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보이는 세상은 실재가 아니다

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: 카를로 로벨리의 존재론적 물리학 여행

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품목정보

품목정보
발행일 2018년 04월 09일
쪽수, 무게, 크기 272쪽 | 598g | 155*233*20mm
ISBN13 9788965706205
ISBN10 8965706203

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책소개 책소개 보이기/감추기

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저자 소개 (3명)

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물리학이 열어준 창밖으로 보이는 것은 언제나 우리를 놀라게 합니다. 우리는 우주에 관해 아주 많은 것을 알아왔습니다. 수 세기가 지나는 동안 우리는 얼마나 많은 잘못된 생각을 가졌었는지를 깨닫게 되었죠. 우리는 지구가 평평하다고, 세계의 움직이지 않는 중심이라고 생각했습니다. 우주는 작고 언제나 변치 않는다고 생각했고요. 우리는 인간이 다른 동물들과는 친족 관계가 없는 별도의 종이라고 믿었습니다. 그러나 지금 쿼크, 블랙홀, 빛의 입자, 공간의 파동에 대해, 우리 몸의 모든 세포의 특이한 분자 구조에 대해 알게 되었죠. 인류는 세상이 자신의 침실과 놀이터만으로 이루어진 것이 아니라는 것을 알고서 깜짝 놀라는 자라나는 어린이와 같습니다. 세상은 엄청나게 크고, 세상에는 발견할 거리가 수천 가지나 있으며, 처음 알던 것과 아주 다른 수많은 생각들이 있다는 것을 알고 놀란 것이죠. 우주는 다면적이며 끝이 없고, 우리는 계속해서 그 새로운 면을 만납니다. 우리가 세계에 관해서 더 많이 알아갈수록 그 다양성과 아름다움과 단순함에 더욱 놀라게 됩니다. p.9

이 책에서 다루는 것은 한창 진행 중인 연구입니다. 사물의 기본 특성에 관해서 우리가 배워가고 있는 것, 우리가 알고 있는 것, 그리고 막 이해하기 시작한 것에 대해 이야기합니다. 이 책은 일단, 오늘날 우리의 세계에 관한 이해를 정리할 수 있는 열쇠가 되는 몇 가지 아이디어들의 먼 기원에 관한 이야기로 시작합니다. 그러고는 20세기의 위대한 두 가지 발견인 아인슈타인의 일반상대성이론과 양자역학의 핵심 내용을 설명합니다. 그리고 플랑크 인공위성이 우주표준모형을 확증한 일과 세른CERN이 많은 이들이 기대했던 초대칭 입자 검출에 실패한 일처럼, 자연이 우리에게 준 최근의 신호들을 고려하면서, 오늘날 양자중력 연구에서 나타나는 오늘날의 세계상에 대해 이야기합니다. 나아가 공간의 알갱이 구조, 미시적 규모에서 시간의 사라짐, 빅뱅 물리학, 블랙홀의 열의 기원, 물리학의 토대에서 정보가 하는 역할까지 살펴볼 것입니다. p.11

이 책은 26세기 전, 밀레토스에서의 이야기로 시작합니다. 양자중력에 대한 책이 왜 그렇게 옛날 사건과 옛날 사람의 생각으로 시작하느냐고요? 공간의 양자에 대해 알고 싶어 하는 독자들은 이런 항의를 좀 접어두었으면 좋겠습니다. 아이디어가 자라나온 뿌리부터 시작하면 이해하기가 훨씬 쉽거든요. 그리고 세계를 이해하는 데 효과적이라고 밝혀진 상당수의 아이디어들은 2천 년 이상 전에 생겨났어요. 우리가 그 탄생을 잠깐 살펴보면 그 아이디어들이 더 명확해지고, 이후의 단계들이 더 간단하고 자연스럽게 이해될 겁니다.
하지만 또 다른 이유가 있습니다. 고대에 처음으로 제기된 어떤 문제들은 우리가 세계를 이해하는 데 지금도 결정적으로 중요하기 때문입니다. 공간 구조에 관한 몇몇 가장 최신 아이디어는 그때 도입된 개념과 논점을 이용합니다. 저는 이런 먼 과거의 아이디어에 관해 이야기하면서 양자중력에 핵심이 될 물음들을 꺼내놓겠습니다. 이렇게 하면 양자중력을 다룰 때에, 과학적 사고의 기원에까지 거슬러 올라가는 아이디어와 철저히 새로운 아이디어들 사이를 구별할 수 있을 겁니다. 앞으로 보게 되겠지만, 고대의 과학자들이 제기한 문제들과 아인슈타인과 양자중력이 찾아낸 해답들 사이에는 놀랍도록 가까운 연결 관계가 있습니다. p.18




그렇다면 레우키포스와 데모크리토스는 무엇을 발견했던 것일까요? 밀레토스인들은 이성을 사용해서 세계를 파악할 수 있다는 것을 이해했습니다. 다양한 자연 현상들이 단순한 무언가에서 기인하는 것이 틀림없다고 확신하고는, 바로 이 무언가가 무엇일지를 이해하려고 시도하였습니다. 만물을 이루고 있는 일종의 근본 물질을 생각해냈습니다. 밀레토스인 중 아낙시메네스Anaximenes는 이 근본 물질이 응축되거나 희박해짐으로써, 세계를 구성하는 한 원소에서 다른 원소로 바뀐다고 생각했습니다. 처음으로 물리학이 싹튼 것이었습니다. 거칠고 초보적이긴 하지만 올바른 방향이었죠. 세계의 숨은 질서를 파악하기 위해서는 어떤 발상이, 그것도 거대한 발상이, 거대한 비전이 필요했던 것입니다. 레우키포스와 데모크리토스가 바로 그런 발상을 생각해냈던 것이죠. p.24

20세기가 우리에게 남겨준 두 개의 보석인 일반상대성이론과 양자역학은 세계의 이해와 현대적 기술 개발을 위한 풍요로운 선물이었습니다. 전자로부터 중력파와 블랙홀을 연구하는 천체물리학과 우주론이 발전하였습니다. 후자는 원자물리학과 핵물리학과 소립자물리학과 응집물질물리학과 그 밖의 다양한 분야의 기초가 되었습니다. 하지만 이 두 이론 사이에는 삐걱거리는 부분이 있습니다. 두 이론은 서로 모순되는 것으로 보이기 때문에, 적어도 현재의 형태로는 둘 다 옳을 수는 없습니다. 중력장은 양자역학을 고려하지 않고 서, 장들이 양자화된다는 사실을 고려하지 않고서 기술됩니다. 그리고 양자역학은 시공이 휘며 아인슈타인의 방정식을 따른다는 사실을 고려하지 않고 공식화됩니다.
아침에 일반상대성이론 강의를 듣고 오후에 양자역학 강의를 듣는 대학생은 교수들이 바보들이라거나, 적어도 백 년 동안은 서로 얘기를 하지 않았다고 결론을 내릴법합니다. 그들이 세계에 관한 서로 모순되는 두 이미지를 가르치고 있기 때문이죠. 아침의 세계는 모든 것이 연속적인 굽은 시공입니다. 오후의 세계는 불연속적인 에너지 양자들이 도약하고 상호작용하는 평평한 시공입니다. p.147-148

우리는 일반상대성이론 덕분에 공간이 단단하고 고정된 상자 같은 것이 아니라 전자기장처럼 역동적인 것임을 알게 되었습니다. 우리가 들어 있는 우주는 움직이는 거대한 연체동물과도 같아서 눌려지고 비틀리고 합니다. 양자역학은 그러한 모든 장이 양자로 이루어져 있다는 것을, 즉 섬세한 입자 구조를 가지고 있다는 것을 가르쳐줍니다. 자연에 관한 이러한 두 가지 일반적인 발견으로부터 어떤 사실이 따라 나올까요?
물리적 공간도, 장이기 때문에, ‘양자로 이루어져’ 있다는 사실이 곧바로 따라 나옵니다. 다른 양자장들을 특징짓는 것과 똑같은 입자구조가 양자중력장을 특징짓고, 따라서 공간을 특징짓습니다. 그러므로 우리는 공간이 알갱이로 되어 있다고 예상합니다. 우리는 빛의 양자, 전자기장의 양자가 존재하고 기본입자가 양자장의 양자로서 존재하듯이, ‘공간의 양자’가 존재한다고 예상하는 것입니다. 그런데 공간은 중력장이므로 중력장의 양자가 ‘공간의 양자’, 즉 공간의 입자적 구성 성분인 것입니다. 따라서 루프이론의 핵심 예측은 공간이 연속적이지 않다는 것, 무한히 나눌 수 없다는 것, ‘공간의 원자들’로 이루어져 있다는 것입니다. 정말 작습니다. 가장 작은 원자핵의 10억분의 10억분의 1보다도 작죠. p.167

우리는 시간에 대해 마치 우주의 생애를 가리키는 커다란 우주적 시계가 있기라도 한듯이 생각해서는 안 됩니다. 시간을 국지적인 것으로 생각해야만 한다는 사실을 우리가 알게 된 지 한 세기도 넘었습니다. 우주의 모든 대상은 자신만의 시간 흐름을 갖고 있으며, 그 흐름은 국지적인 중력장에 의해 결정된다는 것이죠.
그러나 중력장의 양자적 본성을 고려할 때는 이 국지적 시간조차도 더 이상 제대로 작동하지 않습니다. 양자 사건들은 아주 작은 규모에서는 시간의 흐름에 따라 순서를 매길 수 없습니다. 어떤 의미에서는 시간이 더 이상 존재하지 않는 것이죠. 하지만 시간이 존재하지 않는다는 말이 무엇을 의미하는 걸까요? p.178

데모크리토스는 ‘사람’을 이상하게 정의합니다. “사람이란 우리 모두가 아는 것이다.”2 이는 아무 내용이 없는 어리석은 말처럼 보여 비판을 받아왔습니다만, 사실은 그렇지 않습니다. 데모크리토스 연구의 대가인 살로몬 루리아Salomon Luria는 데모크리토스가 진부한 이야기를 하고 있는 것이 아님을 지적합니다. 인간의 본질은 신체의 물리적 구조가 아니라 그가 속한 개인적, 가족적, 사회적 상호작용의 연결망에 의해서 주어집니다. 바로 이것들이 우리를 ‘만들고’ 우리를 지킵니다. ‘인간’으로서 우리는 우리에 관한 다른 이들의 앎, 우리 자신에 관한 우리의 앎, 우리에 관한 다른 이들의 앎에 관한 우리의 앎으로 이루어져 있습니다. 우리는 상호적 정보의 풍부한 연결망 속의 복합적인 매듭입니다. 이 모든 것은 아직은 이론입니다. 우리의 내적 세계를 더 잘 이해하려는 노력으로 우리가 걸어가고 있는 행로죠. 아직도 이해해야 할 것들이 많이 남아 있습니다. 마지막 장에서 그것들을 이야기하고자 합니다. p.252


--- 본문 중에서

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“우주를 둘러싼 빛나는 아이디어와 물리학자들의 장엄한 여정. 이 중요하고 매력적인 물리학의 모험은 독자를 유혹하기에 충분하다.”
- 뉴욕 타임스The New York Times
“카를로 로벨리는 물리학을 섹시한 학문으로 탈바꿈시킬 줄 아는 재주를 가졌다. 그는 스티븐 호킹 박사를 이어나갈 아이콘이다.”
- 더 타임스 매거진The Times Magazine
“물리학이 우리에게 주는 순수한 기쁨은 두 가지다. 기꺼이 틀릴 수 있다는 것, ‘보이는 세상’을 실험적으로 탐험할 수 있다는 것. 이 책은 두 가지 기쁨을 모두 선사한다.”
- 가디언The Guardian
“로벨리는 ‘보이는 것’과 ‘실재’의 차이를 자연스럽게 알려준다. 그가 우리에게 주는 지적 흥분은 전염성이 커서 우리 스스로 인간을 더욱 깊이 이해하게 만든다.“
- 퍼블리셔스 위클리Publishers Weekly
“과학을 주제로 대중적인 글을 쓰려는 사람이라면 로벨리의 책에서 영감을 얻을 수 있을 것이다. 이론과 규칙을 놓치지 않으면서 이렇게 쓸 수 있는 과학자는 드물다.”
- 커커스 리뷰Kirkus Review
“로벨리의 문장, 명확한 사고, 과학에 대한 열정을 곳곳에서 발견할 수 있어서 기쁘다. 쉽고 명쾌한 이 책을 통해 더 많은 사람들이 물리학에 대한 애정과 통찰을 갖기를 바란다.”
- 북리스트Booklist
“이 책의 미덕은 ‘정답’이 아닌 ‘질문’을 더 많이 던져준다는 것이다. 질문이 많다는 점이야말로 ‘보이는 것’이 아닌 진정한 ‘실재’를 드러내는 것이다.”
- 워싱턴 인디펜던트Washington Indipendent
“놀라운 분석, 기발한 상상, 그리고 인간 정신에 대한 경이. 로벨리는 물리학적 감각을 겸비한 시인이라 불려도 전혀 어색하지 않다. 그의 감각이 보석처럼 빛을 발하는 책이다.”
- 엔피알NPR

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