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20세기 핵물리학의 석학 조지 가모프의 현대우주론 입문서!

칼링가 상 수상자인 조지 가모프의 대표작『1,2,3 그리고 무한』. 우주에 대한 인간의 이해를 폭넓게 그리고 명쾌하게 다룬 책이다. 수학과 과학의 기본 개념을 통해 과학이란 무엇이고, 우주의 생성 원리는 무엇인가에 관해 일반 대중들에게 쉽고 재미있게 소개한다. 물질을 이루는 기본 단위를 찾아 이들 간의 상호작용을 밝혀내고, 생명체의 생명 현상을 이해하고, 우주의 기원과 발전 과정을 밝혀내고자 하는 과학의 근본적인 세 가지 문제를 수에 숨은 자연의 원리를 통해 하나의 문제로 만들어 설명하고 있다. 모두 4부 11장으로 구성하여 시간과 공간의 비밀을 푸는 상대성이론, 물질과 생명의 기초인 원자와 유전자의 세계, 우주의 기원과 미래에 관한 거시우주까지, 어렵게만 보이는 최첨단 과학의 원리를 간단하고 논리적인 수 체계를 통해 파헤친다. 이처럼 현대과학의 기초를 다지는데 크게 기여한 저자의 시각을 통해 현대과학의 핵심인 상대성이론과 양자이론을 들여다 볼 수 있다.

세상 만물은 1, 2, 3…에서 시작되었다! 빅뱅이론의 창시자 조지 가모프가 숫자로 풀어가는 자연과 우주의 비밀!
인류 과학사를 꿰뚫는 단 하나의 원리를 밝히다! 시간과 공간의 비밀을 푸는 상대성이론, 물질과 생명의 기초인 원자와 유전자의 세계, 우주의 기원과 미래에 관한 거시우주까지, 복잡하고 어렵게만 보이는 최첨단 과학의 원리를 간단하고 논리적인 수 체계를 통해 낱낱이 파헤친다!

세상 만물은 1, 2, 3…에서 시작되었다! 물질세계와 우주를 관통하는 단 하나의 원리!
빅뱅이론의 창시자 가모프가
숫자로 풀어가는 자연과 우주의 비밀

시간과 공간의 비밀을 푸는 상대성이론, 물질과 생명의 기초인 원자와 유전자의 세계, 우주의 기원과 미래에 관한 거시우주까지, 복잡하고 어렵게만 보이는 최첨단 과학의 원리를 간단하고 논리적인 수 체계를 통해 낱낱이 파헤친다!

유네스코가 과학의 대중화에 기여한 사람에게 수여하는 칼링가 상을 수상한 조지 가모프가 1947년 수학과 과학의 기본 개념을 통해 ‘과학이란 무엇인가? 우주의 생성 원리는 무엇인가?’에 대해 일반 대중들에게 쉽고 재미있게 소개할 목적으로 쓴 책이다.
위상기하학, 4차원 세계, 상대성이론, 원자화학, 핵물리, 엔트로피, 유전지, 진화, 우주론 등…… 20세기 전반에 쓰인 책이지만, 책 저술에 사용된 용어나 개념들은 100년이 훌쩍 지난 현재까지 현대과학의 핵심용어로 통용되고 있으며, 펼치는 이론 역시 최첨단 과학의 연구 주제와 방향 설정에 막강한 영향력을 행사하고 있다.
논리적 수 체계에서 시작해 원자, 물질, 우주로 논의를 확대해가며 물질세계의 원리와 우주의 원리가 동일함을 보여주는 이 책은 물리학의 기초적인 전체지형도를 그릴 수 있게 하여, 현대물리학에 본격적으로 입문하기 전 기초필독서로서의 역할과 가치를 지닌다.

가모프가 빅뱅이론을 처음으로 제안했던 1948년 초판을 출판했고, 우주론 연구를 그만두고 유전학 연구에 몰두해 있던 1961년에 개정판을 출판한 《1, 2, 3 그리고 무한》은 한 권의 책에 우주에 대한 인간의 이해를 가장 폭넓게 그리고 명쾌하게 다룬 책이다. 4부 11장으로 구성된 이 책은 수에 대한 인간의 이해로부터 이야기를 시작해서 태양계와 우주의 형성과정을 다루는 것으로 이야기를 마무리한다.
｜해제(곽영직 교수): 현대물리학을 조감하다 中

숫자에 숨겨진 자연과 생명 그리고 우주의 원리
수 < 시간과 공간의 비밀(상대성이론) < 미시우주(물질의 기초) < 거시우주(우주의 기원)
1부와 2부는 수 체계와 시간과 공간에 대한 개념을 정리하는 부분으로 3부, 4부의 미시우주와 거시우주를 본격적으로 이야기하는 데 필요한 기초 정보를 소개한다.1부는 무한대의 의미와 허수를 다루며, 수에 대한 간단한 이야기 속에도 자연현상을 이해하고 설명하기 위해 필요한 수에 대한 기본 개념이 담겨 있음을 하나하나 짚는다. 시간과 공간을 다룬 2부는 아인슈타인의 상대성이론에서의 시간과 공간의 의미를 가장 쉽고 정확하게 설명해놓았다.
3부 미시우주는 가모프가 젊은 시절 연구했던 원자와 원자핵의 세계를 다루고 있다. 원자와 원자핵의 존재를 인류가 알게 되는 과정, 원자와 원자핵의 성질, 그리고 원자와 원자핵을 이용하는 기술과 관련된 물리 이론을 소개하고 있어서, 3부를 읽다보면 자연을 이루고 있는 물질세계의 기본 구조를 폭넓게 다루려고 노력한 가모프의 흔적을 발견할 수 있다. 원자와 원자핵을 이해하기 위한 연구의 최전선에서 활동했던 가모프의 설명은 인간이 새로운 세계를 어떻게 이해해 가는지를 보여주는 생생한 증언이라고 할 수 있다. 그리고 양자물리학, 열물리학, 원자물리학의 기본 원리를 이용하여 자연현상을 포괄적으로 이해하는 통계물리학의 핵심 개념인 엔트로피를 알기 쉽게 설명하며, 자연에서 일어나는 변화의 방향을 제시하는 엔트로피를 이용하여 여러 가지 자연현상을 이해하는 과정은 자연에 대한 우리의 시각을 새롭게 해준다.
가모프가 궁극적으로 이야기하고 싶었던 거시우주에 대한 이야기에 본격적으로 들어가기에 앞서 이 책은, 가모프가 1953년에 우주론에 대한 연구를 중단하고 새롭게 연구를 시작했던 생물학에 대한 내용을 먼저 소개한다. 원자핵 물리학, 우주론, 유전학을 연구했고 뛰어난 저술가였던 가모프가 쓴 생물학에 대한 이야기는 비록 한 장에 지나지 않는 짧은 글이지만 생명체에 대한 새로운 시각과 분자생물학에 대한 포괄적인 접근방법을 제시하기에 충분하다. 가모프가 가장 하고 싶은 거시우주에 대한 부분에 있어서, 만약 가모프가 빅뱅이론의 창시자라고 불리는 만큼 빅뱅우주론에 대한 상세한 설명을 기대한다면, 다소 모자란 부분이 있을 것이다. 하지만 이 책이 쓰여진 1948년 당시에는 아직 빅뱅이라는 단어조차 없었다. 당시에 빅뱅이론은 가모프와 앨퍼의 머릿속에서 겨우 형상을 갖추어가고 있을 때였다. 마지막 장 ‘창조의 시대’를 읽다보면 그의 머리 속에서 태동하고 있는 빅뱅이론의 윤곽을 느낄 수 있을 것이다. 개정판이 출판된 1961년에도 여전히 우주배경복사가 발견되지 않아 빅뱅이론이 천문학계에서 공식적으로 받아들여지지 않고 있던 때였다. 하지만 이후 21세기 현대 우주론의 향방을 결정지을 모든 씨앗을 이 책에서 찾아볼 수 있는 것은 결코 놀라운 일이 아니다.

과학 저술의 대중화에 지대한 기여를 한, 조지 가모프
여러 분야에서 뛰어난 재능을 보였던 가모프는 과학 서적을 집필하는 데도 남다른 재능과 열성을 보여 역사상 가장 뛰어난 과학 저술가 중의 한 사람이 되었다. 물리학을 공부하는 학생들을 위한 물리 교과서도 여러 권 저술했지만 그가 특히 관심을 가진 것은 일반인들이 과학을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 일반인들을 위한 과학책이었다. 여러 분야를 섭렵한 그의 폭넓은 지식과 남다른 해학과 기지는 그의 책에 깊이와 재미를 더했다.
가모프는 그의 책에 사용되는 그림을 직접 그렸고 수많은 일화를 곁들여 과학이 어렵지 않도록 배려했다. 그러면서도 과학의 핵심적인 내용을 피해하지 않고 정면으로 다루려고 노력했다. 이것은 쉽고 재미있는 과학책을 쓴다는 명분으로 정작 중요한 부분은 생략하는 많은 과학 저술과들과 크게 다른 점이었다. 1956년 유네스코는 가모프에게 우수한 과학 서적을 쓴 공로로 칼링가 상을 수여했다. 이 상은 가모프가 1939년에서 1967년 사이에 시리즈로 발표한 《톰킨스 씨 시리즈》와 1948년 출간한 《1, 2, 3 그리고 무한》을 쓴 공로로 수여되었다. 이것은 가모프가 쓴 수많은 책들 중에서 《톰킨스 씨 시리즈》와 《1, 2, 3 그리고 무한》이 그의 대표적인 저작이라는 것을 나타낸다. 따라는 이 책에는 가모프가 바라보는 우주의 모습과 20세기 물리학에서 다룬 주제들이 가장 잘 나타나 있다.

과학의 근본적인 연구 주제는, 첫째 물질을 이루는 기본 단위를 찾아 이들 간의 상호작용을 밝혀내고, 둘째 생명체의 생명 현상을 이해하고, 셋째 우주의 기원과 발전 과정을 밝히는 것이다. 이 책 《1, 2, 3 그리고 무한》은 각각 다른 분야인 듯 보이는 이 과학의 근본적이 세 가지 문제를 수에 숨은 자연의 원리를 통해 공통의 하나의 문제로 만들어 쉽고 재미있게 설명함으로써, 물질 원자의 원리가 우주의 원리와 상통함을 보여주며 현대물리학(원자에서 시작해 우주론까지)에 본격적으로 입문하기 전 기초필독서의 역할을 충실히 수행하고 있다. 또한 ‘수 이론’에서 시작하여 시간과 공간의 비밀을 푸는 ‘상대성이론’, 물질의 기초에 관한 ‘원자의 세계와 미시우주’, 우주의 기원과 미래에 관한 ‘거시우주’로 차츰 이야기를 확대해나가며 현대물리학의 전체 지형도를 그리고 있는 탁월한 서적이다.>

해제
개정판 서문
초판 서문

1부 숫자놀이
1 큰수
얼마나 큰 수 까지 셀 수 있을까?/무한대는 어떻게 셀까?
2 자연수와 인공수
가장 순수한 수학/불가사의한 루트-1

2부 공간, 시간 그리고 아인슈타인
3 공간의 이상한 성질들
차원과 좌표/측정치가 없는 기하학/공간 뒤집기
4 4차원의 세계
시간이 네 번째 차원이다/시간-공간 등가/4차원의 거리
5 공간과 시간의 상대성
공간을 시간으로 시간을 공간으로 바꾸기/에테르 바람,그리고 시리우스 여행/휘어진 공간, 그리고 중력의 수수께끼/닫힌 공간과 열린 공간

3부 미시우주
6단계 내려가기
그리스인의 생각/원자는 얼마나 클까?/분자빔/원자의 사진/원자의 해부/마이크로 역학과 불확정성 원리
7 현대의 연금술
기본 입자들/원자의 중심부/우너자 파괴/핵공학
8 무질서의 법칙
열적 무질서/무질서한 운동을 어떻게 묘사할 수 있을까?/확률 계산/'불가사의한'엔트로피/통계적 요동
9 생명의 수수께끼
우리는 세포로 만들어졌다/형질유전과 유전자/'살아 있는 분자'로서의 유전자

4부 거시우주
10 팽창하는 지평선
지구와 그 이웃/별들의 은하/미지 세계의 한계를 향해서
11 창조의 시대
행성의 탄생/별의 사생활/초기의 혼돈과 팽창하는 우주

찾아보기

인도의 왕 시르함은 압도적인 수의 희생자였다. 오래된 전설에 따르면, 왕은 체스 게임을 발명한 시사 벤 다히르 총리에게 상을 내리고 싶었다. 이 영리한 총리의 소망은 아주 수수해 보였다. “폐하.” 그가 왕 앞에 무릎을 꿇고 말했다. “이 체스판의 첫 번째 사각형 위에 올려놓을 밀알 한 개와 두 번째 사각형 위에 올려놓을 밀알 두 개, 세 번째 사각형 위에 올려놓을 밀알 네 개, 그리고 네 번째 사각형 위에 올려놓을 밀알 여덟 개를 제게 주십시오. 그리고 오, 왕이시여! 각각의 계속되는 사각형마다 그 수를 두 배로 해서 체스판의 사각형 64개 모두를 채우기에 충분한 밀알을 주십시오.” (……) 그러나 인도에서 수확한 밀알을 모두 가져와도 약속했던 양을 채울 수 없었다. 약속을 지키기 위해서는 1경8446조7447억955만1615개의 밀알이 필요하니까 말이다!｜1장: 큰 수 中

공간과 시간이 단 하나의 4차원 세계로 통일된다는 것을 입증하려는 수학적 시도들은 거리와 시간의 차이를 완벽하게 제거하지는 못해도, 확실히 아인슈타인 이전의 물리학에서보다 두 표현 사이의 유사성을 훨씬 더 분명하게 드러낸다. 사실 이제 다양한 사건 사이의 공간 거리와 시간 간격은 이들 사건 사이의 기본적 4차원 거리를 공간축과 시간축에 투영시킨 것으로 생각해야만 하므로, 4차원 교차축을 회전시키면 거리를 시간 간격으로 또 그 반대로 부분적으로 변환시키는 결과를 가져올 수 있다.｜ 공간과 시간의 상대성 中

‘중성미자’라는 이 입자는 ‘뒷문을 통해’ 물리학으로 들어왔지만, 사방에서 높아지는 ‘아둔한 사람들의 반대 외침’에도 꿋꿋이 버텨내 이제 기본 입자족族에서 흔들림 없는 입지를 굳히고 있다. 중성미자의 발견과 인지 과정은 현대과학의 가장 흥미진진한 탐정 이야기 가운데 하나이다. 중성미자의 존재는 수학자가 ‘귀류법’이라고 부르는 방법으로 발견되었다. 이 놀라운 발견은 무언가가 존재한다는 사실이 아니라, 무언가가 사라졌다는 사실로 시작되었다. 사라진 것은 에너지였고, 에너지는 가장 오래되고 견고한 물리학 법칙에 따라 만들어질 수도 파괴될 수도 없기 때문에, 마땅히 존재했어야 하는 에너지가 없다는 것은 그것을 훔쳐간 도둑이나 도둑 집단이 있었을 것이 틀림없다는 것을 암시했다. 그래서 볼 수 없는 것에도 이름 붙이기를 좋아하는 과학의 탐정들은 이 에너지 도둑을 ‘중성미자’라고 불렀다.｜현대의 연금술 中

‘돌연변이’가 유전자 분자의 이성 변화에 기인한다는 관점은 돌연변이의 속도가 동물이나 식물이 교배되는 곳의 온도에 의존한다는 것으로 강력히 입증된다. 사실, 온도가 돌연변이의 속도에 미치는 영향을 조사한 티모페에프-레소프스키와 침머의 실험실 연구는 그것이 여느 다른 보통 분자 반응과 똑같은 기본저거 물리 화학법칙을 따른다는 것을 말해준다. 이 중요한 발견 덕분에 말스 델브뤼크(이전에는 이론물리학자였지만, 이제는 실험유전학자가 된)는 생물학적 현상인 돌연변이와 순전히 물리 화학적 과정인 분자의 이성 변화 사이의 동등성에 관한 획기적인 견해를 발전시킬 수 있었다.｜생명의 수수께끼 中

행성계의 형성에 대한 묘사는 행성 궤도의 반지름을 지배하는 오랜 규칙을 쉽게 설명해준다. 사실 간단한 기하학적 고찰만 해보며느 이웃하는 고리들 사이에 있는 연속적인 경계선들의 반지름들이 간단한 등비수열을 이루어서, 그들 각각이 이전보다 두 배씩 커진다는 것을 알 수 있다. 또한 우리는 이 규칙이 상당히 정확할 거라고 기대할 수 없는 이유도 알게 된다. 사실 그것은 원래의 먼지 구름에 있는 입자들의 운동을 지배하는 어떤 엄연한 법칙의 결과가 아니라, 그렇지 않았다면 불규칙했을 먼지 통행 과정의 어떤 경향을 나타내는 것으로 생각해야 한다. 태양계에 있는 다른 행성들의 위성들에 대해서도 동일한 규칙이 적용된다는 사실은 위성도 대략 같은 방식으로 형성된다는 것을 암시한다. 태양을 에워싸는 원래의 먼지 구름이 각 행성을 형성하게 될 독립된 입자들 무리로 해체될 때, 물질 대부분이 중심에 집중되어 있는 각각의 경우에 그 과정이 되풀이되어 행성체를 형성하고, 주위를 도는 나머지는 점차 응축해서 많은 위성이 되었다.｜창조의 시대 中