우주의 수학

케플러와 뉴턴, 아인슈타인 방정식에 담긴 우주를 읽고 푸는 법

스토 야스시 저자, 전종훈 번역, 강성주 감수 지음

플루토 2025년 10월 17일 출간 국내도서 : 2024년 04월 09일 출간

작품소개

책소개

수학은 우주의 모든 것을 설명할 수 있을까? 전체 우주를 지배하는 수학적 법칙이 있을까? 수학과 우주는 어떤 관계일까? 수학은 발명일까, 발견일까?
도쿄대학교 스토 야스시 교수는 우주의 구조와 은하의 진화를 연구하는, 전 세계 우주론을 대표하는 학자이다. 저자는 《우주의 수학》에서 우리 우주가 수학적 법칙에 의해 지배된다는 놀라운 사실을 독자에게 보여준다. 우주의 법칙은 수학을 통해 놀라울 정도로 구체적으로 우주를 표현한다. 행성의 운동과 물체의 운동을 정확하게 설명한 케플러 법칙과 뉴턴의 만유인력 법칙은 수학 방정식으로 표현된다. 아인슈타인의 방정식 E=mc2에는, 원자핵 같은 아주 작은 세계부터 드넓은 우주에서 일어나는 폭발에 이르기까지 모든 종류의 에너지 변환에 대한 지식이 들어 있다《우주의 수학》은 우리가 사는 세상을 가장 구체적이고 정확하게 표현하는, 언어로서의 수학을 소개한다. 언제부터 우주의 법칙을 수학으로 표현하게 되었는지, 왜 수학이 우리 우주를 설명하는 가장 좋은 언어인지, 과학자들은 수학을 사용해 우주의 비밀을 어떻게 읽고 쓰는지 설명한다.
그렇다고 해서 이 책이 복잡한 수학 방정식의 구체적 의미를 다룬다거나, 독자에게 수학 방정식을 이해시키는 것이 목적은 아니다. 예술 작품을 감상하듯이 수식의 아름다움을 느끼고, 누구나 이 세계를 수식으로도 표현할 수 있다는 사실을 알 수 있으면 된다.

목차

감수자의 글
들어가며

1장 이 책에 나오는 수식을 즐기는 법
낯선 수식에 익숙해지기
느껴봐요, 수식의 아름다움!
무질서 속에 숨어 있는 숫자의 조화로운 규칙
라마누잔, 수학 천재의 세계
수식은 어떻게 자연의 신비를 풀어낼까

2장 세계를 지배하는 법칙
법칙과 법률은 다르다
법칙을 발견하는 과정
떨어지는 사과와 지구의 공전은 같은 현상
사회에 꼭 필요한 미분방정식
기본적인 질문에 대한 답변 ① 만유인력 법칙이란
우주를 아우르는 아인슈타인 방정식
기본적인 질문에 대한 답변 ② 수식으로 우주를 아우른다는 것은
무슨 뜻일까
점술가와 과학자의 차이
법칙은 세계의 반영일까 아니면 그 이상일까
법칙은 우주 어디에 숨어 있을까
기본적인 질문에 대한 답변 ③ 수학은 무엇이든지 설명할 수 있을까

3장 우주관의 변화: 뉴턴 이론의 발전
고대 철학자들이 상상한 아름다운 우주
기본적인 질문에 대한 답변 ④ 망원경이 없던 시대에 어떻게 행성의
순서를 알았을까
우주는 꼭 아름다워야만 할까
뉴턴의 법칙이 틀릴 리 없다는 확신
상상 속 행성 벌컨
뉴턴의 법칙이 설명하는 우주의 운동
우리의 지성은 아직 네안데르탈인 수준에 머물러 있을지도 모른다
기본적인 질문에 대한 답변 ⑤ 과학자는 왜 아름다움에 집착할까
행성 X와 명왕성

4장 일반상대성이론은 우주의 질서를 모두 설명할 수 있을까
아인슈타인은 상대성이론을 발명한 것일까, 발견한 것일까
수학, 세계를 기술하는 언어
일식으로 검증된 일반상대성이론
상대성이론의 행운
기본적인 질문에 대한 답변 ⑥ 공간이 휘어진다는 것은 어떤 의미일까
아인슈타인 인생 최대의 실수
기본적인 질문에 대한 답변 ⑦ 우주상수와 중력은 어떤 관계일까
버려졌던 아인슈타인의 우주상수
조지 가모가 남긴 일화
복잡한 일반상대성이론의 간단한 핵심
기본적인 질문에 대한 답변 ⑧ 아인슈타인과 허블의 경쟁

5장 우주에서 가장 오래된 고문서의 암호 수학으로 풀다
빅뱅은 대폭발도 아니고 우주 탄생의 시작도 아니다
우주 전역에서 동시에 일어난 빅뱅
우주의 지평선을 넘어서
기본적인 질문에 대한 답변 ⑨ 우주는 언제 어떻게 탄생했을까
우주에서 가장 오래된 빛
우주에서 오는 수수께끼의 잡음
우주의 과거를 밝히는 CMB
은하계 전체 모습을 보고 싶다
지금의 우주를 만든 아주 작은 차이
우주에서 가장 오래된 고문서의 암호
기본적인 질문에 대한 답변 ⑩ CMB의 존재는 어떻게 알 수 있을까
우주를 특징짓는 여섯 가지 변수
우주는 무엇으로 되어 있을까
기본적인 질문에 대한 답변 ⑪ 우주와 나의 연결고리

6장 우주를 관측하는 새로운 도구 블랙홀과 중력파
공간이 휘었다니
중력파로 전달되는 공간의 왜곡
중성자별의 놀라운 비밀
우주에서 온 신호, 지구 밖 생명이 보낸 걸까
쌍성 펄서에서 찾은 중력파
일반상대성이론, 블랙홀의 존재를 예측하다
블랙홀, 수학이 먼저 예측한 보이지 않는 존재
우주에서 가장 밝은 존재
기본적인 질문에 대한 답변 ⑫ 블랙홀 속으로의 여행, 과연 가능할까
지상에서 검출한 중력파
13억 광년 떨어진 블랙홀로부터 온 중력파
기본적인 질문에 대한 답변 ⑬ 지구도 중력파를 방출할까
물리법칙이 예언하는 현상은 반드시 일어난다
기본적인 질문에 대한 답변 ⑭ 지구를 향한 원소의 여정

7장 법칙, 수학 그리고 우주
법칙이 우주를 지배한다는 증거
수학, 법칙을 기술하는 언어
우주 그 자체가 법칙이다
모두가 사라진 다음의 우주는 존재하는가

마치며
참고문헌

작가정보

저자(글) 스토 야스시 저자, 전종훈 번역, 강성주 감수

1958년 일본 고치현에서 태어났으며, 현재 도쿄대학교 대학원 이학계연구과 물리학 전공 교수이다. 도쿄대학교 이학부 물리학과를 졸업하고, 동대학원 이학계연구과에서 물리학 전공으로 박사학위를 받았다. 전공 분야는 우주물리학이며, 특히 우주론과 태양계 밖의 행성에 관한 이론 및 관측 연구를 진행하고 있다. 지은 책으로 《물체의 크기ものの大きさ》 《해석역학‧양자론解析力學‧量子論》 《인생에 상대성이론人生一般ニ相對論》(이상 도쿄대학교 출판회, 국내 미출간) 《부자연스러운 우주不自然な宇宙》(고단샤 블루백스, 국내 미출간) 등이 있다./서울대학교와 일본 도쿄대학교에서 전자공학을 공부했다. 북유럽에서 디자인을 공부한 후 산업 디자이너로 활동하면서 엔터스코리아에서 일본어 전문 번역가로 활동하고 있다. 옮긴 책으로 《처음 읽는 양자컴퓨터 이야기》 《직감하는 양자역학》 《청소년을 위한 인공지능 해부도감》 《AI 시대, 문과생은 이렇게 일합니다》 《비행기 역학 교과서》 《선박 구조교과서》 《비행기 구조 교과서》 등이 있다./우주 이야기 들려주길 좋아하는 천체물리학 박사이자 과학 커뮤니케이터이다. 미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스University of Texas at Austin 물리학과·천문학과를 졸업했으며, 아이오와주립대학교Iowa State University에서 천체물리학 박사학위를 받았다. 이후 한국천문연구원 선임연구원2015~2020과 국립과천과학관 기상연구사2021~2023를 지냈다. 현재 과학 전문 유튜브 채널 〈안될과학〉의 연구원으로 활동하고 있다. 2023년 한국과학기자협회에서 선정한 과학 커뮤니케이터상을 받았다.