출판사 서평
우주 기원의 비밀에 가장 가까이 다가간 책!
아인슈타인의 상대성이론도 해결하지 못한, 현대과학 최대의 난제, 우주탄생의 순간을 밝힌다. 루프양자우주론(Loop Quantum Cosmology, LQC)을 처음 제안한 천재물리학자, 마르틴 보요발트가 그려내는 우주의 기원.
우주 탄생의 순간은 아직도 베일에 싸여있다. 아인슈타인의 일반상대성이론으로도, 부피는 없고 온도와 밀도가 무한대인 빅뱅 특이점을 설명하지 못하기 때문이다. 일반상대성이론은 우주 진화의 과정은 훌륭하게 설명하지만, 우주의 초기조건에 대해서는 상대성이론도 여전히...
우주 기원의 비밀에 가장 가까이 다가간 책!
아인슈타인의 상대성이론도 해결하지 못한, 현대과학 최대의 난제, 우주탄생의 순간을 밝힌다. 루프양자우주론(Loop Quantum Cosmology, LQC)을 처음 제안한 천재물리학자, 마르틴 보요발트가 그려내는 우주의 기원.
우주 탄생의 순간은 아직도 베일에 싸여있다. 아인슈타인의 일반상대성이론으로도, 부피는 없고 온도와 밀도가 무한대인 빅뱅 특이점을 설명하지 못하기 때문이다. 일반상대성이론은 우주 진화의 과정은 훌륭하게 설명하지만, 우주의 초기조건에 대해서는 상대성이론도 여전히 만족할 만한 설명을 내놓지 못하고 있다.
마르틴 보요발트는 루프양자중력의 반발력을 통해, 일반상대성이론이 설명하지 못하고 있는, 우주 탄생의 순간은 물론 우주의 인플레이션까지 놀라울 정도로 명쾌하게 설명하고, 우주의 수축과 붕괴, 블랙홀까지 모순 없이 그려내어 보여준다.
또한 루프양자우주론을 통해 빅뱅 대신 ‘빅 바운스(Big Bounce)’로 우주가 탄생했다는 놀라운 주장을 설득력 있게 펼친다. 그의 이론에 따르면 우주는 시작도 끝도 없이, 무한히 반복되는 팽창과 수축을 통해 끊임없이 다시 태어난다.
“아인슈타인의 진정한 후계자, 마르틴 보요발트”(WDR 3)
2000년, 당시 27살의 마르틴 보요발트는 루프양자중력을 이용하여 루프양자우주론이라는 새로운 우주 모델을 만들어냈다. 현재 루프양자우주론은 아인슈타인의 상대성이론이 설명하지 못했던 우주 탄생의 순간을 밝혀줄 강력한 이론으로 떠오르고 있다.
보요발트의 이론이 각광받는 이유는, 일반상대성이론도 설명하지 못하는 빅뱅의 순간을 모순없이 그려낼 수 있기 때문이다. 실제로 온도와 밀도가 무한대가 되는 빅뱅 특이점은 우주론 물리학자들을 끊임없이 괴롭혔던 20세기 최대 난제 중 하나였다. 보요발트는 플랑크 크기 수준의 극히 작은 스케일에서는 양자중력의 반발력에 의해 시공간이 붕괴하는 특이점을 막아줄 수 있다는 것을 수학적으로 보여줄 뿐 아니라, 인플레이션에 의한 우주 팽창까지 양자중력에 의한 반발력으로 모순 없이 설명한다.
스티븐 호킹의 에 비견되는 탁월한 우주론!
이 책에는 최첨단 우주론이 모두 등장한다. 가장 대표적인 끈이론과 양자중력이론은 물론 현재 각축을 벌이고 있는 최신의 우주론을 빠짐없이 확인할 수 있다. 스티븐 호킹의 가 출간된 후, 지난 20여 년간 눈부시게 발전한 우주론의 생생한 현장을 가장 앞서 나가고 있는 젊은 학자를 통해 살펴볼 수 있는 흔치 않은 기회이다.
우주의 탄생과 소멸은 단지 물리학의 문제만은 아니다. 신화와 문학, 철학에도 조예가 깊은 저자는 우주의 탄생에 관한 엄밀하고 정확한 물리학 이론들을 신화와 철학, 종교와 문학을 가로지르며 펼쳐놓는다.
“물리학적인 문제와 철학적인 질문의 결합은 과학 진보의 두드러진 특징이라고 할 수 있다. 우주론과 양자론이 결합했을 때 가장 중요한 질문은 우주의 시작과 초기 진화과정에 대한 것이었다. 이러한 질문은 철학이 시작된 이래, 아니 그 이전부터 사람들이 품어온 가장 큰 의문이었다.”(12페이지)
길가메시 서사시와 니체와 쇼펜하우어, 찰스 디킨스, 조지프 헬러(의 저자)의 책들에서 인용한 다양한 어구들이, 딱딱하고 건조한 과학적 설명들을 유연하게 이끌어낸다. 현대미술의 추상 조각들은 물리학의 기본 원리들을 이해하는 데 필요한 상상력을 자극하며, 책의 내용과 절묘하게 결합한다.
이 책에 수식은 단 하나 나온다. 상식적인 사고로는 이해가 쉽지 않은 양자역학의 원리가 오히려 문학작품과 철학적 성찰을 통해 한층 접근하기 쉬워지는 지식융합의 놀라운 경험도 확인할 수 있을 것이다.
우주탄생의 비밀을 쥐고 있는 ‘빅뱅 특이점’을 해결하다
시간, 공간, 물질이 하나로 수렴하고, 밀도와 에너지가 무한대로 발산하는 빅뱅 특이점은 아인슈타인의 일반상대성이론이 해결하지 못한 우주론 최고의 미해결 과제였다. 이런 특이점은 일반상대성 이론의 수학적 연속선상에는 존재하지만, 물리적으로는 해석되지 않는 지점이다. 또한 양자역학의 유한하고 분절적인 수학과도 양립할 수 없다.
마르틴 보요발트는 이 문제를 루프양자중력의 반발력으로 해결하면서, 새로운 우주론인 루프양자우주론을 제안한다. 보요발트가 주장하는 루프양자우주론은 지금 우리의 우주는 이전 우주의 붕괴에 의해 생겨난 것이라고 주장한다. 현재 이 이론을 검증하기 위해 가설과 관측실험을 수립하는 작업이 한창 진행 중이다. 우주의 기원을 ‘빅뱅’이 아니라 ‘빅바운스’에서 찾으려는 관측이 결실을 맺는다면, 우주의 역사는 새로 쓰여져야 할 것이다.
추천사
수식 없이 루프양자중력을 최초로 설명한다. 놀라울 정도로 명쾌하다 - 울프 폰 라우흐하우푸트,
올해 나온 가장 흥미진진한 과학책. - 아르노 비드만,
우주 탄생에 관한 획기적인 물리이론이 신화와 철학, 문학을 가로지르며 종횡무진 펼쳐진다. - 잉고 젠프트베르트
눈을 뗄 수 없는 지적 어드벤처 - 귄터 파울,
단순히 현상 차원이 아니라, 원리와 근본에서 우주의 탄생을 조망한다. - 브라이언 클레그
전혀 새로운 도발적 이론으로 우주를 새롭게 그려낸다. - 요헨 하이버
책속으로 추가
내가 2001년에 관찰한 바에 의하면 루프 양자 우주론은 다음과 같이 발전되어 왔다. 첫째로 양자 우주론은 고전 이론에서 특이점이라고 가정했던 부피가 사라지는 상태의 존재를 허용했다. 양자 우주론은 편견을 가지지 않고 대담한 방법으로 이 문제에 접근한다. 드비터가 시도했지만 성공하지 못했던 것과는 달리 양자 우주론은 처음부터 특이점의 부재를 가정한다. 그리고 우주의 파동함수가 어떻게 진화하는지를 나타내는데 사용되는 역학 방정식이 이 상태가 어떤 역할을 할지를 스스로 결정하도록 했다. 특이점이 세상의 종말을 나타내는 것인지 아니면 단지 아무런 해가 없는 전환점에 불과한지는 역학 방정식에 의해 결정되는 것이다.
우주가 대칭적이라는 가정을 -우주원리- 포함하고 있는 단순한 체계에서는 방정식을 비교적 쉽게 분석할 수 있다. 이것들은 미분 방정식이 아니라 차이 방정식이다. 118쪽에서와 같이 시간은 연속이 아니라 불연속적이다. 미분방정식은 그림 3과 그림 4에서처럼 각 점에서 해의 곡선이 따라야 하는 방향을 제공하지만 차이 방정식은 정해진 시간 간격 동안에 해가 변해야 하는 단계를 결정한다. 루프 양자 우주론에서는 이 방정식의 해들이 특이점 상태의 파동 함수 값에 전혀 영향을 받지 않는다. 우주의 파동함수는 특이점의 가능성을 알아차리지도 않은 채로 당당하게 빅뱅의 전과 후로 나아간다. 특히 시간적 진화는 멈추지 않는다. 그것은 특이점을 전후 또는 주위에서 세상의 파동함수와 분리시켜 고립된 채로 가만히 머물러 있도록 한다. (412페이지)

목차
머리말
들어가며
1. 중력: 질량 사이의 인력
뉴턴의 중력법칙
공간과 시간의 상대성
일반상대성 이론
2. 양자 이론: 불확실한 안정성
원자의 안정성
흑체복사
플랑크 크기
3. 수학의 역할에 대한 간주곡: 방정식 속의 세상
수학 자신을 위한 수학
무한의 남용
가정과 이론에 대하여
4. 양자 중력: 모든 것의 결합
양자중력이란
루프양자중력
루프양자우주론
그래서 빅뱅이전에 실제로 무슨 일이 일어났는가?
5. 관측 우주론: 전체 우주 관측하기, 과거와 미래
관측 우주론의 삼 요소
음의 압력
더 이상의 시험 가능성
6. 블랙홀: 붕괴, 그리고 해피엔딩?
블랙홀로 가는 길
중심의 특이점
블랙홀의 양자이론
7. 시간의 화살: 늙어가는 세상
시간이라는 개념
엔트로피
시간의 화살
8. 우주 탄생론: 신화와 방법론
비유
신화
이론
9. 하나의 세상: 이상적인 과학
초기값 문제
우주의 파동함수
하나의 세상?
10. 모든 것의 이론?: 물리학과 오만
원리
하나의 이론, 하나의 해?
11. 과학의 한계와 자연의 고상함
주석
옮긴이의 말
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