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자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다!
고차원 시공간에서 완성되는 자연법칙의 통일
《평행우주》 《불가능은 없다》 미치오 카쿠가 풀어내는 현대물리학의 차원 혁명

이론물리학계의 세계적 석학, 미래학자, 과학 엔터테이너 미치오 카쿠와 함께하는 초공간 여행. 《초공간》은 상대성이론에서 양자역학, 블랙홀, 웜홀, 평행우주, 우주의 미래까지, 놀랍도록 다양한 주제가 어떤 관계에 있는지 한눈에 조망할 수 있게 해준다. 미치오 카쿠가 단독으로 쓴 최초의 교양과학서로, 고차원 물리학에 관한 가장 탁월한 안내서이자 현대물리학의 필독서, 인식의 혁명을 일으킨 현대과학의 고전으로 자리매김한 책이다. 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 과학 전문 번역가 박병철 박사의 새로운 번역, 충실한 주석 및 해설과 함께 초공간 여행을 떠나보자.

세상을 보는 방식을 혁명적으로 바꿔주는 책!
고차원 물리학에 관한 가장 탁월한 안내서
현대물리학의 필독서이자 인식의 혁명을 일으킨 과학 고전

세계적인 이론물리학자이자 미래학자 미치오 카쿠가 단독으로 쓴 최초의 교양과학서 《초공간》이 출간되었다. 1994년 출간 후 〈뉴욕타임스〉와 〈워싱턴포스트〉 ‘올해의 책’으로 선정되며 ‘똑똑하고 날카로우면서 유머러스하고 친절한 물리학자’의 탄생을 알린 책이다. 2016년에는 ‘현대 과학의 필독서, 우리가 사고하는 방식에 변화를 일으킨 책’만을 골라 출간하는 ‘옥스퍼드 랜드마크 사이언스’ 시리즈에 포함되어, 명실상부한 현대과학의 고전임을 입증했다. 국내에는 1997년 김영사에서 출간되었다가 한동안 절판 상태였는데, 독자들의 요청에 힘입어 20여 년 만에 재출간되었다. 이번에 출간되는 《초공간》은 그간 《평행우주》《불가능은 없다》《미래의 물리학》《마음의 미래》 등 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 박병철 박사가 새로 번역했으며, 옮긴이 주석과 해설 등으로 초판 출간 후 달라진 내용을 충실히 보강했다.
초공간(hyperspace)이란 4차원 시공간보다 차원이 높은 공간을 통칭하는 용어로서, 초공간이론은 ‘칼루자-클라인 이론’ ‘초중력이론’ ‘초끈이론’ 등 다른 이름으로 불리기도 한다. 이 이론은 아인슈타인이 말년에 몰두했던 물리학의 성배(聖杯), ‘만물이론’의 유력한 후보로, 미치오 카쿠는 만일 초공간이론이 옳다면 우주에 관한 과학 및 철학적 개념은 혁명적인 변화를 맞게 될 것이라 확신하며 이를 현대판 ‘과학혁명’으로 규정한다. 저자는 ‘고차원 공간에 관한 이론’이 이처럼 그 의미가 큰데도 제대로 소개하는 책이 없어 이 책을 썼다고 한다. 《초공간》은 저자 스스로 말하듯 ‘초공간이론을 엄밀하면서 이해 가능한 수준으로 풀어 쓴 최초의 책’이며, 출간 후 25년이 다 되어 가는 지금까지도 ‘고차원 물리학에 관한 최고의 책’으로 손꼽힌다.


자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다!
고차원 시공간에서 완성되는 자연법칙의 통일

모든 자연현상은 네 가지 기본 힘으로 서술된다. 이 사실을 알아내기 위해 과학자들은 거의 2천 년 동안 사투를 벌였다고 해도 과언이 아니다. 1)전자기력-전자기력은 전기와 자기, 빛 등 다양한 형태로 나타난다. 2)강한 핵력(강력)-강력은 뜨겁게 타오르는 별에 에너지를 공급한다. 태양이 빛을 발할 수 있었던 것은 강력 덕분이니, 결국 인간은 강력으로 존재하게 된 셈이라고 할 수 있다. 3)약한 핵력(약력)-약력은 모든 종류의 방사성 붕괴에 관여하는 힘이다. 4)중력-중력은 지구를 비롯한 행성들이 공전궤도를 이탈하지 않도록 잡아두고 은하의 형태를 유지시키는 힘이다. 이론물리학의 최대 과제는 이 네 가지 힘을 하나로 통일하는 ‘만물의 이론’을 찾는 것으로, 아인슈타인이 말년에 몰두했던 문제도 바로 이 문제였다.
20세기 초에 등장한 양자역학은 지난 2천여 년 동안 금단의 영역이었던 미시세계를 ‘연구 가능한 영역’으로 편입시켰다. 물질은 무엇으로 이루어져 있는가? 물질을 단단하게 붙잡아두는 힘의 원천은 무엇인가? 물질은 왜 별별 다양한 형태로 존재하는가? 등 수백 년 동안 물리학자들을 괴롭혔던 난해한 문제들을 양자역학은 간단하게 해결했다. 양자역학은 그 뒤로도 승승장구하여 중력을 제외한 세 가지 힘을 통일하는 이론, 양-밀스 장이론을 탄생시켰다. 물리학자들은 이 이론에 ‘표준모형’이라는 이름까지 붙여주었다. 하지만 양자역학도 중력만은 끌어들이지 못했다. 블랙홀의 내부, 빅뱅 직전 또는 직후의 우주 상태 등은 일반상대성이론과 양자역학이 동시에 작용되어야 하는 영역인데 두 이론이 너무 달랐던 것이다. 초공간이론은 바로 여기서 등장한다.
초공간이론의 다른 이름인 초끈이론은 모든 기본입자의 특성을 ‘진동하는 끈’으로 설명한다. 여러모로 대통일이론, 만물이론의 후보로 손색이 없어 보였지만, 배경차원이 10차원이라는 것과 논리적으로 가능한 초끈이론이 다섯 개나 된다는 게 문제였다. 《초공간》의 초판은 1994년에 출간되었는데, 당시는 초끈이론의 한계로 그 인기가 점차 누그러지던 시기였다. 그런데 1995년 초끈이론의 선두주자인 에드워드 위튼이 다섯 개의 이론을 하나로 통합한 M-이론을 발표하며 초끈이론은 2차 혁명기를 맞이한다. 하지만 초끈이론은 그 존재감에도 불구하고 지금까지 관측 가능한 물리량을 단 하나도 계산하지 못했다. 정상적인 물리학이론이라면 실험으로 검증 가능한 물리량을 계산하여 진위 여부를 판별할 수 있어야 한다. 그렇다면 초끈이론은 실패한 이론일까? 아직은 결론을 내리기 어렵다. 하지만 결론이 어떻게 나든, 초끈이론이 제기한 물리학, 기하학, 위상수학과 관련된 흥미로운 문제와 아이디어들을 떠올려보면, 뉴턴이 말한 ‘거인의 어깨’ 역할은 충분히 할 수 있을 것이다.


과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 오가는 초공간 여행
미치오 카쿠가 풀어내는 현대물리학의 차원 혁명

미치오 카쿠는 이 책을 4부로 나누어 집필했다. 1부에서는 초공간의 역사를, 2부에서는 초공간이론이 만물이론이 될 가능성을 알아본다. 3부에서는 공간이 찢어질 수도 있는지, 그 가능성을 타진하며 초공간이론을 통해 블랙홀, 웜홀, 평행우주, 시간여행, 외계생명체 등 흥미로운 주제들을 탐색한다. 마지막으로 4부에서는 초공간이론이 옳다면 언제쯤 그것을 활용할 수 있을지 알아본다. <워싱턴포스트>는 이 책을 예측할 수 없는 방향으로 빙글빙글 돌거나 멈추는 놀이기구인 ‘틸트 어 훨(Tilt-A-Whirl)’에 비유했다. 자신의 어린 시절과 유명한 과학자들의 뒷이야기는 물론, 달리와 피카소, 도스토옙스키와 오스카 와일드 같은 예술가들의 이름이 튀어나오고, 아리스토텔레스, 토마스 아퀴나스, 칸트 같은 철학자들을 끌어들이기도 한다. 뿐만 아니라 <스타워즈> <스타트렉> <백 투 더 퓨처> <콘택트> 등 드라마나 영화가 수시로 등장하고, 신(God)을 논하기도 한다. 이처럼 4부에 걸쳐 과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 종횡무진 오가는 미치오 카쿠의 서술 방식은 독자들에게 조금도 지루할 틈을 주지 않는다. 놀이기구 같은 이 책을 빠져나오면 문자 그대로 세상을 혁명적 방식으로 바라보게 될 것이다.

뉴욕타임스
이 얼마나 멋진 모험인가, 상상할 수 없는 것을 상상하라!

워싱턴포스트
독자를 사로잡는 책. 이 놀이기구를 빠져나오면 현기증 나도록 고양된 상태가 되어 문자 그대로 세상을 혁명적 방식으로 바라보게 될 것이다.

월스트리트 저널
고차원 물리학에 관한 책 중 최고다.

인디펜던트
빠져든다, 막힘없다! 이 책의 가장 기초적인 개념만 이해해도 지금까지 오비완 케노비 같은 인물들이 점령하고 있던 지적 평원으로 갈 수 있을 것이다.

라이브러리 저널
모든 도서관에 있는 과학책 목록에 반드시 포함되어야 한다.

닐 스티븐슨(SF작가
,《세븐이브스》 저자)
《초공간》은 과학책의 대통일이론이다. 더 높은 차원에서 온 메시지다. 독자를 끌어올려 놀랍도록 다양한 주제가 어떤 관계에 있는지 한눈에 조망할 수 있게 해준다

이현우(작가
, 서평가)
이 책을 앉은 자리에서 다 읽은 뒤로 미치오 카쿠는 나의 ‘무조건 호감’ 대상이다.

유현준(홍익대 건축학부 교수)
(《도시는 무엇으로 사는가》 저자)
이 책처럼 시각을 확장시켜주는 책은 없었다

서문

1부 5차원의 세계
1장 시공을 초월한 세계
2장 수학자와 마술사
3장 네 번째 차원을 본 사람
4장 빛의 비밀: 다섯 번째 차원에서 일어나는 진동

2부 10차원에서의 통일
5장 양자이론
6장 아인슈타인의 복수
7장 초끈이론
8장 열 번째 차원에서 날아오는 신호
9장 창조 이전

3부 웜홀-다른 우주로 통하는 문
10장 블랙홀과 평행우주
11장 타임머신 만들기
12장 충돌하는 우주

4부 초공간의 지배자
13장 미래를 넘어서
14장 우주의 운명
15장 결론

감사의 글
옮긴이의 글
후주
참고문헌 및 더 읽을거리
찾아보기

아마도 미래의 역사학자들은 과학사의 마지막 장에 ‘인류는 통상적인 4차원 시공간을 폐기하고 초공간의 개념을 수용하면서 역사상 가장 큰 진보를 이루었다’고 기록할 것이다. _16쪽

양자이론이 우리의 상식에 부합되지 않는 이유는 모든 물리량을 확률로 바꿔버리기 때문이다. _191쪽

양자이론은 우리의 상식에 전혀 부합되지 않는다. 뭐가 잘못되었을까? 아니다. 잘못된 것은 없다. 원래 자연은 인간의 상식에 아무런 관심도 없었다. _191쪽

과학자들은 ‘경제적인’ 자연을 선호한다. 아니, 자연의 본성이 원래 경제적이라고 믿는다. 엄밀한 증명은 할 수 없지만, 과거의 경험을 돌아보면 그렇지 않은 사례가 한 번도 없었다. 자연은 물리적, 생물학적, 화학적 구조물을 창조할 때 절대로 과잉공급을 하지 않는다. 판다나 단백질분자, 또는 블랙홀의 구조를 면밀히 들여다보면 ‘최소한의 설계로 최대의 효과를 얻는다’는 효율성의 철학이 곳곳에 배어 있다. _212쪽

시詩를 ‘작가의 주관적인 규칙에 따라 나열된 단어의 집합’이라고 정의한다면 시를 모르는 사람에게는 아무런 도움도 되지 않는다. 무미건조할 뿐만 아니라 아예 정의 자체가 틀렸다. 이런 식의 정의에는 시인과 독자 사이의 미묘한 교감이 누락되어 있기 때문이다. 시에는 작가의 느낌과 상상의 정수가 고농도로 축약되어 있기에, 종이에 인쇄된 문장 이상의 의미가 담겨 있다. 예를 들어 일본의 전통 3행시 하이쿠의 짧은 단어들이 독자의 마음으로 전달되면 새로운 느낌과 감각의 세계가 펼쳐진다.
이런 점에서는 수학도 크게 다르지 않다. 수학방정식은 음악이나 시처럼 정서적으로 깊은 감동을 주진 않지만, 과학자의 열정을 자극하는 ‘진보’와 ‘논리’를 선사한다. 일반대중들은 수학방정식을 봐도 별다른 감흥을 느끼지 않지만 과학자에게는 웅장한 교향곡이나 마찬가지다. _214쪽

양자중력이론에 도달하려면 몇 가지 어려운 난관을 극복해야 한다. 그중 하나는 중력이 너무나도 약한 힘이라는 것이다. 예를 들어 내 책상 위에 놓여 있는 종이 한 장을 지금 이 상태로 붙들어놓으려면 지구 전체의 질량이 필요하다. 종이의 무게란 지구와 종이 사이에 작용하는 중력이기 때문이다. 그러나 내가 머리를 빗은 후 빗을 종이에 가깝게 가져가면 지구의 중력을 가볍게 극복하고 종이를 들어올릴 수 있다. 조그만 빗에 들어 있는 전자의 전기력이 지구 전체가 발휘하는 중력보다 훨씬 강하다는 뜻이다. _226쪽

19세기에 일부 과학자들은 밤하늘의 별을 ‘가까이 하기엔 너무 먼 연구대상’이라고 생각했다. 거리가 너무 멀어서 실험적 관측이나 측정이 불가능하다고 생각한 것이다. 1825년에 프랑스의 철학자이자 사회비평가인 오귀스트 콩트(Auguste Comte)는 그의 저서 《실증철학강의Cours de philosophie positive》에 다음과 같이 적어놓았다. “별은 우리로부터 너무 멀리 떨어져 있으므로 ‘밤하늘에 빛나는 작은 점’이라는 것 외에는 어떤 것도 알아낼 수 없다. 지금의 관측장비는 물론이고, 미래에 발명될 그 어떤 장비들도 별까지 도달하는 것은 불가능하다.”
그 시대에는 별의 구성성분을 알아내는 것이 과학의 영역을 넘어선 일이라고 생각했는데, 비슷한 시기에 독일의 물리학자 요제프 폰 프라운호퍼(Joseph von Fraunhofer)가 그 불가능한 일을 해냈다는 것은 아이러니가 아닐 수 없다. _303쪽

물리법칙으로부터 알 수 있는 것은 실용성이 아니라 가능성이다. 즉, 우리는 물리법칙으로부터 가능한 것과 불가능한 것을 구별할 수 있지만, 실용적인 것과 비실용적인 것을 구별할 수는 없다. _394쪽

인류는 200만 년 동안 지구에서 살아왔지만, 지난 200년 사이에 거둔 과학적 성과는 그 전까지 쌓아온 과학지식과 상대가 안 될 정도로 방대하다. 일정 기간 동안 이룩한 과학적 성과는 그 전까지 쌓아온 콘텐츠의 양에 비례하기 때문이다. 간단히 말해서, 많이 알수록 새로 알아가는 속도도 빨라진다. _433쪽

몇 년 앞을 내다볼 때에는 과학이 점진적으로 꾸준히 발전한다고 가정해도 크게 틀리지 않지만, 수십 년 후의 미래를 내다볼 때에는 새로운 분야의 갑작스러운 약진이 중요한 변수로 작용하기 때문에 정확한 예측을 하기가 쉽지 않다. _437~438쪽

지난 100년 사이에 물리학이 이루어낸 수많은 발견들 중 가장 중요하고 심오한 것 하나를 꼽으라고 한다면, 나는 주저 없이 ‘자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다’는 사실을 꼽을 것이다. _493쪽

대부분의 과학자들은 신이나 창조주에 대하여 왈가왈부하는 것을 별로 좋아하지 않는다. ‘신’이라는 단어는 각 개인들마다 다른 의미로 해석되기 마련이어서, 그 의미를 정확하게 정의하지 않은 채 논쟁을 벌이다 보면 문제의 본질이 흐려지기 쉽다. 그래서 나는 논쟁의 취지를 분명히 하기 위해, 신의 의미？