우주를 만든 수학자들

푸리에, 뉴턴, 맥스웰, 라그랑주와 해밀턴, 리만 기하, 아인슈타인, 뇌터로 읽는 우주의 설계도

사유의서재 지음

스마트북 2025년 11월 03일 출간

작품소개

책소개

밤하늘을 올려다볼 때 우리가 느끼는 경이로움은 사실 방정식의 언어로도 또렷하게 설명된다. 이 책은 파동의 분해에서 시작해 별의 구조, 빛의 규칙, 최소작용, 공간의 기하, 우주 팽창, 배경복사의 무늬, 엔트로피, 대칭과 보존, 블랙홀의 물리, 계산 가능한 우주까지 우주의 핵심 원리를 한 호흡으로 안내한다. 푸리에 변환은 하늘의 얼룩을 악보로 바꾸고, 뉴턴의 미분방정식은 별의 균형을 적으며, 맥스웰의 장 방정식은 빛을 하나의 언어로 묶는다. 라그랑주와 해밀턴의 작용 원리는 자연이 전체 여정으로 길을 고른다는 사실을 보여 주고, 가우스와 리만의 기하는 힘을 모양으로 치환해 중력을 읽게 한다. 프리드만의 해와 허블 법칙은 팽창사를 복원하며, 볼츠만의 엔트로피와 뇌터의 정리는 시간의 방향과 보존의 약속을 연결한다. 블랙홀의 면적과 호킹 복사는 경계가 정보의 장부가 될 수 있음을 말해 주고, 수치 우주론과 계산 복잡도는 예측의 한계와 가능성을 함께 가르친다. 수학과 물리가 어렵게 느껴지는 독자도 따라올 수 있도록 비유보다 정확한 문장과 단계적 전개로 구성했으며, 각 장은 오늘의 기술과 관측이 어떻게 우주의 문장을 해석하는지까지 이어진다. 과학 교양의 첫걸음부터 더 단단한 설명을 찾는 독자까지, 우주를 이해하는 데 꼭 필요한 개념만 정교하게 엮은 안내서다.

목차

프롤로그: 방정식이 밤하늘을 켠 날

1장 우주는 왜 파동으로 노래할까 — 푸리에 변환과 우주 배경의 스펙트럼

2장 만유인력은 어떻게 별을 엮을까 — 뉴턴의 미분방정식과 항성의 구조

3장 빛은 누구의 규칙으로 움직일까 — 맥스웰 방정식과 장의 통일

4장 자연은 왜 ‘최소한의 길’을 택할까 — 라그랑주·해밀턴과 작용의 원리

5장 공간은 어떻게 휘어질까 — 가우스·리만 기하가 연 무대

6장 시간은 어떤 방정식을 따라 흐를까 — 아인슈타인의 장방정식과 프리드만 해

7장 우주는 왜 팽창할까 — 르메트르, 허블, 그리고 Λ의 귀환

8장 우주의 무늬는 어떻게 태어났나 — 파워 스펙트럼, CMB, 바리온 음향 진동

9장 무질서는 왜 방향을 만든다 — 볼츠만의 엔트로피와 시간의 화살

10장 대칭은 무엇을 약속하는가 — 뇌터 정리와 보존법칙의 우주

11장 블랙홀은 무엇을 잊지 못하는가 — 펜로즈의 도해에서 호킹 복사까지

12장 우주는 계산될 수 있을까 — 콜모고로프·튜링·카오스와 수치 우주론

에필로그: 별이 된 방정식, 우리 안의 우주

책 속으로

우주는 한 가지 박자로 움직이지 않는다. 흔들림은 여러 물결의 합으로 보이고, 우리는 그 합을 빠르기별 재료표로 바꾸어 읽는다. 별은 감정이 아니라 숫자의 균형으로 빛나며, 안으로 당기는 중력과 밖으로 미는 압력이 맞설 때 설계도가 완성된다. 빛은 전기와 자기의 떨림이 서로를 밀어 올리며 달리는 파동이고, 자연은 순간의 최선이 아니라 전체 여정이 알맞아지는 길을 고른다. 공간의 모양이 곧 힘이 되면 중력은 기하의 언어로 번역되고, 우주의 자가 커지는 역사는 스케일 팩터라는 한 함수로 요약된다. 하늘의 얼룩은 파워 스펙트럼이라는 악보로 읽히고, 엔트로피는 가능한 미시 상태의 수가 늘어나는 방향으로 시간을 밀어 넣는다. 대칭은 보존을 약속해 에너지와 운동량, 각운동량이 장부처럼 맞춰지고, 블랙홀의 경계는 면적에 비례한 정보를 저장한다. 끝으로 계산은 세계를 압축하고 다시 펼치는 일이며, 우리는 통계와 시뮬레이션으로 예측의 기한을 인정하면서도 더 정확한 악보를 그려 나간다.

출판사 서평

방정식이 세상을 멀게 만든다는 오해를 단숨에 거둬 내는 책이다. 우리가 밤하늘을 보며 느끼는 질문 우주는 왜 질서를 만들고 혼돈을 키우는가, 빛은 무엇의 규칙을 따르는가, 시간은 왜 한쪽으로 흐르는가를 추상과 수식 대신 정확한 한국어 문장으로 차근히 풀어낸다. 독자는 파동과 균형, 장과 작용, 기하와 곡률, 팽창과 엔트로피, 대칭과 보존, 블랙홀의 온기와 정보, 계산과 예측의 한계라는 열두 개의 관문을 통과하며 과학사의 이름들이 왜 지금도 유효한지 자연스럽게 이해하게 된다. 복잡한 현상을 간단한 재료표로 바꾸는 푸리에의 시선, 별을 지탱하는 네 줄의 미분방정식, 빛을 하나의 장으로 묶은 맥스웰의 통찰, 공간의 모양으로 중력을 설명하는 리만의 무대, 프리드만의 팽창식과 허블의 데이터, 볼츠만의 엔트로피 수와 뇌터의 보존 정리, 호킹 복사와 블랙홀의 장부까지 핵심만 촘촘히 연결한다. 그래서 이 책은 ‘과학을 외우는 독서’가 아니라 ‘세계의 문장을 읽는 훈련’이 된다. 지금 우주를 처음부터 새로 배우려는 독자, 더 단단한 설명을 찾는 독자에게 이 책을 권한다. 오늘 밤 하늘을 다시 볼 준비가 되었다면, 이 한 권이 가장 좋은 길잡이다.

인물정보

저자(글) 사유의서재

사유의서재는 철학·과학·역사 등 인문사회 전반의 고전과 현대 담론을 교차 분석해 실행 가능한 인문 기술서를 집필하는 프로젝트 그룹이다. 철학을 감상의 언어가 아닌 운영과 성장의 언어로 번역하며, 질문–적용–점검 루틴을 통해 독자가 스스로 사고 체계를 세우도록 돕는다.