트로피와의대결
영구기관을향한도전
엔트로피의탄생
볼츠만의위대한공적
맥스웰이탄생시킨도깨비
미시세계와거시세계사이에
열역학제2법칙,도깨비를쓰러뜨리다
도깨비가부활했다!
양자세계에서는시간이역행한다?

제6장시간은정말1차원일까?
고대중국에서는시공간을알고있었다
우주의온갖것을알수있는방정식
만약시간이2차원이라면?
공간은왜3차원일까?
차원수가많은세계는안정적이지않다

제7장양자중력이론과시간
자연계에는힘이네가지밖에없다
자연계의가장특이한힘,중력
전세계물리학자들의간절한소원
초끈이론이란?
루프양자중력이론이란?
두이론중어느쪽이옳은가
시간이사라졌다!
시간은무지에서탄생한다
‘아킬레우스와거북’문제의정답은?

제8장순환우주의가능성
끈에서막으로
빅뱅은브레인의충돌일까?
인플레이션우주의창세기
신에게의지할수밖에없는걸까?
순환우주의등장
우주가수축하면어떤일이벌어질까?
지금의우주가50번째우주라고?
순환우주의위기와부활

제9장시작이없는시간을찾아서
우주는조용해야한다
우주항,너란놈은!
진공에너지의수수께끼
팬텀이부활시킨순환우주
호킹의허수시간우주235
허수시간은어떻게특이점을없애는가?238
케임브리지대학교에서의추억240
신이말해주는답을듣는수학자?

제10장생명의시간,인간의시간
별의엔트로피는감소하는가?
생물의엔트로피는감소하는가?
별은생물인가?
생명에깃든또하나의시간의화살
인식으로서의시간
시간의연속성도환상일까?
미래의기억에사로잡힌사람들

제11장누가우주를봤는가
두가지시나리오
파인만도형이암시하는시간의역행
타키온은시간을역행하는가?
응축우주의또다른시나리오
블랙홀이만들어내는시간의역행
우주최대의수수께끼‘인류원리’
수수께끼를푸는열쇠는시간의역행에있다?

에필로그
찾아보기

천재물리학자스티븐호킹의마지막제자,
양자중력이론물리학자가들려주는시간의물리학

“우주는어떻게만들어졌는가?”스티븐호킹은죽는날까지이질문을파고들었다.우주처럼광대한호기심과기발한발상으로새로운이론을만들어냈던호킹.저자는영국케임브리지대학교에서연구생활을하며호킹의가르침을받은마지막제자다.호킹이배출한걸출한물리학자가운데한사람으로양자중력이론연구분야에서주목받고있다.언제나유머를잃지않았던호킹의제자답게저자는시간에관한기발하고유쾌한생각들을최신연구성과를바탕으로대담하게풀어놓는다.‘시간의시작은어디인가’‘우리는어디에서왔는가’라는근원적인질문부터‘미래의기억이존재할지모른다’‘시간이2차원이라면타임머신이가능하다’라는엉뚱한상상까지거침없이쏟아낸다.더불어스승인스티븐호킹과함께한케임브리지대학교추억을담담하고재치있게들려준다.

물리적시간부터우주의탄생까지
누구나알지만아무도모르는시간에관한모든것

자연계에는치우침없이균형을이루려는대칭성이존재한다.우리가아름답다고느끼는것들중에는좌우대칭이많다.그런데왜시간은한방향만존재할까?저자는시간의비대칭성에의문을품고시간의역행가능성을방향,차원수,크기의관점에서풀어나간다.왜시간은과거에서미래로한방향으로만흐를까?공간은3차원인데왜시간은1차원일까?시간의크기는늘어나고줄어들수있을까?상식으로여겼던시간에관한생각들을양자역학,상대성이론,엔트로피등굵직한물리학이론들을바탕으로과학적으로명쾌하게설명한다.

책에서는‘시간은되돌릴수있을까?’라는가능성을추적하기위해양자역학과이에대립하는엔트로피증가의법칙을중점적으로다룬다.엔트로피증가의법칙관점에서자연계모든물질은질서에서무질서해지는한방향의성질만가지므로시간의역행은일어날수없다.반면양자역학관점에서시간이소립자로구성되어있다고가정한다면소립자의움직임은불확정성상태이므로시간의방향과속도를결정할수없다.즉시간의역행이가능한것이다.두이론의격돌은상당히골치아프며현재도어느쪽이옳은지알수없다.이처럼눈에보이지않고실체가있는지없는지알수없는시간에관해저자는책을덮는마지막순간까지엎치락뒤치락치열한공방전을이어간다.

또한저자는최신연구를바탕으로우주탄생시나리오를그려본다.우주가시작점없이수축과팽창을반복하고있다면현재의우주는몇번째일까?현재가50번째우주라면지금겪는상황은49번째우주에서이미경험한것들이아닐까?저자는순환우주관점에서이전우주의흔적과기억이우주어딘가에보존되어있을지모른다는상상을발휘한다.

양자역학,상대성이론,엔트로피,블랙홀,순환우주
아리송한물리학개념이단번에이해되는책

지금까지많은책과강연에서물리학으로시간을설명했지만일반인이이해하기에는어려웠다.이책은일반인이교양지식으로알면좋은물리학핵심개념을‘시간은되돌릴수있을까?’라는시간이야기로엮어쉽고재밌게설명한다.기억,수명,예측,사건의인과응보,우주의탄생까지유쾌하고흥미롭게풀어낸이야기속에수백년간물리학계의기둥이되어온이론이자연스레녹아있다.저자가안내하는시간이역행하는세계에푹빠져꼬리에꼬리를무는궁금증을따라가다보면양자역학,상대성이론,엔트로피,블랙홀,순환우주까지물리학의기본이되는12가지개념이단숨에이해된다.교양과학에처음관심을둔사람에게입문서로좋고,기존과학책독자라면머릿속에물리학뼈대를확실하게잡기충분하다.