보이드

프랭크 클로우스 지음 | 이충환 옮김

MID 2015년 08월 25일 출간 종이책 : 2014년 04월 25일 출간

작품소개

책소개

빅뱅 직전의 우주『보이드』. 영국 옥스퍼드대학의 물리학 교수이자 엑시터칼리지의 선임연구원으로 대영제국4등훈장 수훈자인 저자 프랭크 클로우스가 빈 공간, 무, 진공의 정체를 알아내려고 노력해 온 인류의 역사를 고스란히 담아낸 책이다. 고대 자연철학자들의 무에 대한 사유에서부터 시작해 양자역학을 포함한 현대 물리학의 최신 성과를 아우르며 텅 빈 것처럼 보이는 진공의 역사를 통해 우주 탄생의 비밀을 살펴본다.

목차

옮긴이 머리말

제1장 무에 대한 야단법석
무에 대한 초창기의 생각
왜 그렇게 혐오스러운가?
공기
진공 만들기
블레즈 파스칼: 물과 포도주
진공은 어떠한 것인가?
공기압

제2장 원자는 얼마나 비어 있나?
전자
원자는 얼마나 텅 비어 있는가?
장
장의 크기
중력장과 역제곱 법칙
파동

제3장 공간
창조
뉴턴
공간과 운동의 개념

제4장 파동은 무엇 안에 있는가?
전자기장과 파동
파동은 무엇 안에 있는가?
에테르의 문제점

제5장 빛다발 위에서 여행하기
공간, 시간, 그리고 시공간
시공간


제6장 자유 공간의 비용
휜 시공간
중력과 곡률
팽창하는 우주

제7장 무한한 바다
양자 세계
파동과 양자 불확정성
들끓는 진공
무한한 바다

제8장 힉스 진공
상과 조직화
상변화와 진공
진공에서 힘 변환하기
힉스 진공

제9장 새로운 빈 공간
우주의 시작
인플레이션
더 높은 차원들
빈 공간을 찾아서

미주
참고문헌
찾아보기

출판사 서평

우주의 텅 빈 공간, 거기 무엇이 있었는가
진공의 역사로 알아본 우주 탄생의 비밀

지구 궤도에 떠 있던 우주정거장에 위성 파편이 부딪치자, 밖에서 우주유영을 하던 우주인은 우주정거장에 매여 있던 가느다란 줄이 끊어지며 우주공간으로 내동댕이쳐진다. 우주인은 멀어져가는 검은 우주공간에 흰 점처럼 보인다. 영화 《그래비티》의 한 장면이다. 이 영화를 관람하면서 지구 중력에 감사하는 마음이 드는 한편, 텅 빈 우주공간에 대한 공포심도 생긴다. 영화 속 우주공간은 어떤 소리도, 빛도 없는 ‘진공’처럼 느껴졌다. 그 공간은 정말 아무것도 없는 텅 빈 공간인가. 우주 만물이 탄생하기 전 공간도 과연 저러했을까?

아인슈타인이 틀렸다?
아인슈타인에게도 어려웠던 진공의 비밀

아인슈타인이 일반상대성이론을 완성해 우주에 적용했을 때, 물질 간의 중력 때문에 우주가 불안정해 우주는 결국 붕괴될 것이라는 결론에 이르렀다. 당시의 우주는 정적이며 변하지 않는다는 생각이 지배적이었다. 그래서 아인슈타인은 반중력 역할을 하는 ‘우주상수’라는 개념을 도입해 우주의 붕괴를 이론적으로 막았는데 몇 해 뒤, 우주는 지속적으로 팽창한다는 사실이 발견되었다. 더 이상 ‘우주상수’가 필요 없게 된 것이다. 하여 아인슈타인은 이 ‘우주상수’ 도입이 자기 일생일대의 최대 실수라고 고백했다.

그런데 근래에 이르러 우주는 그저 팽창하기만 하는 게 아니라 ‘가속’ 팽창한다는 사실이 밝혀졌다. 중력을 능가하는 밀어내는 척력이 필요해지게 된 것이다. 정체를 알 수 없는 이 힘을 ‘암흑에너지’라 부르는데, 역설적이게도 현재 암흑에너지의 가장 유력한 후보는 아인슈타인이 도입했다 버렸던 우주상수, 다름 아닌 진공이다.

이 책은 이러한 진공에 관한 오딧세이다. 고대 자연철학자들의 무에 대한 사유에서부터 시작해 양자역학을 포함한 현대 물리학의 최신 성과를 아우르며 텅 빈 것처럼 보이는 진공의 역사를 통해 우주 탄생의 비밀을 풀어본다. 두려움의 대부분은 무지에서 비롯된다. 이 책을 읽고 우주 탄생의 비밀을 엿보게 되면, 한동안 밤하늘을 바라보는 일이 즐거워질 것이다.

진공에 대한 소고(小考)

지구 궤도에 떠 있던 우주정거장에 위성 파편이 부딪치자, 밖에서 우주유영을 하던 우주인은 우주정거장에 매여 있던 가느다란 줄이 끊어지며 우주공간으로 내동댕이쳐진다. 우주인은 멀어져가는 검은 우주공간에 흰 점처럼 보인다. 영화 《그래비티》의 한 장면이다. 이 영화를 관람하면서 지구 중력에 감사하는 마음이 드는 한편, 텅 빈 우주공간에 대한 공포심도 일었다. 영화 속 우주공간은 어떤 소리도, 빛도 없는 ‘진공’처럼 느껴졌다.
하지만 실제 우주정거장이 떠 있는 지구 근처의 우주공간은 수소, 헬륨 등으로 붐빈다. 태양계에서 지구 근처보다 행성들 사이의 우주공간이 더 희박하다. 평균 1cm3 공간에 10여 개의 분자만 발견되기 때문이다. 태양계를 벗어나면 어떨까. 별과 별 사이의 공간은 더 희박하지만, 그래도 평균 1cm3 공간에 1개 정도의 분자가 발견된다. 그렇다면 이 1개의 분자마저 없애 버린다면 무엇이 남을까. 아무것도 없는 텅 빈 공간이 남을 것인가.
이 질문은 영국의 입자물리학자이자 과학저술가인 프랭크 클로우스가 쓴 이 책에서 제기하고 있는 질문이다.

‘자연은 진공을 혐오한다’

이 책의 원제는 『The Void』이다. 영단어 ‘void’의 사전적 의미는 ‘(커다란) 빈 공간, 공동(空洞)’이다. 이 책은 제목이 암시하듯 텅 비어 있는 것 같은 (우주)공간에 대한 이야기다. 책의 본문에서 void란 단어는 때로 무(nothing), 때로 진공(vacuum)의 의미로 쓰이고 있다.
이 책은 빈 (우주)공간, 무(無), 진공의 정체를 알아내려고 노력해 온 인류의 역사를 담고 있다. 고대 철학자들이 무(無)와 진공에 대해 어떻게 생각했는지부터 양자역학을 포함한 현대 물리학에서는 진공의 정체가 무엇이라고 밝혀냈는지까지 흥미롭게 풀어내고 있다.
토리첼리 같은 과학자들이 공기를 뽑아내며 진공을 만들려고 노력했지만, 현대 과학, 특히 양자역학은 공기를 모두 제거하더라도 완벽한 진공을 만드는 것이 이론상 불가능하다는 사실을 보여준다. 이는 어떻게 본다면 ‘자연은 진공을 혐오한다’는 아리스토텔레스의 원리가 틀리지 않았다는 뜻이다.
양자역학의 불확정성 원리에 따르면, 진공은 텅 비어 있지 않고, 에너지, 입자, 장場 등으로 들끓고 있다. 즉 진공에서 전자와 양전자(반전자)와 같은 가상 입자들이 나타났다가 사라지기를 반복하고 있는데, 이를 ‘양자 요동’이라고 한다. 우주의 표준 모형에 따르면, 우주 속의 은하, 별, 행성, 그리고 인간은 태초에 있었던 이런 양자 요동에서 탄생했다.

아인슈타인의 최대 실수가 정답?

원자 규모의 미시 세계는 양자역학이 지배하

작가정보

저자(글) 프랭크 클로우스

저자 프랭크 클로우스(Frank Close)는 영국 옥스퍼드대학의 물리학 교수이자 엑시터칼리지의 선임연구원으로 대영제국4등훈장 수훈자(OBE)다. 영국과학진흥협회 부회장, 러더퍼드애플턴연구소 이론물리학분과 책임자, CERN의 커뮤니케이션ㆍ대중교육 책임자를 지냈다. 물리학 대중화에 기여한 공로로 1996년 물리학연구소가 수여하는 켈빈메달을 받았다. 2007년에는 영국 미디어에서 비전문가를 위한 탁월한 과학 글쓰기 공로로 신젠타상을 수상했다. 클로우스 교수는 책을 여러 권 집필했는데, 『Lucifer’s Legacy』(2000), 『The New Cosmic Onion』(2007), 『The Particle Odyssey』(2002), 『Antimatter』(2009), 『Neutrino』(2010), 『The Infinity Puzzle』(2011) 등이 있다.

번역 이충환

역자 이충환은 1995년 서울대 대학원에서 천문학 석사학위(우주론 전공)를 받았고 2012년 고려대 과학기술학 협동과정에서 과학언론학 박사학위를 받았다. 1999년 천문학 잡지 《별과 우주》에서 기자 생활을 시작했고, 2000년부터 과학종합미디어 《동아사이언스》의 과학전문기자로 활동하며 일간 《동아일보》와 월간 《과학동아》에 흥미진진한 과학 기사를 썼다. 《동아사이언스》에서 《과학동아》, 《수학동아》 편집장을 역임했으며, 현재는 콘텐츠사업팀 편집위원으로 있다. 옮긴 책으로 『상대적으로 쉬운 상대성 이론』(양문, 2002), 『빛의 제국』(양문, 2006) 등이 있고, 지은 책으로는 『블랙홀』(살림, 2003), 『반짝반짝, 별 관찰 일지』(웅진씽크빅, 2012), 『칼 세이건의 코스모스』(웅진 씽크빅, 2012) 등이 있다.