추가 적립 안내

인간과 우주 물리학, 그 모든 것을 안내하는 여행서

『중력에 대한 거의 모든 것』의 이야기는 아이작 뉴턴이라는 스물두 살의 청년에게서 시작한다. 페스트가 기승을 부리던 1666년 한 청년에게서. 마커스 초운은 1666년 처음 인지된 중력의 힘부터 2015년 중력파 발견까지 중력의 본질을 깨달아가는 인류의 흥미로운 여정으로 우리를 안내한다. 뉴턴과 아인슈타인이라는 시대의 천재들을 거쳐 현대 양자물리학에 이르는 흐름은 물리학의 발전, 우주라는 존재를 알아가는 인류의 발전 과정이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 수많은 물리학자들의 삶과 그들의 연구, 그 연구를 뒤엎는 새로운 이론이 탄생하는 과정은 마치 인간과 우주와 물리학 그 모든 것을 담은 긴 여행과 같다.

이 책의 모험은 1600년대에 뉴턴이 중력을 발견한 것에서 시작한다. 뉴턴은 어떻게 모든 장소, 모든 시간, 모든 사과에 적용할 수 있는 첫 번째 보편 법칙을 찾아냈을까? 그는 지구의 일상 활동과 천체의 움직임을 하나의 보편적인 힘으로 통합하여 정리한 최초의 사람이었다. 그러나 의심할 수 없는 명제라고 생각했던 그의 가설은 알버트 아인슈타인의 등장으로 변화를 맞이한다. 아인슈타인은 일반 상대성 이론과 함께 등장하여 중력이 힘이 아니라 단순히 거대한 물체에 의한 공간 왜곡 때문에 생기는 것이며, 뉴턴 이론의 일부가 잘못되었다는 것을 증명한다. 그것이 당시로서는 얼마나 전복적인 생각이었는지 그 누구도 뉴턴에게 이의를 제기할 사람이 있을 거라고는 생각지 못했었다. 그럼에도 아인슈타인은 시간이 절대적이지 않다는 놀라운 가설을 제기하며 일반 상대성 이론이라는, 물리학 역사상 가장 강력한 도구를 손에 쥐었다. 그러나 그의 이론에도 결점이 있었다. 그리고 3장에서는 그 이후 지금까지의 이론들, 뉴턴과 아인슈타인을 지나 다다른 양자 이론과 끈 이론, 중력파 등 최신 우주과학 이야기가 펼쳐진다. 물리학이 보여줄 미지의 세계에 대한 열린 가능성을 말하며 마무리된다. 이 책은 기본적으로 인류의 오랜 수수께끼인 중력이라는 힘에 관한 재미있는 안내서이지만 저자는 이 이야기들을 한 편의 긴 소설처럼 흥미롭게 펼쳐낸다. 오랜 시간 우주의 운명을 통제해온 이 놀라운 힘의 정체를 물리학 입문자에게도 쉽게 알려준다.

★★★ 선데이타임스 선정 2017년 올해의 과학책 ★★★

인간과 우주 물리학, 그 모든 것을 안내하는 여행서

“이렇게 쉽게 설명하다니……, 아인슈타인이 자랑스러워할 것이다.”
- 「가디언(Guardian)」

“다정한 재치와 과학적 영감이 번득이는 책.”
- 「네이처(Nature)」

중력은 오랫동안 인류의 진화와 문명 전체를 통제해왔다. 이 힘 덕분에 인간은 발을 땅에 대고 걸어 다닐 수 있고, 많은 발견과 발명들이 중력을 고려하고 나서야 세상에 나올 수 있었다. 얼마 전 발사에 성공한 누리호 역시 중력을 극복함으로써 궤도에 진입할 수 있었고, 중력을 거스른다는 것이 인류에게 얼마나 큰 도전인지를 보여주는 일이었다.
중력은 이상한 힘이다. 이 힘 덕분에 걸어 다닐 수 있지만 정작 그 힘을 느끼지는 못한다. 지구에 작용하는 중력은 근육의 힘도 이기지 못해서 우리는 쉽게 손을 위로 뻗을 수 있지만, 대규모로 작용하는 중력에는 저항조차 할 수 없다. 중력은 인간이 인지하고 기록한 첫 번째 힘으로, 요약하자면 일상에서 가장 약한 힘이지만 동시에 우주에서 가장 강한 힘이다.

이 책의 저자인 마커스 초운은 ‘영국에서 물리학과 천문학에 대해 가장 잘 쓰는 작가’라는 평을 받는 과학 작가다. 특유의 위트와 유쾌함으로 과학지식들을 풀어내 일반대중들에게 사랑을 받던 그는 ‘중력’이라는 너무나도 익숙한 주제로 돌아간다. 이 책에서 그는 무엇보다 중력이라는 이상한 수수께끼에 파고들어야 과학의 가장 큰 질문에 다다를 수 있다고 말한다. 공간이란 무엇인가? 시간이란 무엇인가? 우주는 무엇인가? 그리고 그 모든 것이 어디에서 왔는가?
하지만 그 거대한 질문에 대한 답을 알아보기 전에 우리는 물리학이 어떻게 지금에 이르게 되었는지, 그리고 현재 다다른 곳은 어디인지를 알아야 한다. 그리하여 이 책 『중력에 대한 거의 모든 것』의 이야기는 아이작 뉴턴이라는 스물두 살의 청년에게서 시작한다. 페스트가 기승을 부리던 1666년 한 청년에게서.
마커스 초운은 1666년 처음 인지된 중력의 힘부터 2015년 중력파 발견까지 중력의 본질을 깨달아가는 인류의 흥미로운 여정으로 우리를 안내한다. 뉴턴과 아인슈타인이라는 시대의 천재들을 거쳐 현대 양자물리학에 이르는 흐름은 물리학의 발전, 우주라는 존재를 알아가는 인류의 발전 과정이라고 해도 과언이 아닐 것이다. 수많은 물리학자들의 삶과 그들의 연구, 그 연구를 뒤엎는 새로운 이론이 탄생하는 과정은 마치 인간과 우주와 물리학 그 모든 것을 담은 긴 여행과 같다.

물리학의 과거와 현재, 미래를 찾아 떠나는 모험

이 책의 모험은 1600년대에 뉴턴이 중력을 발견한 것에서 시작한다. 뉴턴은 어떻게 모든 장소, 모든 시간, 모든 사과에 적용할 수 있는 첫 번째 보편 법칙을 찾아냈을까? 그는 지구의 일상 활동과 천체의 움직임을 하나의 보편적인 힘으로 통합하여 정리한 최초의 사람이었다. 그러나 의심할 수 없는 명제라고 생각했던 그의 가설은 알버트 아인슈타인의 등장으로 변화를 맞이한다.
아인슈타인은 일반 상대성 이론과 함께 등장하여 중력이 힘이 아니라 단순히 거대한 물체에 의한 공간 왜곡 때문에 생기는 것이며, 뉴턴 이론의 일부가 잘못되었다는 것을 증명한다. 그것이 당시로서는 얼마나 전복적인 생각이었는지 그 누구도 뉴턴에게 이의를 제기할 사람이 있을 거라고는 생각지 못했었다. 그럼에도 아인슈타인은 시간이 절대적이지 않다는 놀라운 가설을 제기하며 일반 상대성 이론이라는, 물리학 역사상 가장 강력한 도구를 손에 쥐었다. 그러나 그의 이론에도 결점이 있었다. 그리고 3장에서는 그 이후 지금까지의 이론들, 뉴턴과 아인슈타인을 지나 다다른 양자 이론과 끈 이론, 중력파 등 최신 우주과학 이야기가 펼쳐진다. 물리학이 보여줄 미지의 세계에 대한 열린 가능성을 말하며 마무리된다.
이 책은 기본적으로 인류의 오랜 수수께끼인 중력이라는 힘에 관한 재미있는 안내서이지만 저자는 이 이야기들을 한 편의 긴 소설처럼 흥미롭게 펼쳐낸다. 오랜 시간 우주의 운명을 통제해온 이 놀라운 힘의 정체를 물리학 입문자에게도 쉽게 알려준다.

중력과 우주라는 미지의 세계로 안내하는 아름다운 과학책

중력은 완전히 고립된 질량들을 이어주며, 자연의 외로운 존재들을 한데 묶어 주는 힘이다. “물리학의 고민은 우리가 자연에 관해 어떤 말을 할 수 있는가에 있다.”는 닐스 보어의 말처럼 물리학은 자연의 일부를 알아가는 일에 불과하다. 뉴턴과 아인슈타인을 비롯한 뛰어난 물리학자들은 본능적으로 이 진리를 알고 있었다. 그들에게 있어 물리학을 연구하는 일은 거대한 자연과 우주라는 거대한 책을 한 장씩 넘겨가는 일이었다.
저자의 말처럼 전기 시대가 되기 전까지는 그 누구도 텔레비전이나 스마트폰, 인터넷을 예측하지 못했던 것처럼, 아인슈타인을 뛰어넘는 이론이 펼쳐질 세상의 모습은 그 누구도 예측할 수 없다. 공간과 시간을 다스리고, 웜 홀을 생성하고, 항성 간 우주선과 타임머신을 만드는 일이 가능할지 누가 알 수 있을까? 어쩌면 지금 이 순간, 또 다른 뉴턴이나 아인슈타인이 적절한 때를 기다리고 있을지도 모른다. 아인슈타인을 넘어서 나타날 더 깊은 이론이 불러올 파급 효과는 상상도 할 수 없을 만큼 엄청날 것이다. 미지의 세계에서 무엇을 찾게 될지는 아무도 모른다. 이 책을 통해 지평선 너머의 누구도 상상할 수 없는 마법의 세계를 엿볼 준비를 할 수 있다.

이 책에 들어가기 전
당신이 모를 수도 있는 중력에 관한 여섯 가지 사실

1부 뉴턴
1장 · 달은 떨어지고 있다
뉴턴은 어떻게 모든 장소, 모든 시간, 모든 사과에 적용할 수 있는 첫 번째 보편 법칙을 찾아냈을까?

2장 · 마지막 마법사
이 세상의 체계를 만들고 우주를 이해하는 열쇠를 발견하다

3장 · 3월에는 조수를 조심하라
뉴턴의 중력 이론은 행성의 운동뿐 아니라 바다의 조수현상을 설명한다

4장 · 보이지 않는 세상을 그리는 지도
과학은 인간에게 보이지 않는 것을 예측하게 하는 신의 힘을 주었다

2부 아인슈타인
5장 · 우리의 시간은 다르게 흐른다
광선을 따라잡는다면 어떤 일이 일어날까

6장 · 떨어지는 사람을 위한 시
중‘력’이란 환상일 뿐이며 모든 것은 시공간의 왜곡일 뿐이다

7장 · 신은 0으로 나누었다!
아인슈타인의 중력 이론은 어떻게 블랙홀의 ‘특이점’이라는 엉뚱한 존재를 예측했을까?

3부 아인슈타인을 넘어서
8장 · 예측 불가능한 것을 예측하다
공간과 시간의 운명을 예측하는 양자이론

9장 · 미지의 세계
우주는 왜 존재하며, 어디에서 왔을까?

주

아이러니하게도 과학이 가장 먼저 기술한 힘이자 누구나 오래전에 이해했다고 생각한 이 힘은 사실 거의 밝혀진 것이 없다. 윈스턴 처칠의 말을 빌려 표현하자면 중력은 “신비에 싸여 수수께끼 속에 들어 있는 불가사의”다.
- 〈이 책에 들어가기 전〉 중에서

너무나도 복잡한 세상을 여과해 간단한 기본 법칙으로 정리한 뉴턴의 업적은 어떻게 해도 과소평가할 수 없다. 현재 우리는 ‘힘’, ‘질량’, ‘속도’라는 용어의 개념을 알고 있다. 하지만 그런 개념도 누군가 용어를 창조하고 생각의 틀을 발명했기 때문에 우리에게 익숙해진 것이다.
그 누군가가 바로 뉴턴이다. 뉴턴은 혼돈으로 가득 찬 동시대 언어를 이용해 기본 개념을 정립할 수 있도록 혼신을 다했다.
- 〈마지막 마법사〉 중에서

과학사를 다룬 책들은 대부분 1905년을 아인슈타인의 ‘기적의 해’라고 적는다. 물리학자 에이브러햄 파이스는 “그 이전이든 그 이후든 누구도 1905년의 아인슈타인처럼 단기간에 물리학의 지평선을 그토록 넓게 확장한 사람은 없었다.”라고 했다. 그 누구도 아인슈타인만큼 물리학의 영역을 넓게 확장하지는 못했다. 물론 아이작 뉴턴은 예외인지도 모르겠다. 하지만 아이작 뉴턴이 ‘기적의 해’를 만드는 데는 18개월이 필요했지만 아인슈타인은 불과 3개월이면 충분했다. 물리학의 풍경을 완전히 뒤바꾼 매우 중요한 네 편의 과학 논문을 3월 17일부터 6월 30일 사이에 완성하는 기적을 행한 것이다.
- 〈우리의 시간은 다르게 흐른다〉 중에서

아인슈타인은 낙하 속도를 늦출 공기도 바람도 없는 곳에서 떨어지는 상황을 상상했다. 시간과 공간, 항성과 하늘, 그밖에 모든 것의 중간 지점에서 떨어진다고 상상했다. 결국 자기 자신이 떨어지고 있음을 잊을 때까지 떨어지는 상황을 상상했다.
그러다 갑자기 번개처럼 깨달음이 찾아왔다. 아인슈타인은 벌떡 일어났고 의자는 뒤로 내동댕이쳐졌다. 그는 자신이 새로운 실재를 구축할 수 있음을 깨달았다. 아인슈타인은 바로 이 순간을 자기 인생에서 가장 행복했던 순간이라고 부르게 된다. 아무도 없는 사무실에서 아인슈타인은 크게 웃었을 것이다. 정말로 큰소리로 웃었을 것이다. 떨어지는 사람은 자기 몸무게를 느낄 수 없다!
- 〈떨어지는 사람을 위한 시〉

자연은 아인슈타인의 이론보다 더 근원적인 이론을 찾을 수 있는 단서를 인간의 손이 닿지 않는 먼 곳에 심어둔 것이 분명하다. 그 단서를 조금이라도 엿보려면 정말 엄청난 재주가 필요하다. 하지만 모든 것을 잃은 것은 아니다. 우리에게는 강력한 안내서가 있다. 상대성과 양자 이론이라는 쌍둥이 원리 말이다.
- 〈예측 불가능한 것을 예측하다〉

빠르게 진동하는 바이올린 현이 느리게 진동하는 바이올린 현보다 에너지가 훨씬 많은 것처럼, 빠르게 진동하는 끈은 꼭대기 쿼크 같은 질량-에너지가 많은 아원자 입자와 관계가 있고, 느리게 진동하는 끈은 전자 같은 질량-에너지가 적은 아원자 입자와 관계가 있다. 그러나 끈의 진동과 관계가 있는 수학은 너무 복잡해서 물리학자들은 끈이 만들어낼 수 있는 모든 진동이, 알려진 모든 기본 입자를 설명할 수 있다는 확신을 하지 못하고 있다.
- 〈미지의 세계〉