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단 하나의 방정식 : 궁극의 이론을 찾아서
미치오 카쿠(加? 道雄), 박병철 ㅣ 김영사 ㅣ The God Equation
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2021년 11월 29일
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292page/131*198*27/437g
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9788934959359/8934959355
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  • “나와 우주는 어떻게 존재하는가?” 가장 근본적인 질문에 답하는 ‘모든 것의 이론’ 첨단 이론물리학이 전하는 우주의 기원과 의미 이론물리학 박사, 끈 장이론의 창시자, 베스트셀러 작가, 과학 엔터테이너, 미래학자 미치오 카쿠가 여덟 살 때부터 매진해온 탐구의 결정판. 베스트셀러 과학 작가로서 마음의 가장 깊은 곳(《마음의 미래》)과 인류의 가장 먼 미래(《인류의 미래》)까지 섭렵한 이론물리학자가 자신의 전공 분야이자 여덟 살 이후 한 번도 머릿속을 떠나지 않았던 문제로 돌아와 쓴 책이다. 《단 하나의 방정식》에서 저자는 고대 그리스의 원자론에서부터 뉴턴의 고전역학, 아인슈타인의 상대성이론, 닐스 보어와 하이젠베르크 등의 양자역학을 거쳐 표준모형에 이르는 물리학의 발전사를 돌아보며 우주에 존재하는 네 가지 힘은 무엇인지, 이들은 서로 어떻게 얽혀 있는지, 그리고 이 힘들이 통일되어야 하는 과학적 근거는 무엇인지 명쾌하고 유려한 문체로 설명한다. 나아가 저자가 생각하는 ‘모든 것의 이론’의 후보인 끈이론과 M-이론을 개략적으로 살펴보고 ‘모든 것의 이론’이 갖는 철학적 의미를 함께 숙고해본다. 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 과학 전문 번역가 박병철 박사의 충실한 번역 및 주석과 함께 단 하나의 방정식을 찾으러 떠나보자.
  • “존재에 관한 사색에 잠긴 모든 사람에게 권한다.” _북리스트 ***아마존 양자이론 분야 1위*** ***뉴욕타임스 베스트셀러*** ***아마존 Editor’s Pick 베스트 논픽션*** ***세계 17개국 출간*** 나와 우주는 어떻게 존재하는가? 첨단 이론물리학이 전하는 우주의 기원과 의미 상대성이론과 양자역학을 결합하고 우주의 힘을 통합적으로 기술하여 시공간의 신비를 풀어낼 단 하나의 방정식! 《평행우주》 《마음의 미래》 미치오 카쿠가 들려주는 물리학의 성배를 찾는 여정 “궁극의 이론이 성공적으로 구축된다면 두말할 것도 없이 과학 역사상 최고의 업적으로 남을 것이다. 빅뱅에서 우주의 종말에 이르는 모든 과정이 단 하나의 방정식에서 도출된다고 상상해보라. 이 얼마나 심오하고 강력한 이론인가? 궁극의 이론은 모든 물리학자들이 꿈꾸는 물리학의 성배(聖杯)이자, ‘이 세상은 무엇으로 이루어져 있는가?’라는 질문의 해답을 찾아온 2천 년 과학사에 마지막 마침표를 찍어줄 최후의 종결자이다.”(8~9쪽) 《단 하나의 방정식》은 세계적인 이론물리학자, 끈 장이론의 창시자 미치오 카쿠가 베스트셀러 작가로서 탐색한 뇌, 우주 탐사 등 다양한 주제에서 자신의 전공 분야로 돌아와 물리학의 역사를 ‘통일 이론의 발견’이라는 측면에서 다룬 책이다. 자연에는 네 가지 기본 힘이 존재한다. 1) 전자기력-맥스웰의 방정식으로 설명할 수 있는 전자기력은 전기와 자기, 빛 등 다양한 형태로 나타난다. 2) 강한 핵력(강력)-양성자와 중성자 사이에 작용하는 강한 인력인 강력은 뜨겁게 타오르는 별에 에너지를 공급한다. 태양이 빛을 발할 수 있었던 것은 강력 덕분이니, 결국 인간은 강력으로 존재하게 된 셈이다. 3) 약한 핵력(약력)-약력은 모든 종류의 방사성 붕괴에 관여하는 힘이다. 지구의 내부가 뜨거운 이유는 그곳에서 방사성붕괴가 일어나고 있기 때문이다. 그러므로 화산폭발과 지진을 일으키는 막대한 에너지의 원천은 약력이라고 할 수 있다. 4) 중력-아인슈타인의 일반상대성이론으로 설명되는 중력은 지구를 비롯한 행성들이 공전궤도를 이탈하지 않도록 잡아두고 은하의 형태를 유지시키는 힘이다. 이 힘들의 특성이 하나씩 밝혀질 때마다 자연은 조금씩 베일을 벗었으며, 문명사회는 대대적인 과학혁명을 겪으면서 인류의 삶과 문명은 커다란 변화를 겪어왔다. 이론물리학의 최대 과제는 이 네 가지 힘을 하나로 통일하는 ‘모든 것의 이론’을 찾는 것으로, 아인슈타인이 말년에 몰두했던 문제도 바로 이것이었다. 과학자들은 그동안 약력과 전자기력을 통일해 ‘약전자기이론’을, 다시 약전자기이론과 강력을 통일해 ‘표준모형’을 제시했지만 중력만은 아무리 해도 합칠 수 없었다. 미치오 카쿠는 ‘통일 이론’을 중심으로 이론물리학의 간략한 역사를 돌아본 뒤, 양자역학(표준모형)과 상대성이론(중력)을 통일할 수 있는 이론으로 ‘끈이론’을 제시한다. 저자는 끈이론이 ‘화려한 전성기를 보낸 후 막다른 길에 놓인 상태’임을 인정하면서도, 끈이론에 대한 비관론은 오해에서 비롯되었다고 이야기하며 “이론에 대한 증거는 초대형 입자가속기에서 나오는 것이 아니라, 누군가가 이론의 수학 체계를 완성했을 때 자연스럽게 발견될 것”(238쪽)이라고 주장한다. 나아가 ‘모든 것의 이론’이 갖는 철학적 의미와 자신의 견해를 펼쳐보이고 이와 관련한 스티븐 호킹의 유명한 글로 책을 맺는다. “완벽한 이론이 발견되면 처음에는 일부 과학자들만 이해하겠지만, 시간이 흐르면 결국 모든 사람들이 이해하게 될 것이다. 그러면 ‘우주와 우리는 왜 존재하는가?’라는 심오한 토론에 철학자와 과학자뿐만 아...
  • 서문. 궁극의 이론 아인슈타인의 꿈 / 비평가들 1장. 오래된 꿈 르네상스-과학의 복귀 / 뉴턴의 힘 이론 / 대칭이란 무엇인가? / 뉴턴의 법칙을 검증하다 / 전기와 자기의 신비 / 맥스웰 방정식 / 종착점에 도달한 과학? 2장. 통일을 향한 아인슈타인의 여정 대칭의 미학 / 중력과 휘어진 공간 / 일식과 중력 / 극과 극의 두 인물(1): 뉴턴과 아인슈타인 / 통일이론을 찾아서 3장. 양자이론의 도약 양자혁명 / 전자의 파동 / 주기율표 / 디랙의 전자이론 / 파동의 실체는 무엇인가? / 두 거인의 충돌 / 슈뢰딩거의 고양이 / 태양의 에너지원 / 양자역학과 전쟁 4장. ‘거의 모든 것’의 이론 양자전기역학 / 양자혁명을 응용하다 / 생명이란 무엇인가? / 핵력 / 극과 극의 두 인물(2): 파인먼과 겔만 / 약력과 유령입자 / 양-밀스 이론 / 힉스보손-신의 입자 / 거의 모든 것의 이론 / 대형 강입자충돌기 5장. 캄캄한 우주 블랙홀의 정체 / 웜홀 / 시간여행 / 우주는 어떻게 창조되었는가? / 밤하늘은 왜 캄캄한가? / 일반상대성이론과 우주 / 빅뱅의 잔광 / 인플레이션 / 달아나는 우주 / 현상수배: 중력자 6장. 끈이론의 약진: 가능성과 문제점들 끈이론 / 10차원 / ...
  • 지구를 에워싸고 있는 거대한 구(球, sphere)를 상상해보자. 중력은 구면 위의 모든 점에서 똑같은 세기로 작용한다. 지구가 구형인 것도 바로 이런 이유 때문이다. 지구가 처음 형성되던 무렵에 중력이 지구를 균일하게 압축시켰기 때문에 구형이 된 것이다. 다른 별과 행성들도 마찬가지다. 우주 어디를 뒤져봐도 정육면체나 피라미드 모양을 한 천체는 존재하지 않는다(대부분의 소행성은 특정한 형태가 없는 부정형인데, 이것은 소행성의 중력이 너무 약해서 압력이 균일하게 작용하지 않았기 때문이다). _28 TV에 나오는 우주인들이 우주선 안에서 둥둥 떠다니는 것은 ‘지구와 너무 멀어서 중력이 사라졌기 때문’이 아니다(우주정거장이나 우주왕복선의 고도는 기껏해야 450km 이내이다. 이 정도면 서울에서 부산까지 거리밖에 안 된다. ‘우주’라는 말이 어울리지 않을 정도로 가깝다-옮긴이). 태양계 안에서 중력이 0인 곳은 존재하지 않는다. 그런데도 우주인의 몸이 둥둥 떠다니는 것은 우주선이 그들과 함께 ‘지구로 떨어지고 있기 때문’이다. _62 결국 중력이라는 힘은 실체가 아닌 환상이었다. 당신이 지금 의자에 앉아 이 책을 읽고 있다면, 당신은 ‘내 몸이 공간으로 날아가지 않는 것은 중력이 나를 의자 쪽으로 잡아당기고 있기 때문’이라고 생각할 것이다. 그러나 아인슈타인은 ‘지구의 질량이 당신 머리 위의 공간을 휘어지게 만들었고, 그로 인해 당신의 몸이 의자 쪽으로 내리 눌려지고 있기 때문에 의자에 계속 앉아 있을 수 있다’고 강변한다. _65 플랑크상수의 값을 점점 줄여서 0에 가깝게 하면 양자이론의 모든 방정식은 뉴턴의 방정식과 같아진다(h를 0으로 접근시키면 상식에서 벗어난 입자의 거동이 우리에게 친숙한 뉴턴의 운동법칙과 일치하게 된다). 일상적인 규모에서 양자효과가 눈에 보이지 않는 것은 바로 이런 이유 때문이다. 플랑크상수가 너무나도 작기 때문에, 우리의 무딘 감각으로는 뉴턴의 법칙이 옳은 것처럼 보이는 것이다. _86 슈뢰딩거의 고양이 역설은 18세기 아일랜드의 철학자이자 주교였던 조지 버클리의 질문을 연상시킨다. 울창한 숲속에서 커다란 나무가 쓰러졌는데 그것을 보거나 듣는 사람이 하나도 없다면, 과연 그 나무는 소리를 낼 것인가? 유아론자(자기중심주의자)들은 ‘소리가 나지 않는다’고 주장할 것이다. 그러나 양자역학은 한술 더 떠서 ‘숲속에 사람(관측자)이 없다면 나무는 목탄, 묘목, 땔감, 합판 등 다양한 상태가 섞인 채로 존재한다’고 주장한다. _100-101 양자이론을 아원자입자에 적용하여 커다란 성공을 거두고 잔뜩 고무된 물리학자들은 수십 년 동안 눈엣가시였던 일반상대성이론을 재검토하기 시작했다. 일반상대성이론에 양자역학을 적용하여, 표준모형과 중력을 하나로 통일한다는 원대한 꿈을 꾸게 된 것이다. 만일 이 연구가 성공한다면 표준모형과 일반상대성이론에 양자보정이 모두 가능한 이론, 즉 ‘만물의 이론’이 완성되는 셈이다. _145 아인슈타인은 세상을 떠나는 날까지 양자역학을 인정하지 않았지만 양자물리학자들은 양자이론을 일반상대성이론에 접목시키기 위해 무던히도 애를 써왔고, 그 결과 현재 상대성이론은 새로운 르네상스를 맞이하고 있다. 앞서 말한 대로 중력의 양자보정에서 나타나는 무한대를 제거하고 중력을 완전히 이해하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 그러나 물리학자들은 (중력보정을 무시한 채) 양자역학을 별에 적용하여 수많은 사실을 알아냈을 뿐만 아니라, 우주론이라는 새로운 과학의 지평을 열었다. _152 한바탕 논쟁을 벌인 후, 결국 호킹은 자신이 틀릴 수도 있음을 인정하면서 기발한 ...
  • 미치오 카쿠(加? 道雄) [저]
  • 1947년 California주 San Jose에서 태어났다. 뉴욕시립대 물리학과의 헨리 시마트(Henry Semat) 석좌교수이며, '뉴욕타임스'와 '워싱턴포스트'가 선정한 베스트셀러 '비전Vision''아인슈타인을 넘어Beyond Einstein''초공간Hyperspace'등을 집필한 과학저술가로도 널리 알려졌다. 현지 그는 국제 라디오과학 프로그램을 진두지휘하면서 틈틈이 <나이트라인><60분><굿모닝 아메리카><래리 킹 라이브> 등 TV 프로그램에 출연하여 과학의 대중화에 힘쓰고 있다. 그의 근황은 http://www.mkaku.org에서 확인할 수 있다.
  • 박병철 [저]
  • 연세대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하여 박사 학위를 받았다. 이후 약 30년 동안 대학에서 학생들을 가르치다가 지금은 번역과 저술 활동에 전념하고 있다. 번역한 책으로는 《엘러건트 유니버스》, 《평행우주》, 《페르마의 마지막 정리》, 《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》, 《마음의 미래》, 《힉스, 신의 입자 속으로》, 《뷰티풀 퀘스천》 등 과학 서적 80여 권이 있다. 번역 부문에서 2005년에 한국출판문화상을, 2016년에 미래창조과학부 장관상을 수상했고, 아시아태평양 이론물리학센터(APCTP)에서 주관하는 우수과학도서에 7회 선정되었다. 지은 책으로는 《별이 된 라이카》가 있다.
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