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멀티 유니버스

2012.02.14조회:2904

멀티 유니버스 THE HIDDEN REALITY
우 . 리 . 의 . 우 . 주 . 는 . 유 . 일 . 한  . 가?
브라이언 그린|박병철 옮김|576쪽|25,000원



우주론의 독보적 영역을 개척한 이론물리학계의 세계적 석학 브라이언 그린의 최신 화제작!
우리의 우주가 하나가 아니라 여러 개라면?
다중우주는 정말로 존재하는가?

“137억 년 전 우주의 역사가 섬광처럼 번뜩인다. 우주에 대해 우리가 품고 있는 경이로운 비밀을 시원하게 풀어주는 브라이언 그린의 《멀티 유니버스》는 올해 당신이 선택해야 할 단 한 권의 과학서이다!”_뉴욕타임스



기획의도

우리의 우주가 하나가 아니라 여러 개라면? 다른 우주에서 또 다른 내가 이곳과 전혀 다른 삶을 살고 있다면? 누구나 한 번쯤 떠올렸을 법한 의문이다. 한 번 선택하면 절대로 되돌릴 수 없는 냉혹한 세계에 살고 있는 우리에게 다중우주는 분명히 매혹적인 개념이다.

양자역학적 계산을 통해 하나의 입자가 ‘이곳’ 또는 ‘저곳’에 존재할 수 있다는 결과가 얻어졌다면, 하나의 우주에서는 입자가 ‘이곳’에 있고, 또 다른 우주에서는 입자가 ‘저곳’에 존재한다는 식이다. 그리고 각 우주에는 당신의 복사본이 살고 있어서, 한 우주에 사는 당신은 ‘이곳’에서 입자를 발견하고, 다른 우주에 사는 사람은 ‘저곳’에서 입자를 발견한다. 그리고 이들은 자신이 보고 듣는 것만이 유일한 실체라는 착각 속에서 살아간다. |1장: 실체의 경계_다중세계에 대하여 中(p,19)

이제 평행우주는 더 이상 공상과학도 환상도 아니다. 저자인 브라이언 그린은 “물리학적 다중우주이론은 사변철학의 산물이 아니라 기존 이론들이 확장하면서 필연적으로 마주친 결과”임을 강조한다. 그리고 이 책 《멀티 유니버스》는 현대 최첨단 과학의 최전선에서 인간의 존재와 미래의 의미를 새로 쓰며 ‘다중우주의 존재’를 규명하고, 지금 이 순간에도 끝없이 팽창하거나 생성되고 있는 우주의 혁명적 변화를 거대한 통찰력으로 조망하고 있다. 전작인 《엘러건트 유니버스》와 《우주의 공간》이 글로벌 베스트셀러가 되면서, 일약 세계 물리학계의 스타 학자로 등극하여 명성을 떨치고 있는 브라이언 그린의 7년만의 최신 화제작인 이 책은 차원 우주, 카오스 우주, 브레인 다중우주, 시뮬레이션 우주까지 거대 패러다임의 전환 속에 최첨단 우주의 실체와 현대물리학을 쉽고 재미있게 풀어내고 있다.

1|우주론의 역사
“하나의 세계가 허물어져야 비로소 새로운 세계가 펼쳐진다!‘
본격적인 다중우주론에 들어가기에 앞서 그린은 고대부터 현재까지의 우주론에 대해 간단히 정리를 한다. 우주론은 우리가 살고 있는 우주의 기원과 발생, 그리고 우주 안에 존재하는 우리 인간의 존재와 미래의 모습을 연구하는 것이다. 이것들을 밝히기 위한 우주학의 연구는 단순히 천문학에 국한되지 않는다. 우주학은 최첨단의 수학과 논리학 물리학 등 모든 학문 분야들이 통합적으로 작용하여 완성되는 학문이다. 그리고 물질과 생명체의 존재에 관한 연구는 필연적으로 물질과 생명에 대한 근본적인 질문을 하게 됨으로써, 자연과학뿐만 아니라 윤리․철학․의 학문 분야까지 확대된다. 이런 과학적 우주론의 발전은 크게 세 시기로 나누어진다.
고대 그리스의 아리스토텔레스가 제창한 이래 2000년 동안 정설로 인정받았던 천동설로부터 우주론의 역사는 시작된다. 철학 또는 종교와의 경계가 모호한 고대 우주론은 코페르니쿠스의 지동설에 의해 큰 변화를 겪고, 뉴턴의 중력이론에 의해 마침내 근대과학의 영역으로 편입되었다. 현대적인 의미의 우주론은 아인슈타인으로부터 시작되었고, 특수상대성이론과 일반상대성이론을 통해 아인슈타인은 정적인 우주에서의 시공간에 대한 인식과 시공간의 기하학적 특성을 밝혀 현대 우주론으로 향하는 문을 활짝 열었다. 하지만 절대지식으로 받아들여졌던 아인슈타인의 이론도 이후 천문학자 에드윈 허블에 의해 우주는 정적이지 않고 팽창함을 받아들이며, 비로소 빅뱅이론이 탄생하게 된다.

1929년 미국의 천문학자 에드윈 허블이 윌슨산 천문대에서 세계 최대의 천체망원경을 이용하여 멀리 있는 은하들이 은하수로부터 일제히 멀어지고 있다는 증거를 발견한 것이다. 멀리서 날아온 광자는 허블에게 “우주는 정적이지 않다. 우주는 팽창하고 있다!”는 메시지를 분명하게 전하고 있었다. 이로써 아인슈타인이 도입한 우주상수는 졸지에 설자리를 잃었고, 아주 작은 무언가가 대대적인 폭발을 일츠켜 우주가 탄생한 후 지금까지 게속 팽창하고 있다는 빅뱅이론이 과학적 창조론으로 수용되기 시작했다.
|2장: 끝없이 늘어선 도플갱어들_누벼 이은 다중우주 中(p. 46)

2|다중우주란 무엇이며, 어떻게 탄생하는가?
“또 다른 현실은 과연 존재할까?”
앞에서 간략하게 살펴본 바처럼 빅뱅이론 이전까지 우리는 단 하나의 정적인 우주를 전제로 하여 우주를 설명하려고 했다. 하지만 빅뱅이론의 탄생과 함께 단 하나의 우주라는 패러다임을 버림으로써 우리 앞에는 광대한 가능성(다중우주의 가능성)이 펼쳐지게 되었다. 그린은 이러한 혁명을 이 책을 통해 단지 이론적 가설이 아니라 물리학적 통찰과 실험적 증거들, 예를 들어 우주가 탄생하고 급팽창했을 때의 흔적을 담고 있는 하늘에 대한 연구(마이크로파 우주배경복사)와 메가버스, 중력이론과 양자역학을 통일한 끈이론의 증거 들을 통해 그리고 수학적 논리를 통해 우주의 숨겨진 실체, 즉 우리 우주 밖의 다른 우주의 실체를 밝혀내고 있다.
우리가 사는 우주가 태어나던 순간, 온도는 믿을 수 없을 정도로 높이 치솟았고, 엄청난 에너지가 단 한 번의 폭발로 이 우주를 탄생시켰다. 빅뱅이 일어난 직후, 아주 짧은 순간 동안에 최초의 우주는 엄청나게 빠른 속도로 팽창했다. 마치 거품처럼. 이 짧은 팽창의 순간 우리가 사는 우주의 기초가 형성되었고, 이때 팽창한 거품이 지금 우리를 둘러싼 우주를 형성했다.

인플레이션 다중우주 안에 존재하는 각각의 거품우주들이 밖에서 볼 때 크기가 유한하지만 안에서 보면 무한히 크다는 사실을 알게 된다. 따라서 인플레이션 다중우주가 정말로 존재한다면, 거품 내부의 거주자들(우리)은 인플레이션 다중우주의 일원이자 누벼 이은 다중우주의 일원이기도 하다. (……) 인플레이션은 일회성 사건이 아니라 영원히 계속된다. 인플레이션은 거품우주를 낳고 그 위에 또 다른 거품우주를 낳는다.
|3장: 영원과 무한_인플레이션 다중우주 中(p. 128)

우리가 보는 것은 진짜 우주의 아주 작은 부분에 불과하다. 우리의 우주가 정말 무한히 크다면 한 가지 이상한 논리가 성립된다. 무한한 크기의 우주에서 원자와 분자의 한정적인 배열은 어쩔 수 없이 반복되다가, 모든 경우의 수가 바닥나면 똑같은 가능성이 출현할 것이다. 이것은 우리와 비슷하거나 똑같은 존재를 만들어낼 수도 있다는 것이다. 즉 우주가 무한히 넓고 거품 같은 우주들을 수없이 만들어낸다면, 우리 몸과 지구에 존재하는 물질들을 형성하는 패턴이 수없이 반복되어, 지금 우리의 인생이 다중우주 어딘가에서 반복되고 있을지도 모른다는 결론에 이르게 된다.

3|다중우주의 철학적 의미
“인간은 우주적 규모에서 보면 하찮고 미미하지만, 다른 의미에서는 세계의 창조자이다!”
고전역학의 세계에서는 우주의 당시 상태를 완벽하게 이해하고 분석할 수 있다면 우주의 모든 과거와 미래는 예측 가능한, 달리 말해 결정되어 있는 것이었다. 여기에 인간의 자유의지가 개입할 여지는 조금도 없다. 그러나 양자역학이 등장하여 우리는 확률만 알 수 있을 뿐 결정론적 예측은 불가능하게 되었다. 그것은 양자역학에 있어 ‘관측’이라는 변수가 개입함으로써 확률에서 결과로 넘어가는 과정 중 인간의 자유의지가 개입하게 된다. 이로써 다중우주의 해석 과정에서 여러 가지 가능성들이 관측을 통해 하나의 값으로 정해질 때, 우주는 여러 갈래로 나뉠 수 있게 된다. 자유의지는 이 여러 갈래의 우주들 중 어떤 우주로 나아갈지 결정하게 된다.
바로 이 지점에서 브라이언 그린 저술의 탁월한 면모가 드러난다. 그린은 최첨단 현대물리학의 발전에 따라 이 자유의지에 의해 갈래가 나뉘어 다양하게 현대 우주론의 역사를 앞에서 끌어가고 있는 9가지 다중우주(누벼 이은 다중우주, 인플레이션 다중우주, 브레인 다중우주, 주기적 다중우주, 랜드스케이프 다중우주, 양자 다중우주, 홀로그램 다중우주, 시뮬레이션 다중우주, 궁극의 다중우주)에 대한 일목요연하게 정리하고 설명하여, 이 한 권으로 고대부터 현재에 이르는 물리학과 우주학의 전체 지형도를 그리고 있다.

정말 신기하게도, 그동안 물리학을 크게 발전시켰던 기본이론들(상대성이론, 양자역학, 우주론, 통일장이론, 전산물리학 등)은 한결같이 다양한 평행우주를 예견하고 있다. 앞으로 소개할 아홉 가지 버전의 다중우주이론의 각각을 보면 우리의 우주는 ‘훨씬 큰 전체’의 일부며, 다양한 우주는 서로 분명하게 구별되는 특징을 가지고 있다. 어떤 이론에서는 평행우주들이 방대한 시간이나 공간을 경계로 우리 우주와 분리되어 있는가 하면, 다른 이론에서는 평행우주가 우리와 불과 몇 밀리미터 거리에서 진행되기도 한다. 또한 평행우주를 지배하는 물리법칙도 다양한 가능성을 제시하고 있는데, 어떤 이론에서는 우리 우주와 물리법칙이 동일하고, 또 어떤 우주에서는 뿌리는 같지만 다른 법칙이 적용되고 있으며, 개중에는 우리와 전혀 다른 법칙이 적용되는 우주도 있다. 여러 이론들을 접하면서 실체라는 것이 얼마나 광범위하고 다양한지를 실감하게 될 것이다.
|1장: 실체의 경계_다중세계에 대하여 中(p. 17)

또 이 책은 우리에게 인간에 대한 근본적인 물음을 함으로써 우리 자신을 돌아보게 한다. 우리가 수많은 우주들 중 하나에 살고 있다면, 우주에서 우리의 입지와 중요성이 그만큼 줄어든다고 생각할 수 있다. 하지만 사실 우주적 기준에서 가치라는 것은 상대적인 희귀성과는 관련이 없다. 생명체가 태어나기에 적합한 환경(은하나 별이나 행성이 형성되는 따위의)이 우주에서 만들어지고 실제로 그 어느 곳에서 생명체가 태어나 오랜 시간 동안 진화가 가능해야 하고 마침내 고등의 지성을 가진 생명체가 생겨날 조건은 매우 까다로운 조건임에 분명하다. 우리 인간의 존재 자체가 우리 우주의 근본적인 비밀에 대한 결정적인 단서가 되는 셈이다. 그리고 우주가 여러 개일 경우 그 각각의 우주를 ‘단절’된 영역 속에 개별로 떼어놓을 수 없다는 것은 상상 가능하다. 이를테면 A우주와 B우주는 단절된 영역 속에 따로 존재하는 것이 아니라, 분명히 ‘상호작용’을 하고 있을 것이라는 말이다. 이러한 점에서 ‘인간의 자유의지와 선택’은, 작게는 현대물리학이 크게는 우리가 살고 있는 우주 또는 우리가 알지 못하는 다른 우주의 미래에 결정적 역할을 하게 될 것이다.


《멀티 유니버스》는 다중우주 가설이 물리학이론에 필연적으로 도입된 과정과 그것을 이해하는 데 필요한 지식-고전역학, 상대성이론, 양자역학, 초끈이론 등과 그 성과들-을 간단하면서도 명료하게 소개하고 있다. 시간이 절대적인 것이라 믿었던 뉴턴의 물리학에서부터, 시간이 상대적이란 사실을 보여준 아인슈타인, 공간 또한 ‘얽힌 고리’ 같다는 것을 밝힌 양자론, 평범한 시공간 속에 다른 ‘차원’이 숨어있음을 주장하는 초끈이론까지를 망라하여 다루고 있어서, 현대물리학의 최대 난제인 ‘다중우주’에 관한 전문적이고 어려운 책이 아니라 인류의 우주론의 핵심과 의미를 일목요연하게 소개하는 최고의 교양과학 대중서라고 할 수 있다.
그리고 앞서 살펴본 바처럼 그린은 종교․철학․윤리와 구분되지 않던 고대 과학론에서 인간의 주관성이 철저히 배제된 근대 과학론에 이어, 다시 인간의 ‘자유의지’를 현대 과학론에서 부활시킴으로써 과학과 철학의 상보적 관계를 수학적 논리와 물리학적 통찰로 규명하고 있다. 이것은 과학과 별개인 철학, 과학과 별개인 윤리학이 아닌 자연과학과 인문과학은 함께 갈 수밖에 없는 운명임을 말이 아닌, 누구도 반박할 수없는 확실한 증거로 입증해낸다.
단 하나의 우주라는 패러다임을 버림으로써 우리 앞에 광대한 가능성이 열렸다. 아직 그 무엇도 확실한 새로운 패러다임으로 정해진 것은 없다. 하지만 단일우주와 다중우주, 또는 그 외의 다른 이론들 중 어느 것이 과연 진정한 실체인가? 결과를 아는 사람은 아무도 없다. 그러나 우리의 한계를 파악하고 광대한 진리를 찾으려면 합리적인 이론들을 끊임없이 추구해야 한다. 《멀티 유니버스》는 우리 우주 밖의 다른 우주들의 증거에 관한 총체적인 이야기를 수학적 논리, 물리학적 통찰을 통해, 우주에 대한 우리의 이해를 깊어지게 하고 우리의 사고를 방대한 실체를 가로질러 우주 전역으로 확장시키는 데 한 걸음 더 다가가게 하는 안내서가 될 것이다.

■ 차례
서문 ■ 1 실체의 경계: 다중세계에 대하여 ■ 2 끝없이 늘어선 도플갱어들: 누벼 이은 다중우주 ■ 3 영원과 무한: 인플레이션 다중우주 ■ 4 자연법칙의 통일: 끈이론으로 가는 길 ■ 5 이웃한 차원에서 우주를 날다: 브레인 다중우주와 주기적 다중우주 ■ 6 오래된 상수에 대한 새로운 고찰: 랜드스케이프 다중우주 ■ 7 과학과 다중우주: 추론과 설명, 그리고 예측에 관하여 ■ 8 양자적 관측의 다중세계: 양자 다중우주 ■ 9 블랙홀과 홀로그램: 홀로그램 다중우주 ■ 10 우주와 컴퓨터, 그리고 수학적 실체: 시뮬레이션 다중우주와 궁극의 다중우주 ■ 11 탐구의 한계: 다중우주의 미래 ■ 역자후기 ․ 후주 ․ 참고문헌 ․ 찾아보기



책속으로


“나는 호두껍질 속에 갇혀 있으면서 스스로 무한한 공간의 제왕이라고 생각할 수도 있다”는 햄릿의 대사처럼, 밖에서 볼 때 각각의 거품우주는 크기가 유한하지만 그 안에서는 무한히 큰 것처럼 보인다. 여기가 바로 핵심이다. ‘무한히 큰 우주’는 누벼 이은 다중우주가 존재하기 위해 반드시 필요한 조건이었다. 안에 있는 관측자와 바깥에 있는 관측자의 관점이 이토록 극단적으로 다른 것은 그들이 갖고 있는 시간개념이 크게 다르기 때문이다. 당장은 감이 오지 않겠지만, 외부 관측자에게 ‘무한히 긴 시간’은 내부 관측자에게 매순간 ‘무한히 넓은 공간’으로 인식된다.|3장: 영원한 무한_인플레이션 다중우주 中

스타인하르트와 그의 동료들은 브레인이 충돌할 때 들러붙지 않고 튕겨 나간다고 주장한다. 그 후 두 브레인 사이에 작용하는 중력 때문에 멀어지는 속도가 점점 느려지다가 둘 사이의 거리가 최대에 이르면 다시 접근하기 시작한다. 그다음은 독자들도 짐작이 갈 것이다. 두 브레인은 또다시 충돌하여 모든 천체와 생명체가 사라지고 또 한 번의 새로운 시작을 맞이한다. 이와 같이 일정한 시간차를 두고 주기적으로 반복되는 우주를 ‘주기적 다중우주’라 한다. 만일 우리가 브레인으로 이루어진 주기적 다중우주에 살고 있다면 다른 우주들(우리 우주와 주기적으로 충돌하는 파트너 우주를 포함한 모든 우주들)은 우리의 과거이자 미래이다.|5장: 이웃한 차원에서 우주를 날다_브레인 다중우주와 주기적 다중우주 中

다중세계 접근법에 의하면 여러 입자로 이루어진 큰 물체는 하나, 또는 소수의 입자군과 거동방식이 크게 다르다. 큰 물체는 보어의 생각대로 양자역학의 기본법칙에서 벗어나지 않지만, 확률파동이 크게 변하여 서로 간섭하는 능력이 거의 사라진다. 그리고 둘 또는 그 이상의 파동들이 서로 영향을 미치지 못하면 상대방을 볼 수도 없다. 이런 경우 개개의 파동은 다른 파동들이 사라졌다고 ‘생각’할 것이다. 그래서 보어는 하나의 관측에 단 하나의 결과만이 나타난다고 얼버무린 반면, 다중세계 접근법은 결어긋남 상태에 있는 파동들을 결합하여 개개의 우주에서는 다른 결과가 모두 ‘사라진 것처럼 보인다’고 결론지었다. 즉, 개개의 우주에서는 확률파동이 ‘붕괴된 것처럼’ 보인다. 그러나 코펜하겐 해석과 비교할 때 ‘~처럼’이라는 말은 실체에 대하여 완전히 다른 개념을 제안하고 있다. 다중세계에서는 하나의 결과만 실현되는 것이 아니라, 가능한 모든 결과가 각기 다른 우주에서 똑같이 실현된다.|8장: 양자적 관측의 다중세계_양자 다중우주 中

시뮬레이션 다중우주에서는 어떤 우주가 진짜(실체)인지(즉, 어떤 우주가 ‘수많은 가지를 치고 나온 시뮬레이션 나무’의 뿌리에 해당하는지)를 따질 때 모호한 구석이 전혀 없다. 전체 다중우주를 만들어내는 컴퓨터들이 설치되어 있는 곳, 그곳이 바로 진짜 우주이다. 시뮬레이션 속에 사는 거주자가 그 안에서 자신의 컴퓨터로(이것도 시뮬레이션으로 만들어진 가상의 컴퓨터이다) ‘시뮬레이션 속의 시뮬레이션’을 실행할 수도 있고, 그가 만들어낸 거주자가 그 안에서 또 시뮬레이션을 실행할 수도 있지만, 어쨌거나 이 모든 시뮬레이션 층을 뚫고 나가다 보면 모든 것이 전기신호의 형태로 존재하는 최종적인 우주와 만나게 된다. 그러므로 전통적인 관점에서 어떤 사실, 어떤 패턴, 어떤 법칙이 진짜인지는 분명하게 알 수 있다. 무조건 ‘뿌리우주’에 있는 것이 진짜다.|10장: 우주와 컴퓨터, 그리고 수학적 실체_시뮬레이션 다중우주와 궁극의 다중우주 中

과학의 정의를 “현재 재구에 살고 있는 인간의 능력으로 검증 가능한 분야”로 한정할 것인가? 아니면 향후 100년 이내에 검증될 가능성이 있는 이론을 ‘과학적 이론’으로 간주할 것인가? 실험적으로 이미 검증된 아이디어에서 출발하여 인간의 능력으로는 결코 다다를 수 없는 영역으로 넘어간 이론도 과학으로 간주할 것인가? 정답은 없다. 바로 이 시점에서 과학에 대한 개인적 취향이 드러나기 시작한다. 지금 당장 검증될 수 있는 것을 과학적 탐구로 간주할지, 또는 미래에 검증 가능한 것을 과학적 탐구로 간주할지는 과학의 전당을 어떤 식으로 짓느냐에 달려 있다. 그러나 사고의 한계를 “우리는 어디에 있는가?” “우리는 어느 시점에 와 있는가?” “우리는 누구인가?”와 같이 인간적인 속성으로 한정짓는 것은 편협한 생각이다. 진리는 이런 한계를 초월한 곳에 존재한다. 그러므로 언젠가는 진리를 향한 탐구도 그 한계를 넘어설 것이다.|11장: 탐구의 한계_다중우주와 미래 中



저 ․ 역자 소개


브라이언 그린 Brian Greene
초끈이론과 우주론 등을 이론물리학계의 선두에서 이끄는 브라이언 그린은 25개국을 넘나들면서 기초물리학 및 고급물리학을 강의한 세계적인 물리학자이다. 끈이론의 신비를 쉽고 명쾌하면서도 우아한 언어로 표현한 글로벌 베스트셀러인 《엘러건트 유니버스》를 집필한 저명한 과학저술가로 《우주의 구조》 《블랙홀을 향해 날아간 이카루스》 등 출간하는 책마다 전 세계 물리학자들의 이목을 집중시키며, 〈뉴욕타임스〉와 아마존 논픽션 분야 베스트셀러에 오르는 등 인류과학사를 빛낼 걸작이라는 찬사를 받고 있다.
하버드대학교를 졸업하고 옥스퍼드에서 로즈장학생(Rhodes scholar)으로 박사학위를 받았다. 1990년에 코넬대학교 교수로 부임하여 1995년에 정교수가 되었고, 현재 컬럼비아대학교의 수학과 및 물리학과 교수로 재직하고 있다. 인터넷 동영상 강의인 〈TED〉와 미국 PBS 방송의 다큐멘터리 〈노바NOVA〉 등에 직접 출연하는 등 초끈이론의 대중화를 위해 활약하고 있다. 현재 그는 안데스와 뉴욕을 오가며 연구 활동에 매진하고 있다.

옮긴이_박병철

이 책에 대한 문의가 있으시면 편집부로 연락 주십시오.
김영사 연락처 문지영 02)3668-3205(直), 02)745-4823(代) camus@gimmyoung.com
연세대학교와 동대학원 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원에서 물리학 박사학위를 받았다. 현재 대진대학교 물리학과 초빙교수로 재직하고 있으며, 작가 및 과학 전문 번역가로 활동하고 있다. 옮긴 책으로 《엘러건트 유니버스》《우주의 구조》《페르마의 마지막 정리》《초끈이론의 진실》《파인만의 물리학 강의 I, II》《평행우주》《불가능은 없다》 등이 있다. 저서로는 어린이 과학동화 《라이카의 별》이 있다.