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품목정보
| 발행일 | 2024년 05월 03일 |
|---|---|
| 쪽수, 무게, 크기 | 332쪽 | 416g | 135*210*17mm |
| ISBN13 | 9788990247872 |
| ISBN10 | 899024787X |
무한한 가능성의 우주들
: 다중우주의 비밀을 양자역학으로 파헤치다
로라 머시니-호턴 저 / 박초월 역
|
동녘사이언스
|
2024년 05월 03일
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- 자연과학 top100 6주
- eBook
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저자 소개 (2명)
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이 책에서 나는 우주의 경이로움을 따라가며 우리의 기원에 대한 답을 찾고 광막한 우주의 가족, 다중우주의 증거를 찾는 개인적인 여정을 설명할 것이다. 지구가 우주의 중심점에 있고 태양과 달 그리고 행성들과 별들이 모두 우리의 고향을 돌고 있다는 믿음이 뒤집혔던 것처럼, 이제 우리는 우주의 중심이었던 우리우주를 그 역사적 위치에서 끌어내리고 있다. 그렇게 우리는 우리의 기원에 대한 이야기를 다시 쓰고 있다.
--- p.22
20세기에 접어들면서 미시적인 영역의 특정 현상들이 고전물리학 법칙으로 설명되지 않는다는 것이 분명해졌다. 미시 영역에서는 또 다른 원리가 작동하고 있었다. 그 원리의 주된 특징은 결정론이 아니라 곤혹스러운 불확정성이었다. 수십 년에 걸쳐 불확정성을 다루기 위해 온전한 물리학의 한 분야가 생겨났다. 그것이 바로 양자론이다.
--- p.80
양자우주에서는 에너지와 운동량(질량과 속도를 곱한 물리량) 같은 정보가 하나의 값으로 정해져 있는 게 아니라 다양한 값을 가질 수 있다. 이러한 가능성은 눈에 보이는 고전물리학 세계에서는 존재하지 않는다. 하지만 양자세계는 꿈틀거리며 퍼져나가는 파동묶음으로 이루어져 있다. 양자세계를 서술하는 최선의 방법은 양자입자가 취할 수 있는 경로의 가능성(전문용어로는 ‘확률’)을 계산하는 것이다. 우리우주는 양자적인 대상으로 시작되었기 때문에 하이젠베르크의 불확정성 원리는 원시우주일 때부터 본질적으로 그 구조에 뿌리박혀 있었다. 심지어 그 원리는 오늘날 눈에 보이는 큼지막한 고전우주에도 남아 있다.
--- p.102
바로 이것이 물리학자들이 직면한 딜레마이다. 인플레이션 우주론은 우주의 기원 이야기를 무척 매력적인 틀로 묶어 제공한다. 하지만 한 가지 가정을 전제로 한다. 우주가 절묘하게 매끄러운 작은 공간에서 높은 에너지를 갖고 미세하게 조정된 채로 시작되었다는 것이다. 그야말로 엄청난 가정이다. 왜냐하면 우주의 작동 원리에 관해 알려진 모든 것을 종합해볼 때, 엔트로피가 0에 가까운 이례적인 질서의 초기 맞춤 상태에서 우리우주가 시작되었을 가능성은 끔찍할 정도로 낮기 때문이다!
--- p.124
어떤 종류의 우주를 만들더라도 탄생 가능성이 낮다는 문제를 피할 수 없었다. 모든 모형은 실패로 끝났다. 하지만 적어도 가능성을 좁히고 무엇이 유효하지 않은지 파악하는 데는 도움이 되었다. 이 모든 사고실험의 공통점은 단일우주의 엔트로피를 비교했다는 것이다. 나는 생각했다. 사고실험이 열역학 제2법칙에 부딪혀 우주의 기원을 설명하는 데 계속 실패하는 이유는 우주가 단 하나밖에 없다는 가정 때문이 아닐까? 단일우주 가정이 문제였던 것이다. 나는 궁금했다. 물리학자들은 왜 계속 그 가정을 고수하는 걸까? 그 가정을 포기하면 어떻게 될까?
--- p.137~138
슈뢰딩거 방정식의 해는 양자입자가 다양한 경로를 따를 수 있다는 사실을 보여주었다. 입자가 어떤 경로를 선택할지는 미리 알 수 없으며 각 경로마다 고유한 발생 확률을 가진다. 여기서 양자입자가 원시우주라면 어떨까? 방정식에서 도출되는 해의 집합은 다양한 원시우주가 존재할 가능성을 의미할 것이다. 그리고 그 원시우주들은 제각기 고유한 존재 확률을 가질 것이다. 왜냐하면 파동-입자 이중성을 바탕으로 각각의 파동 해를 고유한 원시우주로 생각할 수 있기 때문이다. 이렇게 각각의 파동 해는 고유한 확률을 가진 원시우주에 해당한다. 이제부터 그 해들을 ‘파동-우주 해Wave-universe solution’라고 부르자.
--- p.148
우주의 서로 다른 출발점에 대한 나의 모든 사고실험이 엔트로피 규칙과 열역학 제2법칙 때문에 완전히 실패한 그 순간, 끈이론 경관이 출현했다. 끈이론 경관의 발견은 물리학의 획기적인 발전이 우주의 기원 문제에 동일한 답을 내린 또 하나의 사례였다. 나는 다중우주의 가능성을 더 이상 무시할 수 없다고 생각했다.
--- p.187
우리가 도출한 우리우주의 존재 가능성에 따르면, 우리우주의 기원은 특별하지도 않고 미세조정을 거치지도 않았다. 단지 밀어내는 중력과 양자요동으로 결정되는 ‘진화적 선택’ 덕분에 탄생 가능성이 높아진 것뿐이었다.
--- p.245
우리우주가 양자 다중우주의 한 부분이라는 우리의 이론은 우리의 존재와 그 너머의 존재에 대해 일관되고 모순 없는 이론을 제공한다. 그리고 모든 관측이 뒷받침하는 예측을 내놓기도 했다. 우리의 이론은 우리 기원에 관한 답이 도출될 수 있음을 보여주었다. 그리고 양자얽힘을 통해 다중우주의 존재를 과학적으로 검증할 방법도 제안했다. 그런 연유로 나는 더 광대하고 복잡하며 아름다운 우주의 존재를 믿게 되었다. 우리우주는 거대한 다중우주의 극히 작은 부분에 불과하다.
--- p.286~287
다중우주론은 어쩌면 이와 비슷한 또 다른 패러다임 전환을 일으킬지 모른다. 그럼으로써 우리가 이 세계 자체와 세계 속 우리의 위치를 생각하는 방식을 영원히 바꿔버릴 수도 있다.
--- p.22
20세기에 접어들면서 미시적인 영역의 특정 현상들이 고전물리학 법칙으로 설명되지 않는다는 것이 분명해졌다. 미시 영역에서는 또 다른 원리가 작동하고 있었다. 그 원리의 주된 특징은 결정론이 아니라 곤혹스러운 불확정성이었다. 수십 년에 걸쳐 불확정성을 다루기 위해 온전한 물리학의 한 분야가 생겨났다. 그것이 바로 양자론이다.
--- p.80
양자우주에서는 에너지와 운동량(질량과 속도를 곱한 물리량) 같은 정보가 하나의 값으로 정해져 있는 게 아니라 다양한 값을 가질 수 있다. 이러한 가능성은 눈에 보이는 고전물리학 세계에서는 존재하지 않는다. 하지만 양자세계는 꿈틀거리며 퍼져나가는 파동묶음으로 이루어져 있다. 양자세계를 서술하는 최선의 방법은 양자입자가 취할 수 있는 경로의 가능성(전문용어로는 ‘확률’)을 계산하는 것이다. 우리우주는 양자적인 대상으로 시작되었기 때문에 하이젠베르크의 불확정성 원리는 원시우주일 때부터 본질적으로 그 구조에 뿌리박혀 있었다. 심지어 그 원리는 오늘날 눈에 보이는 큼지막한 고전우주에도 남아 있다.
--- p.102
바로 이것이 물리학자들이 직면한 딜레마이다. 인플레이션 우주론은 우주의 기원 이야기를 무척 매력적인 틀로 묶어 제공한다. 하지만 한 가지 가정을 전제로 한다. 우주가 절묘하게 매끄러운 작은 공간에서 높은 에너지를 갖고 미세하게 조정된 채로 시작되었다는 것이다. 그야말로 엄청난 가정이다. 왜냐하면 우주의 작동 원리에 관해 알려진 모든 것을 종합해볼 때, 엔트로피가 0에 가까운 이례적인 질서의 초기 맞춤 상태에서 우리우주가 시작되었을 가능성은 끔찍할 정도로 낮기 때문이다!
--- p.124
어떤 종류의 우주를 만들더라도 탄생 가능성이 낮다는 문제를 피할 수 없었다. 모든 모형은 실패로 끝났다. 하지만 적어도 가능성을 좁히고 무엇이 유효하지 않은지 파악하는 데는 도움이 되었다. 이 모든 사고실험의 공통점은 단일우주의 엔트로피를 비교했다는 것이다. 나는 생각했다. 사고실험이 열역학 제2법칙에 부딪혀 우주의 기원을 설명하는 데 계속 실패하는 이유는 우주가 단 하나밖에 없다는 가정 때문이 아닐까? 단일우주 가정이 문제였던 것이다. 나는 궁금했다. 물리학자들은 왜 계속 그 가정을 고수하는 걸까? 그 가정을 포기하면 어떻게 될까?
--- p.137~138
슈뢰딩거 방정식의 해는 양자입자가 다양한 경로를 따를 수 있다는 사실을 보여주었다. 입자가 어떤 경로를 선택할지는 미리 알 수 없으며 각 경로마다 고유한 발생 확률을 가진다. 여기서 양자입자가 원시우주라면 어떨까? 방정식에서 도출되는 해의 집합은 다양한 원시우주가 존재할 가능성을 의미할 것이다. 그리고 그 원시우주들은 제각기 고유한 존재 확률을 가질 것이다. 왜냐하면 파동-입자 이중성을 바탕으로 각각의 파동 해를 고유한 원시우주로 생각할 수 있기 때문이다. 이렇게 각각의 파동 해는 고유한 확률을 가진 원시우주에 해당한다. 이제부터 그 해들을 ‘파동-우주 해Wave-universe solution’라고 부르자.
--- p.148
우주의 서로 다른 출발점에 대한 나의 모든 사고실험이 엔트로피 규칙과 열역학 제2법칙 때문에 완전히 실패한 그 순간, 끈이론 경관이 출현했다. 끈이론 경관의 발견은 물리학의 획기적인 발전이 우주의 기원 문제에 동일한 답을 내린 또 하나의 사례였다. 나는 다중우주의 가능성을 더 이상 무시할 수 없다고 생각했다.
--- p.187
우리가 도출한 우리우주의 존재 가능성에 따르면, 우리우주의 기원은 특별하지도 않고 미세조정을 거치지도 않았다. 단지 밀어내는 중력과 양자요동으로 결정되는 ‘진화적 선택’ 덕분에 탄생 가능성이 높아진 것뿐이었다.
--- p.245
우리우주가 양자 다중우주의 한 부분이라는 우리의 이론은 우리의 존재와 그 너머의 존재에 대해 일관되고 모순 없는 이론을 제공한다. 그리고 모든 관측이 뒷받침하는 예측을 내놓기도 했다. 우리의 이론은 우리 기원에 관한 답이 도출될 수 있음을 보여주었다. 그리고 양자얽힘을 통해 다중우주의 존재를 과학적으로 검증할 방법도 제안했다. 그런 연유로 나는 더 광대하고 복잡하며 아름다운 우주의 존재를 믿게 되었다. 우리우주는 거대한 다중우주의 극히 작은 부분에 불과하다.
--- p.286~287
다중우주론은 어쩌면 이와 비슷한 또 다른 패러다임 전환을 일으킬지 모른다. 그럼으로써 우리가 이 세계 자체와 세계 속 우리의 위치를 생각하는 방식을 영원히 바꿔버릴 수도 있다.
--- p.307
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