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호모 데우스: 미래의 역사
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평행우주, 시간왜곡, 10차원 세계로 떠나는 과학 오디세이

초공간

저자 미치오 카쿠
역자 박병철
브랜드 김영사
발행일 2018.06.07
정가 25,000원
ISBN 978-89-349-8173-2 03400
판형 143X216 mm
면수 568 쪽
도서상태 판매예정

 

자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다!

고차원 시공간에서 완성되는 자연법칙의 통일

《평행우주》 《불가능은 없다》 미치오 카쿠가 풀어내는 현대물리학의 차원 혁명

 

이론물리학계의 세계적 석학, 미래학자, 과학 엔터테이너 미치오 카쿠와 함께하는 초공간 여행. 《초공간》은 상대성이론에서 양자역학, 블랙홀, 웜홀, 평행우주, 우주의 미래까지, 놀랍도록 다양한 주제가 어떤 관계에 있는지 한눈에 조망할 수 있게 해준다. 미치오 카쿠가 단독으로 쓴 최초의 교양과학서로, 고차원 물리학에 관한 가장 탁월한 안내서이자 현대물리학의 필독서, 인식의 혁명을 일으킨 현대과학의 고전으로 자리매김한 책이다. 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 과학 전문 번역가 박병철 박사의 새로운 번역, 충실한 주석 및 해설과 함께 초공간 여행을 떠나보자.

 

책 속에서

 

아마도 미래의 역사학자들은 과학사의 마지막 장에 ‘인류는 통상적인 4차원 시공간을 폐기하고 초공간의 개념을 수용하면서 역사상 가장 큰 진보를 이루었다’고 기록할 것이다. _16쪽

 

양자이론이 우리의 상식에 부합되지 않는 이유는 모든 물리량을 확률로 바꿔버리기 때문이다. _191쪽

 

양자이론은 우리의 상식에 전혀 부합되지 않는다. 뭐가 잘못되었을까? 아니다. 잘못된 것은 없다. 원래 자연은 인간의 상식에 아무런 관심도 없었다. _191쪽

 

과학자들은 ‘경제적인’ 자연을 선호한다. 아니, 자연의 본성이 원래 경제적이라고 믿는다. 엄밀한 증명은 할 수 없지만, 과거의 경험을 돌아보면 그렇지 않은 사례가 한 번도 없었다. 자연은 물리적, 생물학적, 화학적 구조물을 창조할 때 절대로 과잉공급을 하지 않는다. 판다나 단백질분자, 또는 블랙홀의 구조를 면밀히 들여다보면 ‘최소한의 설계로 최대의 효과를 얻는다’는 효율성의 철학이 곳곳에 배어 있다. _212쪽

 

시詩를 ‘작가의 주관적인 규칙에 따라 나열된 단어의 집합’이라고 정의한다면 시를 모르는 사람에게는 아무런 도움도 되지 않는다. 무미건조할 뿐만 아니라 아예 정의 자체가 틀렸다. 이런 식의 정의에는 시인과 독자 사이의 미묘한 교감이 누락되어 있기 때문이다. 시에는 작가의 느낌과 상상의 정수가 고농도로 축약되어 있기에, 종이에 인쇄된 문장 이상의 의미가 담겨 있다. 예를 들어 일본의 전통 3행시 하이쿠의 짧은 단어들이 독자의 마음으로 전달되면 새로운 느낌과 감각의 세계가 펼쳐진다.

이런 점에서는 수학도 크게 다르지 않다. 수학방정식은 음악이나 시처럼 정서적으로 깊은 감동을 주진 않지만, 과학자의 열정을 자극하는 ‘진보’와 ‘논리’를 선사한다. 일반대중들은 수학방정식을 봐도 별다른 감흥을 느끼지 않지만 과학자에게는 웅장한 교향곡이나 마찬가지다. _214쪽

 

양자중력이론에 도달하려면 몇 가지 어려운 난관을 극복해야 한다. 그중 하나는 중력이 너무나도 약한 힘이라는 것이다. 예를 들어 내 책상 위에 놓여 있는 종이 한 장을 지금 이 상태로 붙들어놓으려면 지구 전체의 질량이 필요하다. 종이의 무게란 지구와 종이 사이에 작용하는 중력이기 때문이다. 그러나 내가 머리를 빗은 후 빗을 종이에 가깝게 가져가면 지구의 중력을 가볍게 극복하고 종이를 들어올릴 수 있다. 조그만 빗에 들어 있는 전자의 전기력이 지구 전체가 발휘하는 중력보다 훨씬 강하다는 뜻이다. _226쪽

 

19세기에 일부 과학자들은 밤하늘의 별을 ‘가까이 하기엔 너무 먼 연구대상’이라고 생각했다. 거리가 너무 멀어서 실험적 관측이나 측정이 불가능하다고 생각한 것이다. 1825년에 프랑스의 철학자이자 사회비평가인 오귀스트 콩트(Auguste Comte)는 그의 저서 《실증철학강의Cours de philosophie positive》에 다음과 같이 적어놓았다. “별은 우리로부터 너무 멀리 떨어져 있으므로 ‘밤하늘에 빛나는 작은 점’이라는 것 외에는 어떤 것도 알아낼 수 없다. 지금의 관측장비는 물론이고, 미래에 발명될 그 어떤 장비들도 별까지 도달하는 것은 불가능하다.”

그 시대에는 별의 구성성분을 알아내는 것이 과학의 영역을 넘어선 일이라고 생각했는데, 비슷한 시기에 독일의 물리학자 요제프 폰 프라운호퍼(Joseph von Fraunhofer)가 그 불가능한 일을 해냈다는 것은 아이러니가 아닐 수 없다. _303쪽

 

물리법칙으로부터 알 수 있는 것은 실용성이 아니라 가능성이다. 즉, 우리는 물리법칙으로부터 가능한 것과 불가능한 것을 구별할 수 있지만, 실용적인 것과 비실용적인 것을 구별할 수는 없다. _394쪽

 

인류는 200만 년 동안 지구에서 살아왔지만, 지난 200년 사이에 거둔 과학적 성과는 그 전까지 쌓아온 과학지식과 상대가 안 될 정도로 방대하다. 일정 기간 동안 이룩한 과학적 성과는 그 전까지 쌓아온 콘텐츠의 양에 비례하기 때문이다. 간단히 말해서, 많이 알수록 새로 알아가는 속도도 빨라진다. _433쪽

 

몇 년 앞을 내다볼 때에는 과학이 점진적으로 꾸준히 발전한다고 가정해도 크게 틀리지 않지만, 수십 년 후의 미래를 내다볼 때에는 새로운 분야의 갑작스러운 약진이 중요한 변수로 작용하기 때문에 정확한 예측을 하기가 쉽지 않다. _437~438쪽

 

지난 100년 사이에 물리학이 이루어낸 수많은 발견들 중 가장 중요하고 심오한 것 하나를 꼽으라고 한다면, 나는 주저 없이 ‘자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다’는 사실을 꼽을 것이다. _493쪽

 

대부분의 과학자들은 신이나 창조주에 대하여 왈가왈부하는 것을 별로 좋아하지 않는다. ‘신’이라는 단어는 각 개인들마다 다른 의미로 해석되기 마련이어서, 그 의미를 정확하게 정의하지 않은 채 논쟁을 벌이다 보면 문제의 본질이 흐려지기 쉽다. 그래서 나는 논쟁의 취지를 분명히 하기 위해, 신의 의미를 두 가지로 분류할 것을 권하고 싶다. ‘기적을 일으키는 신(기적의 신)’과 ‘질서를 창조하는 신(질서의 신)’이 바로 그것이다.

과학자들이 말하는 신은 주로 질서의 신이다. _519쪽

 

우주의 스케일을 생각하다 보면 자신이 초라해질 수밖에 없다. 그러나 나는 ‘우리의 육체는 별의 후손이며 우리의 정신은 우주의 법칙을 이해할 수 있다’는 사실이야말로 과학자가 느낄 수 있는 가장 심오한 깨달음이라고 생각한다(이것은 거의 종교적 깨달음에 가깝다). 우리 몸을 구성하고 있는 모든 원자들은 먼 옛날 어떤 별의 내부에서 핵융합을 거쳐 생성되었으니, 지구에 존재하는 어떤 산이나 강보다도 나이가 많다. 우리는 말 그대로 ‘별의 먼지에서 태어난 존재’이다. 이 원자들이 결합하여 우주의 법칙을 알아낼 정도로 똑똑한 인간을 탄생시켰고, 그 인간들이 우주의 법칙을 탐구하면서 자신의 존재 기원을 추적하고 있으니, 조물주가 이 모습을 보고 있다면 정말로 기특하고 감개무량할 것이다. _523~524쪽

 

우주적 스케일에서 볼 때 우리는 기나긴 잠에서 지금 막 깨어나는 중이다. 그러나 우리는 한정된 능력만으로 자연의 가장 깊은 비밀을 알아낼 수 있다.

혹시 이것이 우리가 존재하는 이유이자 목적이 아닐까?

어떤 사람들은 개인적 성취나 개인적 관계, 또는 개인적 경험에서 삶의 의미를 찾는다. 그러나 나는 자연의 궁극적 비밀을 알아낼 정도로 우수한 지능을 부여받았다는 것만으로도 삶의 의미는 충분하다고 생각한다. _525쪽

 

 

  • 미치오 카쿠 (저자)

현재 뉴욕 시립대학교 헨리 시마트(Henry Semat) 석좌 교수인 미치오 카쿠는 끈이론, 우주론 등에서 뛰어난 업적을 남긴 이론물리학계의 세계적 석학이다. 또한 숨 가쁜 변혁을 겪고 있는 현대 우주를 거대한 지식과 빛나는 통찰력, 번뜩이는 논증으로 밝힌 《평행우주》를 집필한 저명한 과학 저술가이다. 그 외에도 <뉴욕타임스>와 <워싱턴포스트>의 ‘올해의 베스트셀러’로 선정된 《비전》과 《아인슈타인을 넘어서》, 《초공간》, 《불가능은 없다》 등 출간하는 책마다 과학사를 빛낼 걸작이라는 찬사를 받고 있다.

1947년 미국 캘리포니아에서 일본계 미국인으로 태어나 하버드대학교를 숨마쿰라데(최우수등급)로 졸업하고, UC버클리에서 박사학위를 받았다. 현재 디스커버리 채널의 <사이파이 사이언스Sci Fi Science>를 비롯해 BBC와 사이언스 채널 등 여러 프로그램의 진행자로 과학의 대중화를 위해 활약하고 있으며, 140여 개의 방송국을 통해 전 세계에 방송되는 국제라디오프로그램인 <엑스프러레이션Exploration>과 <사이언스 판타스틱Science Fantastic>을 진두지휘하고 있다.

  • 박병철 (역자)

연세대학교와 동대학원 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원에서 물리학 박사학위를 받았다. 현재 대진대학교 물리학과 초빙교수이며, 여러 대학에서 물리학을 강의하면서 번역가로도 활동하고 있다. 옮긴 책으로 <파인만의 여섯 가지 물리 이야기><파인만의 또 다른 물리 이야기><일반인을 위한 파인만의 QED강의><엘러건트 유니버스><현대물리학과 신비주의><페르마의 마지막 정리><우주의 구조>등이 있다. <우주의 구조>로 2005년 제46회 한국출판문화상 번역 부문에서 수상하였다.

 차례

 

서문

 

1부 5차원의 세계

1장 시공을 초월한 세계

2장 수학자와 마술사

3장 네 번째 차원을 본 사람

4장 빛의 비밀: 다섯 번째 차원에서 일어나는 진동

 

2부 10차원에서의 통일

5장 양자이론

6장 아인슈타인의 복수

7장 초끈이론

8장 열 번째 차원에서 날아오는 신호

9장 창조 이전

 

3부 웜홀-다른 우주로 통하는 문

10장 블랙홀과 평행우주

11장 타임머신 만들기

12장 충돌하는 우주

 

4부 초공간의 지배자

13장 미래를 넘어서

14장 우주의 운명

15장 결론

 

감사의 글

옮긴이의 글

후주

참고문헌 및 더 읽을거리

찾아보기

 

출판사 리뷰

 

세상을 보는 방식을 혁명적으로 바꿔주는 책!

고차원 물리학에 관한 가장 탁월한 안내서

현대물리학의 필독서이자 인식의 혁명을 일으킨 과학 고전

 

세계적인 이론물리학자이자 미래학자 미치오 카쿠가 단독으로 쓴 최초의 교양과학서 《초공간》이 출간되었다. 1994년 출간 후 〈뉴욕타임스〉와 〈워싱턴포스트〉 ‘올해의 책’으로 선정되며 ‘똑똑하고 날카로우면서 유머러스하고 친절한 물리학자’의 탄생을 알린 책이다. 2016년에는 ‘현대 과학의 필독서, 우리가 사고하는 방식에 변화를 일으킨 책’만을 골라 출간하는 ‘옥스퍼드 랜드마크 사이언스’ 시리즈에 포함되어, 명실상부한 현대과학의 고전임을 입증했다. 국내에는 1997년 김영사에서 출간되었다가 한동안 절판 상태였는데, 독자들의 요청에 힘입어 20여 년 만에 재출간되었다. 이번에 출간되는 《초공간》은 그간 《평행우주》《불가능은 없다》《미래의 물리학》《마음의 미래》 등 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 박병철 박사가 새로 번역했으며, 옮긴이 주석과 해설 등으로 초판 출간 후 달라진 내용을 충실히 보강했다.

초공간(hyperspace)이란 4차원 시공간보다 차원이 높은 공간을 통칭하는 용어로서, 초공간이론은 ‘칼루자-클라인 이론’ ‘초중력이론’ ‘초끈이론’ 등 다른 이름으로 불리기도 한다. 이 이론은 아인슈타인이 말년에 몰두했던 물리학의 성배(聖杯), ‘만물이론’의 유력한 후보로, 미치오 카쿠는 만일 초공간이론이 옳다면 우주에 관한 과학 및 철학적 개념은 혁명적인 변화를 맞게 될 것이라 확신하며 이를 현대판 ‘과학혁명’으로 규정한다. 저자는 ‘고차원 공간에 관한 이론’이 이처럼 그 의미가 큰데도 제대로 소개하는 책이 없어 이 책을 썼다고 한다. 《초공간》은 저자 스스로 말하듯 ‘초공간이론을 엄밀하면서 이해 가능한 수준으로 풀어 쓴 최초의 책’이며, 출간 후 25년이 다 되어 가는 지금까지도 ‘고차원 물리학에 관한 최고의 책’으로 손꼽힌다.

 

 

자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다!

고차원 시공간에서 완성되는 자연법칙의 통일

 

모든 자연현상은 네 가지 기본 힘으로 서술된다. 이 사실을 알아내기 위해 과학자들은 거의 2천 년 동안 사투를 벌였다고 해도 과언이 아니다. 1)전자기력-전자기력은 전기와 자기, 빛 등 다양한 형태로 나타난다. 2)강한 핵력(강력)-강력은 뜨겁게 타오르는 별에 에너지를 공급한다. 태양이 빛을 발할 수 있었던 것은 강력 덕분이니, 결국 인간은 강력으로 존재하게 된 셈이라고 할 수 있다. 3)약한 핵력(약력)-약력은 모든 종류의 방사성 붕괴에 관여하는 힘이다. 4)중력-중력은 지구를 비롯한 행성들이 공전궤도를 이탈하지 않도록 잡아두고 은하의 형태를 유지시키는 힘이다. 이론물리학의 최대 과제는 이 네 가지 힘을 하나로 통일하는 ‘만물의 이론’을 찾는 것으로, 아인슈타인이 말년에 몰두했던 문제도 바로 이 문제였다.

20세기 초에 등장한 양자역학은 지난 2천여 년 동안 금단의 영역이었던 미시세계를 ‘연구 가능한 영역’으로 편입시켰다. 물질은 무엇으로 이루어져 있는가? 물질을 단단하게 붙잡아두는 힘의 원천은 무엇인가? 물질은 왜 별별 다양한 형태로 존재하는가? 등 수백 년 동안 물리학자들을 괴롭혔던 난해한 문제들을 양자역학은 간단하게 해결했다. 양자역학은 그 뒤로도 승승장구하여 중력을 제외한 세 가지 힘을 통일하는 이론, 양-밀스 장이론을 탄생시켰다. 물리학자들은 이 이론에 ‘표준모형’이라는 이름까지 붙여주었다. 하지만 양자역학도 중력만은 끌어들이지 못했다. 블랙홀의 내부, 빅뱅 직전 또는 직후의 우주 상태 등은 일반상대성이론과 양자역학이 동시에 작용되어야 하는 영역인데 두 이론이 너무 달랐던 것이다. 초공간이론은 바로 여기서 등장한다.

초공간이론의 다른 이름인 초끈이론은 모든 기본입자의 특성을 ‘진동하는 끈’으로 설명한다. 여러모로 대통일이론, 만물이론의 후보로 손색이 없어 보였지만, 배경차원이 10차원이라는 것과 논리적으로 가능한 초끈이론이 다섯 개나 된다는 게 문제였다. 《초공간》의 초판은 1994년에 출간되었는데, 당시는 초끈이론의 한계로 그 인기가 점차 누그러지던 시기였다. 그런데 1995년 초끈이론의 선두주자인 에드워드 위튼이 다섯 개의 이론을 하나로 통합한 M-이론을 발표하며 초끈이론은 2차 혁명기를 맞이한다. 하지만 초끈이론은 그 존재감에도 불구하고 지금까지 관측 가능한 물리량을 단 하나도 계산하지 못했다. 정상적인 물리학이론이라면 실험으로 검증 가능한 물리량을 계산하여 진위 여부를 판별할 수 있어야 한다. 그렇다면 초끈이론은 실패한 이론일까? 아직은 결론을 내리기 어렵다. 하지만 결론이 어떻게 나든, 초끈이론이 제기한 물리학, 기하학, 위상수학과 관련된 흥미로운 문제와 아이디어들을 떠올려보면, 뉴턴이 말한 ‘거인의 어깨’ 역할은 충분히 할 수 있을 것이다.

 

 

과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 오가는 초공간 여행

미치오 카쿠가 풀어내는 현대물리학의 차원 혁명

 

미치오 카쿠는 이 책을 4부로 나누어 집필했다. 1부에서는 초공간의 역사를, 2부에서는 초공간이론이 만물이론이 될 가능성을 알아본다. 3부에서는 공간이 찢어질 수도 있는지, 그 가능성을 타진하며 초공간이론을 통해 블랙홀, 웜홀, 평행우주, 시간여행, 외계생명체 등 흥미로운 주제들을 탐색한다. 마지막으로 4부에서는 초공간이론이 옳다면 언제쯤 그것을 활용할 수 있을지 알아본다. <워싱턴포스트>는 이 책을 예측할 수 없는 방향으로 빙글빙글 돌거나 멈추는 놀이기구인 ‘틸트 어 훨(Tilt-A-Whirl)’에 비유했다. 자신의 어린 시절과 유명한 과학자들의 뒷이야기는 물론, 달리와 피카소, 도스토옙스키와 오스카 와일드 같은 예술가들의 이름이 튀어나오고, 아리스토텔레스, 토마스 아퀴나스, 칸트 같은 철학자들을 끌어들이기도 한다. 뿐만 아니라 <스타워즈> <스타트렉> <백 투 더 퓨처> <콘택트> 등 드라마나 영화가 수시로 등장하고, 신(God)을 논하기도 한다. 이처럼 4부에 걸쳐 과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 종횡무진 오가는 미치오 카쿠의 서술 방식은 독자들에게 조금도 지루할 틈을 주지 않는다. 놀이기구 같은 이 책을 빠져나오면 문자 그대로 세상을 혁명적 방식으로 바라보게 될 것이다.

 

 

14. 추천의 글

 

이 얼마나 멋진 모험인가, 상상할 수 없는 것을 상상하라! _뉴욕타임스

 

독자를 사로잡는 책. 이 놀이기구를 빠져나오면 현기증 나도록 고양된 상태가 되어 문자 그대로 세상을 혁명적 방식으로 바라보게 될 것이다. _워싱턴포스트

 

고차원 물리학에 관한 책 중 최고다. _월스트리트 저널

 

빠져든다, 막힘없다! 이 책의 가장 기초적인 개념만 이해해도 지금까지 오비완 케노비 같은 인물들이 점령하고 있던 지적 평원으로 갈 수 있을 것이다. _인디펜던트

 

모든 도서관에 있는 과학책 목록에 반드시 포함되어야 한다. _라이브러리 저널

 

《초공간》은 과학책의 대통일이론이다. 더 높은 차원에서 온 메시지다. 독자를 끌어올려 놀랍도록 다양한 주제가 어떤 관계에 있는지 한눈에 조망할 수 있게 해준다. _닐 스티븐슨(SF작가, 《세븐이브스》 저자)

 

이 책을 앉은 자리에서 다 읽은 뒤로 미치오 카쿠는 나의 ‘무조건 호감’ 대상이다. _이현우(작가, 서평가)

 

이 책처럼 시각을 확장시켜주는 책은 없었다. _유현준(홍익대 건축학부 교수, 《도시는 무엇으로 사는가》 저자)