우주는 어떻게 시작됐는가

마쓰바라 다카히코 지음 | 원회영 옮김

리가서재 2022년 02월 23일 출간 국내도서 : 2022년 02월 20일 출간

작품소개

책소개

이 세상은 어떻게 태어났을까?
‘존재의 근원’을 찾아가는 과학자들의 분투기

우리는 가끔 ‘이 세상이란 과연 무엇이고, 이 세상은 어떻게 생겨났을까’라는 의문을 품는다. 그래서 신화나 종교, 철학에서는 일찍이 그 질문에 대한 답을 나름대로 제시해보고자 했다.
하지만 과학 분야에서는 좀체 그 질문에 대한 답을 찾으려는 엄두를 내지 못했다. 객관적인 사실에 기반하는 과학으로서는, 사실관계가 뒷받침되지 않은 채로는 탐구할 수가 없었기 때문이다. 그러나 20세기 후반부터 우주의 진화를 다루는 ‘우주론’이 크게 발달하면서 ‘우주의 시작’이라는 이 ‘신의 영역’에 과학자들도 발을 담그게 되었다. 스티븐 호킹을 비롯한 내로라하는 과학자들이 이 문제에 정면으로 맞서면서 나름의 해석과 관점을 내놓았다.
이 작업은 난해한 만큼 현대과학의 모든 것이 동원된다. 그래서 이 책에서는 소립자론과 양자론, 일반상대성이론을 설명한 다음, 이를 토대로 현재까지 나온 다양한 관점들, 예컨대 스티븐 호킹의 ‘무(無)로부터의 우주 탄생론’, 존 휠러의 ‘참가형 우주’, 휴 에버렛의 ‘다중 우주론’ 등을 소개한다.
우주의 시작은 아직 답을 찾지 못한 문제지만, 그 답을 찾기 위해 과학자들이 어떻게 분투하는지를 이 책은 잘 보여준다. 양자론과 일반상대성이론이 상식적인 사고로는 당최 이해할 수 없는 이론이듯이, 우주의 시작에 관한 주장들도 상식과 직관만으로는 이해하기 어렵고, 심한 경우 황당하다고 느낄 수도 있다. 하지만 과학의 역사가 보여주듯이, 모든 새롭고 혁명적인 이론은 늘 기존의 상식을 뒤집는 대담한 발상으로부터 태어났다. 설사 그런 발상들이 잘못된 것으로 판명이 나더라도, 그것을 토대로 삼아 한발씩 앞으로 나아갈 수 있다. 이 책은 그런 다이내믹한 사고를, 수필을 읽듯이 친절하고 알기 쉽게 소개한다.

이 책에 등장하는 과학자들의 우주 탄생에 관한 관점을 몇 가지만 추려보면 다음과 같다.
ㆍ 스티븐 호킹의 ‘무로부터의 우주 탄생론’과 ‘톱-다운형 우주’
: 우주의 시작에서는, 우주가 탄생한 것과 탄생하지 않은 것이 양자적으로 중첩돼 있다. 이 상태로부터 우주를 탄생시키는 것은 현재 우주에서 인간이 우주 자체를 관측할 때이다. 결국 우주의 역사는 시작점에서부터 차근차근 진행되는 ‘보텀-업’형이 아니라, 현재가 과거를 결정하는 ‘톱-다운’형이다.
ㆍ 존 휠러의 ‘관찰자 참가형 우주론’과 ‘정보 우주론’
: 시간과 공간을 포함해 이 세계의 모든 것은 ‘정보’의 모임이다. “모든 것은 비트에서 나온다(it from bit)”. 따라서 우주는 그것을 관측해야만 존재할 수 있다. 관측자가 참가하지 않으면 우주의 존재도 없다. 우주의 존재 자체가 관측자가 행하는 정보처리 자체이기 때문이다.
ㆍ 휴 에버렛의 ‘다(多)세계 해석’과 ‘다중 우주론’
: 양자론에 등장하는 중첩 상태는, 현실로 존재할 잠재적 가능성이 아니라 실제로 모두 현실이 된다. 같은 관측자가 다른 결과를 얻을 수 있는 세계는 무수히 많고, 그 때 관측자는 다른 세계에 사는 것이 된다. 단지 인간이 그런 분열을 느낄 수 없어 하나의 세계만 인식할 수 있을 뿐이다. 실제로는 관측되지 않은 무수한 우주가 존재한다.

목차

들어가며

제1장: ‘우리 우주’에는 시작이 있다
1-1: 우주는 영원불변한 존재가 아니다
1-2: 우주의 시작에 대해 생각한다
1-3: 표준빅뱅이론을 신뢰할 수 있는 이유
1-4: 우주 인플레이션

제2장: ‘無’로부터의 우주 탄생론
2-1: ‘무(無)’란 무엇인가
2-2: 우주의 경계조건
2-3: 우주의 시작과 ‘무’
2-4: 우주는 정말 ‘무’에서 시작되었을까

제3장: 양자론과 우주론
3-1: 양자론의 의미
3-2: 고전물리학은 따분하다?
3-3: 양자론은 고전물리학을 뒤엎는다
3-4: 신은 주사위 놀이를 한다
3-5: 중력을 양자화하는 이론은 미완성
3-6: 중력의 양자론을 검증하는 일의 어려움
3-7: 양자우주론

제4장: 상대성이론과 우주론
4-1: 시간과 공간은 단순한 무대인가
4-2: 아인슈타인의 등장
4-3: 운동의 상대성이란
4-4: 중력이란 무엇일까
4-5: 시공간이 휘어져 있다는 것의 의미
4-6: 중력은 빛을 휘게 한다
4-7: 우주를 모델화하다
4-8: 우주 팽창의 발견과 르메트르
4-9: 우주는 어디를 향해 팽창하는가

제5장: 소립자론과 우주론
5-1: 소립자론을 우주론에 응용하다
5-2: 빅뱅이론과 원자핵 물리학
5-3: 현재의 우주에 있는 다양한 원소의 기원
5-4: 3중 알파반응의 기발함
5-5: ‘인간원리’란 무엇인가
5-6: 소립자론에서 보는 다중우주
5-7: 우주론에서 말하는 다중우주

제6장: 우주의 시작에 답은 있는가
6-1: 우주의 시작이라는 의문
6-2: 휠러의 ‘참가형 우주’
6-3: 호킹의 ‘톱-다운형 우주’
6-4: 휠러와 다(多)세계 해석
6-5: 우주관(宇宙觀)은 돌고 돈다
6-6: 정보와 우주
6-7: 플랑크톤이 매우 똑똑하다면.

맺는말

작가정보

저자(글) 마쓰바라 다카히코

저자 : 마쓰바라 다카히코
1966년생. 교토대학 이학부를 졸업한 후 히로시마대학 대학원 이학연구과에서 박사 학위를 받았다. 나고야대학 대학원 이학연구과 준교수를 거쳐, 현재 KEK(고에너지 가속기 연구기구) 교수다. 2012년에는 일본천문학회가 저명한 천체물리학자인 하야시주시로(林忠四郞, 1920~2010년)를 기리기 위해 제정한 하야지주시로상을 받았다. 저서로 『우주에 바깥은 있는가』 『우주는 무한한가, 유한한가』 『현대 우주론』 『우주론의 물리(상·하)』 『대규모 구조의 우주론』 『우주의 탄생과 종말』 『우주의 암흑 에너지』 등이 있다. 국내에는 『물리학은 처음인데요(원제: 눈에 보이는 세계는 환상인가)』 『물리학으로 풀어보는 세계의 구조』가 번역, 출간돼 있다.

역자 : 원회영
서울대를 나와 과학 분야 책을 주로 번역해 왔다. 옮긴 책으로 『아인슈타인의 철학과 상대성이론』 『중력의 발견』 『빅 북 사이언스』 『우주는 무한한가, 유한한가』 (근간) 등이 있다.

번역 원회영