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엘러건트 유니버스 : 초끈이론과 숨겨진 차원, 그리고 궁극의 이론을 향한 탐구 여행[양장]

원제 : THE ELEGANT UNIVERSE : SUPERSTRINGS, HIDDEN DIMENSIONS AND THE QUEST FOR THE ULTIMATE THEORY
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책소개

우주의 심오한 원리를 가장 가까운 곳에서

[엘러건트 유니버스]는 가장 아름답고 가장 어렵기로 소문난 최첨단 이론물리학을 가장 쉽고 명쾌한 언어로 설명한 책이다. 독자들은 이 한 권의 책을 통하여 우주의 심오한 원리를 가장 가까운 곳에서 보고 느낄 수 있을 것이다. [엘러건트 유니버스]는 끈이론이라는 이론 물리학의 한 분야를 이러한 테두리 안에서 훌륭하게 서술한 책이라 할 수 있다. 그린은 컬럼비아 대학의 수학과 및 물리학과 교수이며, 끈이론의 선두 주자이기도 하다. 이 책에는 끈이론의 기본 개념과 야심에 찬 포부가 매우 분명하고 조리 있게 서술되어 있다. 저자는 지난 10년 사이에 새롭게 알려진 사실들을 가능한 한 자세하게 설명했고, 솔직하고 공정한 관점에서 설명했다. 과학 분야를 전공하고 있는 대학생, 대학원생이나 교사들은 특수상대성 이론과 일반 상대성이론, 양자역학 등 통일장이론의 근간을 이루는 기본 개념들을 이 책을 통해 다시 한 번 확고하게 다질 수 있을 것이다.

출판사 서평

이 책은 과학적 기초 지식을 이미 갖춘 사람들에게도 도움이 될 수 있다. 과학 분야를 전공하고 있는 대학생, 대학원생이나 교사들은 특수상대성 이론과 일반 상대성이론, 양자역학 등 통일장이론의 근간을 이루는 기본 개념들을 이 책을 통해 다시 한 번 확고하게 다질 수 있을 것이다. 저자는 지난 10년 사이에 새롭게 알려진 사실들을 가능한 한 자세하게 설명했고, 솔직하고 공정한 관점에서 설명했다.

물리학은 모든 과학의 기초일 뿐만 아니라 국가 발전에 있어서 큰 역할을 담당하고 있음에도 불구하고, 과거 천재들이 가장 선망하던 대학의 물리과는 인기가 떨어지고, 이공계 대학생들 역시 어렵다는 이유로 물리 공부하는 것을 기피하는 실정입니다. 그런데다 우수한 상당수의 이과 학생들마저도 의대로 진학하는 분위기여서 미래 국가 경쟁력에 큰 차질이 예상됩니다. 이에 도서출판 승산은 물리학에 대한 국민들의 관심을 높이고, 수학과 과학에 대한 올바른 학습문화를 만들어간다는 자세로 단행본 물리학 서적 13권을 기획하였습니다. 그 중 3권 발견하는 즐거움(4쇄), 조지 가모브 물리열차를 타다(3쇄), 일반인을 위한 파인만의 QED 강의(3쇄)는 이미 출판되어 절찬리에 판매중입니다. 물리학 서적 중 네 번째로 출간되는 "엘러건트 유니버스"는 국제적인 초베스트셀러로서 물리학 전공자들뿐만 아니라 수학과 물리학을 잘 모르는 일반 대중들에게 지적 호기심을 자극하고, 뉴턴 역학부터 21세기 첨단 우주론의 방향을 이해하게 하는 데 크게 기여할 것입니다.

물리학의 첨단 이론을 원래의 모습대로 우아하게 설명하기란 결코 쉽지 않다. 그러나 브라이언 그린은 10차원 또는 11차원 끈이론의 신비를 낱낱이 파헤쳐서, 찢어졌다가 다시 붙는 시공간을 비롯하여 가장 작은 쿼크로부터 거대한 초신성에 이르기까지, 미세한 끈의 진동으로 생성. 유지되고 있는 이 우주의 모든 비밀을 귀에 익은 언어로 우리에게 설명해주고 있다. 그린은 신비한 우주의 정체를 드러내는 데 거창한 표현을 구사하지 않는다. 그는 정원에 물을 뿌리는 수도용 호스에서 끈이론의 핵심 개념을 유추해낸다. 엘러건트 유니버스는 가장 아름답고 가장 어렵기로 소문난 최첨단 이론물리학을 가장 쉽고 명쾌한 언어로 설명한 책이다. 독자들은 이 한 권의 책을 통하여 우주의 심오한 원리를 가장 가까운 곳에서 보고 느낄 수 있을 것이다.

과학의 기본은 상호 관계를 찾아내는데 있다. 물리학을 예로 들자면 전기와 자기, 그리고 빛의 성질을 통합하여 전자기학이 탄생하였고, 열의 원인이 원자의 운동이라는 사실로부터 열역학과 뉴턴역학이 통합되었으며, 원자와 분자구조가 규명되면서 물질의 화학적 성질들이 이해되기 시작하였다. 이러한 새로운 발견들은 실험과 이론의 적절한 상호 협조 하에 이루어지는 것이 일반적인 사례이다. 실험을 통해 알려진 현상을 설명하기 위해 이론이 개발될 수도 있고, 새로운 이론을 검증하기 위해 실험이 실행될 수도 있다. 하나의 이론이 과학적 설득력을 가지려면, 우선 자체모순이 없어야 한다. 최근에 브라이언 그린이 집필한 [엘러건트 유니버스]는 끈이론이라는 이론 물리학의 한 분야를 이러한 테두리 안에서 훌륭하게 서술한 책이라 할 수 있다. 그린은 컬럼비아 대학의 수학과 및 물리학과 교수이며, 끈이론의 선두 주자이기도 하다. 이 책에는 끈이론의 기본 개념과 야심에 찬 포부가 매우 분명하고 조리 있게 서술되어 있다.

지난 1000년간에 걸친 과학의 미스터리 중 상당수는 지난 50년 사이에 해결되었다. 현대 물리학은 지금 두개의 커다란 기초 위에 쌓아 올려지고 있는데, 이 중 하나가 천문학적 스케일에 적용되는 아인슈타인의 일반상대성이론이며, 다른 하나는 원자 이하의 초미세영역을 설명해주는 양자역학이다. 이 두개의 이론은 지금까지 수많은 실험을 거치면서 그 신뢰도가 이미 입증되었다. 그러나 문제는 이 둘을 동일한 대상에 적용할 수 없다는 사실이다. 일반상대성이론에 의하면 우리가 살고 있는 시공간은 부드러운 곡선을 그리며 휘어져 있는 중력장으로 표현되는데, 이것이 극미세 영역으로 가면 불확정성 원리에 의해 그야말로 마구잡이로 왜곡된 공간이 되기 때문이다.

그런데 물리학은 왜 지금까지 와해되지 않았는가? 지금까지는 이 두개의 이론을 동시에 적용해 본 적이 없었기 때문이다. 그러나 초창기 우주의 성질을 이해하기 위해 두 이론을 초미세 영역에 동시 적용한 후로부터 물리학은 휘청거리기 시작했다. 그리고 이 문제를 해결하기 위해 탄생한 것이 바로 끈이론이다. 끈이론에 의하면 만물을 이루는 최소 단위는 점입자가 아니라 고유의 진동패턴을 갖는 끈으로서, 이들의 진동방식에 따라 입자의 질량이나 힘전하등이 결정된다. 그런데 끈은 크기가 너무나도 작기 때문에 그 정체를 추적하는 데에는 한계가 있을 수밖에 없다. 그리고 다행히도 양자역학과 일반상대성이론이 충돌을 일으키는 영역은 이 한계를 벗어난 극미세 영역이므로 더 이상 문제될 것이 없다.
- Scientific America (Chris Quigg)

하나의 교향곡처럼 잘 조화된 하모니를 이루는 물리학을 상상해 보자. 개개의 악기는 각자의 고유의 화음을 3차원의 형태로 연주하고 있다. 날렵한 형태의 바이올린과 돌돌 감긴 금속형의 호론, 그리고 천사의 날개 모양을 닮은 하프와 팬케이크처럼 생긴 심벌즈 등이 한데 어우러져 완벽한 조화를 드러낸다...... 이것은 전혀 몽상이 아니다. 브라이언 그린의 저서 [엘러건트 유니버스] 안에서 실제로 일어나고 있는 상황이다.

1995년에 커다란 혁명기를 겪은 후로, 끈이론는 이제 어느 누구도 무시할 수 없는 '물리학의 희망봉'으로 그 입지를 굳히고 있다. 1980년대에는 끈이론이 '4차원 시공간과 6차원의 숨겨진 공간'을 주장하였으나, 지금은 난립하고 있는 여러 개(5개)의 끈이론들을 다시 하나로 통합하기 위해 학자들은 M-Theory(여기서 M은 'Magic', 'Mystery', 'Membrane', 'Mother', 'Matrix' 등 다중적 의미를 담고 있다.)에 시선을 집중하고 있다. 이것은 우리의 기존 상식이나 현실 세계와 너무나도 동떨어져 있기 때문에, 이해는 고사하고 그런 세계를 상상하는 것조차 어려워 보인다. 그러나 컬럼비아 대학의 물리학자이자 수학자인 브라이언 그린 덕분에, 우리는 끈이론을 이해할 수 있게 되었다. 그린은 자신의 탁월한 설명력과 다양한 사례들을 동원하여 최첨단의 이론 물리학을 일반인들의 눈앞에 펼쳐 보이고 있다. 마치 어린아이를 가르치듯이 세세한 설명을 하다가도, 필요한 부분에 가서는 일대 도약을 하면서 끈이론으로 가는 길을 인도하고 있는 것이다.

[엘러건트 유니버스]는 가장 어려운 물리학을 가장 쉽게 전달하려는 목적으로 집필된 책이다. 평소 복잡한 논리를 꺼려하는 독자들이라 해도, 이 책을 통해 '11차원의 커피'에서 나는 그윽한 향기를 맛볼 수 있을 것이다. 만일 끈이론이 결국 틀린 것으로 판명된다 해도, 그 아이디어만은 끝까지 살아남아서 차세대의 혁명을 주도할 것이다. 끈이론은 1960년대 말에 쿼크quark의 결합 상태를 설명하기 위해 처음으로 제시되었으나, 당시에는 학자들의 관심을 끌지 못했다. 끈이 살고 있는 세계가 26차원인 데다가, 빛보다 빠르게 움직이는 입자들까지 양산되었기 때문이다. 결국 학자들은 쿼크의 문제를 다른 방법으로 해결하였고, 끈이론은 폐기처분 되는 듯 했다. 그러나, Caltech(캘리포니아 공과대학)의 물리학자인 슈바르츠는 26차원을 10차원으로 줄이고 빛보다 빠른 입자들을 제거시킴으로써 끈이론을 화려하게 부활시켰다. 그리고 부활된 끈이론은 쿼크끼리의 상호작용뿐만 아니라, 그동안 베일에 싸여 있었던 중력의 비밀까지도 밝혀줄 가능성을 갖고 있었다.

이 책에서 저자는 끈이론을 성급하게 유도하지 않는다. 끈이론의 필수 불가결한 성질을 강조하기 위해, 우선 상대성이론과 양자역학의 핵심을 일목요연하게 정리한 후에, 이들이 서로 충돌을 일으키는 지점으로 독자들을 안내하고, 그곳에 가서야 비로소 비장의 무기인 끈이론을 제시하는 것이다. 양자역학의 주된 대상은 미시세계이고, 일반상대성이론은 천문학적 스케일에 적용되는 이론이므로, 이들이 조화롭게 섞이지 못하는 것은 그리 놀랄만한 일이 아니다. 그런데, 이 두 분야의 방정식을 한데 합쳤을 때 '무한대'의 해가 나온 것은 물리학에 닥친 일대 재난이었다. 이 문제를 성공적으로 해결할 수 있는 이론은 지금까지의 결과로 볼 때 끈이론이 유일한 후보이다. 물론, 끈이론을 받아들이려면 시공간에 대한 기존의 개념들을 완전히 포기해야 한다. 그래서 독자들이 난처함을 느낄 때, 저자는 "걱정할 것 없다. 누구나 겪는 일이다. 이 우주의 본성이 원래 인간의 직관과는 딴판이었다고 생각하라. 그것을 이해하는 사람은 아무 도 없다."며 위로의 말을 던지고 있다.

추천사

"그린은 추상적인 물리학의 원리들을 생생하고 재미있는 언어로 명쾌하게 풀어냈다. 그는 끈이론의 아름다움에 매료된 학자로서, 그 속에 숨겨져 있는 진리를 논리적으로 규명하고, 그 결과를 독자들과 공유하기 위해 이 책을 집필하였다."
- Chicago Tribune

"사색적이면서도 결코 경시할 수 없는 교양과학 서적이다...... 엘러건트 유니버스는 끈이론을 명쾌하게, 그리고 아름답게 설명해주고 있다. 그것은 한 학자의 개인적 연구담인 동시에 거대한 지성의 흐름이기도 하다."
- Scientific American

"끈이론은 스티븐 호킹이 블랙홀의 내부를 들여다 본 이후로 물리학계의 ‘뜨거운 감자’가 되었다...... 그린은 이것을 누구나 이해할 수 있는 일상적 언어로 풀어내고 있다."
- San Francisco Chronicle

"그린은 끈이론의 원리를 일상적인 언어로 설명해내는 어렵고도 뜻 깊은 작업을 훌륭하게 완수했다. 이 책에는 끈이론이 제안하는 새로운 시공간의 구조가 영감어린 필체로 깔끔하게 소개되어 있다."
- New Scientist

"한마디로, 놀라운 책이다. 그린은 흥미진진한 학문(끈이론)을 생생한 삶의 현장으로 옮겨다 놓았다."
- Nature

"브라이언 그린의 걸작으로 남을 이 책은 최첨단의 끈이론을 설명한 최상의 교양과학 도서이다."
- London Morning Star

"그린은 물리학이나 수학 용어를 전혀 사용하지 않은 채로 방대한 양의 정보를 한 권의 책 속에 담아냈다. 이 책은 첨단 물리학의 백과사전으로도 전혀 손색이 없다...... 이 책을 읽다 보면 그린의 열정과 흥분감에 동화되지 않을 수 없다."
- The Philadelphia Inquirer

"너무나도 매혹적인...... 훌륭한 업적이다...... 그린은 수학 방정식을 단 하나도 나열하지 않고 일상적인 언어만 사용하여, 물리학자들이 끈이론에 자신의 삶을 흔쾌히 바치는 이유를 설득력 있게 설명하고 있다...... 그린의 책을 읽다 보면, 독자들은 지독하게 추상적인 끈이론을 편한 마음으로 대하게 될 것이며, 그것이 결코 좌시될 수 없는 심오한 이론임을 온 몸으로 느끼게 될 것이다."
- Sunday Telegraph(London)

"그린은 지성과 위트, 그리고 뛰어난 안목으로 이 한 권의 책을 완성하였다."
Alan Lightman(Einstein’s Dream의 저자), - Havard Magazine

"그린은 끈이론의 난해한 개념들을 멋진 비유로 아름답게 풀어내고 있다. 엘러건트 유니버스는 정말로 읽을 만한 책이다...... 아인슈타인이 살아있다면, 그도 이 책을 권했을 것이다."
- Discover Magazine(London)

"브라이언 그린은...... 끔찍하게 복잡한 끈이론을 모든 사람들이 이해할 수 있게 해준 물리학의 전도사이다. 그는 인간의 지각을 넘어선 고차원의 세계에서 진행되고 있는 물리적 현상들을 쉽고 재미있는 언어로 우리에게 이해시키고 있다."
- Publishers Weekly

"- 시간의 역사 A Brief History of Time 후에 이처럼 돌풍을 일으킨 책은 없었다."
- Sunday Times(London)

"브라이언 그린은 특유의 필체로 일반인들에게 최첨단 물리학을 전도하고 있다."
- The Christian Science Monitor

"우주론과 물리학의 최첨단에서 바라본 세상을 방정식 없이 훌륭하게 서술한 책"
- American Scientist(London)

"그린은 최첨단의 과학적 개념들을 일반인들에게 풀어주는 훌륭한 재능을 갖고 있다. 이 책을 읽은 독자들은 그의 영감 어린 화술에 탄복할 것이다."
- Astronomy Magazine

"엘러건트 유니버스는 과학 분야의 명 고전들과 어깨를 나란히 할 만한 새로운 명작이다...... 독자들은 이 한 권의 책으로 끈이론의 아름다움을 충분히 느낄 수 있을 것이다."
- The New York Times(London)

"그린은 끈이론의 핵심 개념과 그 의미를 일반 독자들에게 알리기 위해 커다란 노력을 기울였다. 그는 복잡다단한 첨단 물리학의 세계를 한 권의 책에 담아내는 훌륭한 업적을 이루어냈다."
- Science News

저자는 독자들을 끈이론의 세계로 이끌면서 수시로 질문을 던지고 있다. 감춰진 차원의 수는 왜 하필 7개인가? 더 많거나 적으면 왜 안 되는가? 이들은 왜 눈에 보이는 차원처럼 평평하지 않고 좁은 영역 속에 감겨진 채로 존재하는가? 끈이론에 등장하는 끈은 무엇으로 이루어져 있는가? 끈이론이 그토록 간단하고 아름다운 답을 줄 수 있다면, 이전의 물리학자들은 왜 이러한 사실을 간파하지 못했는가? 끈이론은 이 모든 질문들에 답을 줄 수 있어야 한다. 물론, 아직은 만족할 만한 답을 얻어내지 못했다. 그러나 저자는 이 해답을 향하여 커다란 족적을 남긴 끈이론 학자로서, 조심스럽고도 분명하게 그 가능성을 제시하고 있다. 과연 이 우주는 끈의 진동패턴에 의해 그 운명이 좌우되고 있는가? 앞으로 시간이 지나면 끈이론의 진위여부는 판가름 날 것이다. 그러나 결과가 어떻게 나건 간에, [엘러건트 유니버스]는 현대 물리학을 바라보는 독자들의 시야를 전 우주적 스케일로 넓혀줄 것이다.
- LA Times Book Review

목차

1부 지식의 변두리에서
제1장 끈 String으로 단단히 묶다

2부 시간과 공간, 그리고 양자의 딜레마
제2장 시간과 공간, 그리고 관찰자의 눈
제3장 뒤틀림 Warps과 굴곡 ripples
제4장 불가사의한 미시세계
제5장 새로운 이론의 필요성이 대두되다: 일반상대성이론 대 양자역학

3부 우주의 교향곡
제6장 그것은 그냥 음악일 뿐이다: 초끈이론 Superstring Theory의 본질
제7장 초끈 Superstring의 '초 Super'란 과연 무슨 뜻인가?
제8장 눈에 보이는 것 이상의 차원을 찾아서
제9장 실험적 증거들

4부 끈이론과 시공간의 구조
제10장 양자기하학 Quantum Geometry
제11장 공간찢기 Tearing the Fabric of Space
제12장 끈이론 이상의 이론: M-이론 M-Theory을 찾아서
제13장 끈/M-이론의 관점에서 본 블랙홀
제14장 우주론 Cosmology

5부 21세기 통일이론
제15장 앞으로의 전망

후주
용어해설
역자후기
색인

본문중에서

서문
- 브라이언 그린 Brian Green

알버트 아인슈타인 Albert Einstein은 자연계에 존재하는 모든 힘들(중력, 전자기력, 약력, 강력 : 옮긴이)을 하나의 통일된 원리로 설명하는 통일장이론unified field theory을 완성하기 위해, 생애의 마지막 30년 동안 혼신의 노력을 기울였다. 그는 이런 저런 실험 데이터를 논리적으로 설명하는 식의 과학적 사명감에 매여 있는 사람이 아니었다. ‘우주에 대한 이해가 깊어지면 전 우주를 지배하는 원리가 단순하고도 아름다운 형태로 그 모습을 드러낼 것이다.’ ? 아인슈타인이 가졌던 믿음은 바로 이것이었다. 그는 우주의 운영 원리를 과거 그 어느 때보다도 명쾌하게 규명하여 우주의 아름다움과 우아함을 온 세상에 알리고 싶었던 것이다.

그러나 아인슈타인은 자신의 꿈을 이루지 못했다. 그가 살아있던 무렵에는 자연계에 존재하는 물질과 힘의 근본적인 성질들이 거의 알려지지 않았거나, 기껏해야 일부분만이 겨우 규명된 정도에 지나지 않았기 때문에, 어찌 보면 그는 시대를 잘못 타고난 불운한 학자였다고 볼 수도 있다. 아인슈타인이 세상을 떠난 후 지난 반세기 동안 물리학자들은 선배 학자들이 이루어놓은 수많은 발견들을 종합, 분석하여 우주의 원리를 이해할 수 있는 기틀을 마련했다. 통일장이론에 관하여 아인슈타인으로부터 물려받은 것이 거의 없는 지금, 물리학자들은 영감 어린 아이디어들을 매끄럽게 연결하여 자연계에서 일어나는 모든 현상들을 설명해줄 하나의 이론 체계를 만들어 냈다. 그 이론이 바로 초끈이론 Superstring Theory이며, 동시에 이 책의 주제이기도 하다.

나는 물리학의 최전선에서 진행되고 있는 첨단의 연구 결과들을 사전 지식이 없는 (특히 수학과 물리학에 익숙하지 않은) 많은 독자들에게 소개하려는 목적으로 이 책을 집필했다. 나는 지난 몇 년 동안 일반 청중들을 대상으로 초끈이론에 관한 강의를 계속 해왔는데, 당시 내 강의를 들었던 사람들은 물리학을 전공하지 않았음에도 불구하고, 최첨단의 이론물리학에 지대한 관심을 갖고 있었다. 그들은 우주의 기본 법칙들이 현재 어느 정도까지 밝혀졌으며 이 법칙들을 이해하기 위해 기존의 우주관을 얼마나 수정해야 하는지, 그리고 궁극의 이론으로 가는 길에 어떤 장애물이 가로놓여 있는지 등에 대하여 꽤 심오한 질문들을 던져왔다. 나는 아인슈타인과 하이젠베르크 W. Heisenberg의 업적에서 시작하여, 이들의 아이디어로부터 풍부한 수확을 거둔 오늘날에 이르기까지 이론물리학이 걸어온 발자취와 혁신적인 아이디어들을 이 책에 소개하여, 독자들의 궁금증을 풀어주고 사고의 깊이와 폭을 넓히는데 도움을 주고자 한다.

이 책은 과학적 기초 지식을 이미 갖춘 사람들에게도 도움이 될 수 있다. 과학 분야를 전공하고 있는 대학(원)생이나 교사들은 특수상대성이론과 일반상대성이론, 양자역학 등 통일장이론의 근간을 이루는 기본 개념들을 이 책을 통해 다시 한 번 확고하게 다질 수 있을 것이다. 나는 더욱 열성적인 독자들을 위해, 지난 10년 사이에 새롭게 알려진 사실들을 가능한 한 자세하게 설명하였다. 그리고 다른 과학 분야에 종사하고 있는 동료 학자들을 위해 ‘왜 초끈이론을 연구하는 이론물리학자들이 궁극의 이론을 찾는데 그토록 열성적인지’를 솔직하고 공정한 관점에서 설명하였다.

초끈이론은 상당히 넓은 분야를 포괄하고 있다. 현대물리학의 수많은 발견들이 초끈이론에서 비롯되었으며, 이 이론은 이론물리학의 희망봉인 통일장이론을 완성시켜줄 강력한 후보로 각광 받고 있다. 가장 큰 스케일의 우주에서부터 소립자의 미시세계에 이르기까지, 모든 영역에 적용되는 법칙들을 하나로 통일하는 것이 통일장이론의 최종 목표이기 때문에, 이 문제에 접근하는 방식도 다양할 수밖에 없다. 나는 여러 가지 경우를 심사숙고한 끝에, ‘시공간 spacetime에 대한 개념의 변화’에 초점을 맞추어 논리를 진행시켜 나가기로 했다. 독자들은 이런 식의 접근법을 통해 새로운 통찰력을 키울 수 있을 것이다. 아인슈타인은 시간과 공간이 기존의 관념과는 전혀 다른 양식으로 행동한다는 놀라운 사실을 밝혀냈다. 그리고 지금의 물리학자들은 아인슈타인이 알아낸 사실들을 양자역학과 결합시키는 과정에서, 기하학적으로 복잡하게 얽혀있는 ‘숨겨진 차원 hidden dimensions’들이 우주의 비밀을 풀어줄 열쇠임을 알게 되었다. 물론 개중에는 차원의 구조가 너무 복잡하여 이해할 수 없는 것도 있지만, 비슷한 성질들을 순차적으로 유추해 나가다 보면 결국에는 그 실체가 드러날 것이다. 그리고 우리가 이러한 아이디어들을 모두 이해하게 되면 기존의 사고방식과는 전혀 다른 혁명적인 개념의 우주관이 새롭게 탄생할 것이다.

나는 이 책에서 현대의 과학자들이 갖고 있는 우주관을 설명할 때, 독자들의 직관적인 이해를 돕기 위해 비유적이고 은유적인 표현을 종종 사용하긴 했지만, 과학적 논리에서 크게 벗어나지 않으려고 꽤 많은 주의를 기울였다. 또한 독자들의 혼란을 피하기 위해 전문 용어와 수식의 사용을 가능한 한 억제하였다. 제 4부의 일부 내용들(가장 최근에 알려진 사실들)은 이 책의 다른 부분들보다 다소 추상적으로 느껴질 수도 있는데, 내용이 자신의 취향에 맞지 않는 독자들은 대충 읽고 넘어가거나 아예 건너뛰어도 전반적인 이해에는 별로 지장이 없을 것이다. 본문에 나오는 주요 용어들은 책의 뒷부분에 있는 용어 해설에 자세한 설명을 첨부하여 독자들의 이해를 도왔다. 또 책의 뒷부분에 달려있는 후주는 읽지 않고 넘어가도 큰 지장은 없지만 본문에서 대충 설명한 내용들을 더욱 자세하고 분명하게 풀이하였으므로 열성을 가진 독자들에게는 커다란 도움이 될 것이다.

나는 이 책을 집필하면서 여러 사람들로부터 많은 도움을 받았다. 다비드 스타인하르트 David Steinbardt는 원고를 꼼꼼하게 읽어주고 편집에 관하여 날카로운 조언을 해주는 등 나에게 끊임없이 용기를 불어넣어 주었다. 데이빗 모리슨 David Morrison과 켄 바인버그 Ken Vineberg, 라파엘 카스퍼 Raphael Kasper, 니콜라스 볼레즈 Nicholas Boles, 스티븐 칼립 Steven Carlip, 아서 그린스푼 Arthur Greenspoon, 데이빗 머민 David Mermin, 마이클 포포위츠 Michael Popowits, 그리고 사니 오픈 Shani Offen은 내 원고를 여러 차례 수정하여 매끈한 글로 다듬어 주었다. 또 폴 아스핀월 Paul Aspinwall과 퍼시스 드렐 Persis Drell, 마이클 더프 Michael Duff, 쿠르트 고트프리트 Kurt Gottfried, 조슈아 그린 Joshua Greene, 테디 제퍼슨 Teddy Jefferson, 마르크 카미온코프스키 Marc Kamionkowski, 아코프 칸터 Yakov Kanter, 안드라스 코박스 Andras Kovacs, 데이빗 리 David Lee, 미간 맥이웬 Megan McEwen, 나리 미스트리 Nari Mistry, 하산 파담시 Hasan Padamsee, 로넨 플리서 Ronen Plesser, 마시모 포라티 Masimo Poratti, 프레드 셰리 Fred Sherry, 라스 스트래터 Lars Straeter, 스티븐 스트로가츠 Steven Strogatz, 앤드류 스트로밍거 Andrew Strominger, 헨리 타이 Henry Tye, 쿰룬 바파 Cumrun Vafa, 그리고 가브리엘레 베네치아노 Gabriele Veneziano는 원고의 전체, 또는 일부를 읽어주고 조언과 격려를 아끼지 않았다. 특히 집필 초기부터 수시로 접해왔던 라파엘 군너 Raphael Gunner의 날카로운 비평은 이 책의 전반적인 형태를 결정하는데 지대한 도움이 되었으며, 로버트 말리 Robert Malley는 내 머릿속에 어지럽게 담겨져있던 생각들이 종이 위에 글로 표현될 수 있도록 끊임없이 나를 격려해 주었다. 스티븐 와인버그 Steven Weinberg와 시드니 콜먼 Sidney Coleman도 내게 값진 조언과 도움을 주었고, 캐롤 아처 Carol Archer, 빅키 카슨스 Vicky Carstens, 데이빗 캐슬 David Cassel, 앤 코일 Anne Coyle, 마이클 던컨 Michael Duncan, 제인 포먼 Jane Forman, 웬디 그린 Wendy Greene, 수잔 그린 Susan Greene, 에릭 젠드레센 Erik Jendresen, 그레이 카스 Gray Kass, 시바 쿠마르 Shiva Kumar, 로버트 머휘니 Robert Mawhinney, 팸 모어하우스 Pam Morehouse, 피에르 라몽 Pierre Ramond, 아만다 샐리스 Amanda Salles, 그리고 이에로 시몬첼리 Eero Simoncelli에게도 깊은 감사를 전하고 싶다. 또 코스타스 엡티미우 Costas Efthimiou는 사실 확인과 참고 문헌을 찾는 작업을 도와주었을 뿐만 아니라, 내가 어설프게 그린 그림이 톰 록웰 Tom Rockwell의 멋진 그림으로 재탄생하게 해주었다. 그리고 본문에 게재된 몇 가지 특별한 그림들을 준비해준 앤드류 한슨 Andrew Hanson과 짐 세스나 Jim Sethna에게도 깊은 감사를 드린다.

그 동안 나와의 인터뷰에 응해주고 여러 가지 토픽들에 대하여 개인적인 관점과 전망을 피력해준 하워드 조지 Howard Georgi와 셸던 글래쇼 Sheldon Glashow, 마이클 그린 Michael Green, 존 슈바르츠 John Schwarz, 존 휠러 John Wheeler, 에드워드 위튼 Edward Witten, 앤드류 스트로밍거 Andrew Strominger, 쿰룬 바파 Cumrun Vafa, 그리고 가브리엘레 베네치아노 Gabriele Veneziano에게 진심으로 고맙다는 말을 전하고 싶다. 안젤라 폰 데어 리페 Angela Von der Lippe는 영감 어린 조언으로 이 책의 질을 높여주었고, 트레이시 나글 Traci Nagle과 편집장 노턴 W.W.Norton은 나의 엉성한 문장을 깔끔하게 다듬어 주었다. 또 나의 출판 대리인인 존 브로크만 John Brockman과 카틴카 맷슨 Katinka Matson은 이 책을 처음 기획할 때부터 책으로 나올 때까지 모든 과정을 능숙하게 인도해 주었다.

지난 15년간 나의 연구 활동을 지원해준 미국 국립 과학 재단 National Science Foundation과 알프레드 슬로언 재단 Alfred P. Sloan Foundation, 그리고 미국 에너지 관리국에도 깊은 감사를 드린다. 사실, 이 책에 도움을 준 사람들을 모두 열거하자면 한도 끝도 없다. 초끈이론을 제안하고 발전시킨 모든 물리학자들에게도 일일이 감사의 말을 전해야할 것이다. 그러나 감사의 글이 길어지면 독자들이 지루해질 것이므로 본문 중에 그들의 이름을 소개하는 것으로 대신하고자 한다. 내용의 한계상 이 책에서 이름과 연구 업적이 언급되지 않은 학자 여러분들께는 죄송하다는 말을 전하고 싶다.

마지막으로, 나에게 변함없는 사랑과 도움을 준 엘렌 아처 Ellen Archer에게 마음속으로부터 깊은 감사를 드린다. 그녀의 도움이 없었다면 이 책은 세상 빛을 보지 못했을 것이다.
(/ '서문' 중에서)

"자연의 법칙은 신의 의도에 얼마나 부합되는가?"

이것은 우리의 선조 과학자들이 새로운 이론의 진위여부를 검증할 때 흔히 떠올리는 질문이었다. 그들은 신학적 논리를 바탕으로 신의 창조의도를 나름대로 이해하고 있었지만 그 의도에 따라 만들어진 ‘자연’을 체계적으로 이해하지 못했기 때문에 "자연은 이러이러하다"라는 식의 나열형 설명보다는 "자연은 이러이러해야 한다"는 종교적, 또는 신학적 인과율에 의한 필연성을 더욱 중요하게 취급했었다. 현대과학에서는 신의 입지가 과거보다 형편없이 좁아지긴 했지만, 필연성에 연연하는 비과학적 습성(역자가 보기에는)은 여러 세대를 거치면서 면면히 전수되어 지금도 그 흔적이 곳곳에 남아있다. 물론 지금은 이러한 잣대로 과학이론의 진위여부를 판별하는 사람은 없다. 그러나 과학적 검증을 이미 통과한 이론에 최후의 날개를 달아주는 수단으로서 ‘필연성’과 ‘당위성’은 여전히 그 영향력을 유지하고 있는 것이 사실이다. 그러나, 양자전기역학 QED을 완성하여 노벨 물리학상을 수상했던 파인만 Richard. Feynman은 자연을 설명하는 논리 자체가 일반적으로 인간의 이해력을 벗어나 있음을 지적하면서, 양자역학이 제아무리 기이하다 해도 그것이 실험적 결과를 잘 설명해준다면 우리는 이 우주 자체가 원래부터 터무니없이 황당한 존재라는 것을 현실로 받아들여야 한다고 강조하였다.

두말할 것도 없이, 파인만의 주장은 위에서 언급한 ‘창조의 의도’와 정면으로 상충된다. 자연의 질서 속에 숨어있는 창조의 의도를 인간의 지적 능력으로 이해하는 것이 과연 불가능한 일일까? 우리가 알고 있는 자연의 법칙들은 과연 실체의 그림자에 불과한 것일까? 만일 그렇다면, 우리는 그림자를 발견한 것만으로 만족해야 할 만큼 미개한 존재인가? 자연과학에는 다수결이라는 개념이 있을 수 없다. 과학의 첨단은 항상 극소수의 천재들에 의해 이끌어져 왔다. 그러므로 이론 속에 담겨있는 수학이 제아무리 아름답고 그로부터 창조의 당위성이 제아무리 절실하게 느껴진다 해도, 그것은 어디까지나 소수 학자들의 전유물일 뿐, 우리에게는 가장 최종적인 결과만이 어설프게 전달될 수밖에 없다. 그러나 어설픈 결과만을 알고 있는 우리들은 위에서 언급한 파인만의 주장을 납득할 수 없다. 우리를 설득할만한 중간과정이 모두 생략되었기 때문이다. 게다가 그 결과라는 것이 우리의 고정관념과 너무나도 큰 차이를 보이기 때문에 창조의 의도를 짐작할 수도 없다. 결국 우리는 피카소의 추상화를 불편한 마음으로 감상하듯이 과학이론을 그렇게 대하는 수밖에 없는 것이다. 한 가지 다행스러운 것은, 물리학 이론에는 미술작품과 같은 주관성이 철저하게 배제되어 있다는 점이다. 그래서 누군가가 중간에 생략된 과정을 우리에게 논리적으로 이해시킬 수만 있다면 우리는 창조의 의도까지는 가지 않더라도 파인만식의 이해는 도모할 수 있다. 그 생략된 과정을 일상적인 언어로 우리에게 전달해주는 것이 바로 교양과학서적의 역할일 것이다.

이 책의 주제는 물리학자들도 결코 다루기 쉽지 않은 최첨단의 이론물리학 ? 끈이론/M?이론이다. 여기에는 현대물리학의 기초를 떠받치고 있는 두 개의 기둥, 즉 양자역학과 상대성이론을 필두로 하여 초대칭이론, 입자물리학, 양자장이론, 초중력이론, 우주론, 리만 기하학, 위상수학 등 난해하기로 소문난 최첨단의 수학과 물리학이 망라되어 있다. 이렇게 복잡하기 그지없는 물리학 이론을 일상적인 언어로 풀어낸다는 것은 낙엽이 흩날리는 스산한 가을풍경을 수학으로 납득시키는 것만큼이나 어려운 일이다. 그래서 끈이론은 세간의 이목을 끌기 시작한 지 17년이 넘었음에도 불구하고 다른 이론들처럼 대중화를 이루지 못하고 있었다. 그러나 Brian Greene의 섬세한 필체로 완성된 이 한 권의 책에 의해, 이제 끈이론은 상아탑의 전유물에서 벗어나 만인에게 통용되는 우주의 진리로 새로운 자리 매김을 눈앞에 두게 되었다.

1986년, 역자는 박사과정에 진학하면서 끈이론과 첫 대면을 했었다. 당시 이론물리학의 최대 화두는 자연계의 네 가지 힘들을 하나의 체계로 통일시키는 대통일이론 (GUT, Grand Unified Theory)이었는데, 그 동안 학자들을 끊임없이 괴롭혀왔던 중력의 양자화문제를 끈이론이 해결했다는 이유 하나 때문에 끈이론에 대한 기대가 다소 도를 지나쳤던 것이 사실이었다. 당시의 동료 학생들은 수시로 쏟아져 나오는 첨단의 논문을 소화하는데 급급하여 기초를 쌓을 여유가 거의 없었으며, "왜 하필 끈이론인가?"라는 질문을 심각하게 던져볼 여유도 없었다. 만물의 이론 (T.O.E. Theory of Everything)이 탄생하는 역사적 순간의 증인이 되기 위해, 그저 기계처럼 논문을 읽고 있을 뿐이었다.

그러나 지금은 사정이 많이 달라졌다. 초기의 흥분은 차분하게 가라앉았고 끈이론의 2차 혁명기를 거치면서 논리 체계가 더욱 구체화되어, 교과서에 실어도 무리가 없을 만큼 매끈하게 정리되었다. 아직은 실험적으로 확인할 수 있는 물리량을 계산해내지 못했기 때문에 이론의 진위여부는 미지로 남아있지만, 우주가 지금과 같은 모습으로 진화할 수밖에 없었던 필연성을 우리에게 납득시킬 수 있는 역사상 최초의 이론으로서 부동의 입지를 굳히고 있다.

만일 미래의 어느 날 끈이론이 틀렸다는 결론이 내려진다 해도, 물리학의 역사가 증명하듯이 그 아이디어만은 끝까지 살아남아서 궁극의 이론을 구축하는데 커다란 역할을 하게 될 것이다. 그러므로 지금은 이론의 진위여부에 연연할 것이 아니라 끈이론으로 알아낼 수 있는 정보의 양을 극대화시키는데 전력을 기울여야 할 때이다. 물론 이 일은 최첨단에서 이론의 향방을 결정하고 있는 학자들의 몫이다. 그러나 이 역사적인 시점에서 경기를 관전하고 있는 관중들의 역할도 결코 무시할 수는 없다. 극소수의 전유물로 머문 과학이론이 성공을 거둔 예는 단 한 번도 없었다. 이 점에서 볼 때, 이 책은 "끈이론의 제3차 대중혁명기"를 선도할 선봉장으로서 손색이 없다. 독자들은 이 책을 덮으면서, 일반대중의 상식이 최첨단의 과학이론에 이렇게까지 근접할 수 있는 시대를 살고 있음에 자긍심을 느끼게 될 것이다.(2002년 1월)
(/ '옮긴이의 말' 중에서)

저자소개

브라이언 그린(Brian Greene) [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
생년월일 1963.02.09~
출생지 미국 뉴욕
출간도서 6종
판매수 10,954권

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 베스트셀러

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생년월일 1960~
출생지 서울
출간도서 0종
판매수 0권

연세대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학 박사학위를 받았으며, 현재 과학번역 및 저술 활동에 전념하고 있다. 2005년에 《우주의 구조》 번역으로 한국출판문화상을, 2016년에 《마음의 미래》 번역으로 미래창조과학부 장관상을 수상했다. 옮긴 책으로 《페르마의 마지막 정리》 《파인만의 여섯 가지 물리이야기》 《엘러건트 유니버스》 《평행우주》 《마음의 미래》 《초공간》 《미래의 물리학》 《뷰티풀 퀘스천》 등이 있으며, 저서로는 어린이 과학동화 《별이 된 라이카》가 있다.

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