[eBook]신의 입자를 찾아서 : 양자역학과 상대성이론을 넘어

저 : 이종필출판사 : 마티발행일 : 2019년 03월27일 | 종이책 발행일 : 2015년 04월20일

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북마스터소개글 TOP

2015년 4월, 세상의 이목은 다시 한 번 제네바로 쏠렸다. 스위스 제네바에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN)는 대형강입자가속기(Large Hadron Collider, LHC)가 성능 향상을 마치고 재가동에 들어갔다고 공식 발표했다. LHC 재가동에 전 세계가 흥분하는 이유는 단 하나. "세상은 무엇으로 만들어졌을까?"라는 질문에 대한 모범답안으로 평가받는 입자물리학 표준 모형의 마지막 퍼즐 조각이었던 힉스 입자를 지난 2012년 LHC가 증명했기 때문이다.
LHC의 작동 원리의 핵심은 간단하다. 속이 궁금하면 깨봐야 한다는 것! 그렇다면 도대체 인간은 언제부터 입자를 깨볼 생각을 했을까? 복잡해 보이기만 하는 입자물리학은 사실 우리가 잘 알고 있는 그리스 시대의 다양한 원소설에서 시작된다. 저자는 현재 LHC가 거둔 성과는 무려 2,600년 전부터 인간이 세상에 던져온 질문의 결정판이었다는 점을 차근차근 설명해나간다.

출판사서평 TOP

- 2008년 문화체육관광부 우수 교양도서
- 2008년 과학문화재단 올해의 청소년 도서

이 책은 LHC가 완공된 2008년 출간된 [신의 입자를 찾아서]의 개정증보판으로, 2012년 힉스 입자가 발견된 상황을 중점적으로 보완해 출간했다.

2015년 4월, 스위스 제네바에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN)는 대형강입자가속기(Large Hadron Collider, LHC)가 성능 향상을 마치고 재가동에 들어갔다고 공식 발표했다. LHC 재가동에 전 세계가 흥분하는 이유는 단 하나. 입자물리학 표준 모형의 마지막 퍼즐 조각이었던 힉스 입자를 지난 2012년 LHC가 증명했기 때문이다. 다시 가동되는 LHC는 완성된 입자물리학의 표준 모형을 넘어 무엇을 보여줄까? 아니, 미래를 상상하는 일은 잠시 미뤄두자. 우리는 LHC 이전에, 그리고 힉스 입자를 발견하기까지 어떤 일이 있었는지 먼저 알아야 할 필요가 있다.

입자물리학과 LHC 실험의 기원
쪼개서 보면 세상 만물의 이치가 보인다?

LHC 실험의 목적을 단순하게 말하면 이렇다. 속이 궁금하면 깨봐야 한다! 그렇다면 도대체 인간은 언제부터 입자를 깨볼 생각을 했을까? 복잡해 보이기만 하는 입자물리학은 사실 우리가 잘 알고 있는 그리스 시대의 다양한 원소설에서 시작된다. 지금은 다소 엉뚱한 학설처럼 보이지만 그리스 사람들은 세상 만물이 물, 불, 공기, 흙, 이 네 가지 원소로 이루어졌다는 사실을 믿어 의심치 않았다. 혁명은 1878년 조지 톰슨이 '원자'를 깨뜨리면서 시작되었다. 이때까지 원자는 '깨지지 않는 무엇'이었다. 그런데 원자가 전자와 원자핵으로 깨질 수 있다는 사실을 톰슨이 발견하면서 물리학계는 점점 아주 작은 입자의 세계로 빠져들었다. 저자는 무려 2,600년 전부터 세상의 물리적 본질에 관한 질문이 있어왔으며, LHC 실험의 성과는 이 질문에 답하기 위한 노력의 결정판이었다는 점을 강조한다.

우리 직관의 바깥에 있는 소립자의 세계
그러나 양자역학은 답을 가지고 있다

이제 과학자들은 손에 쥘 수 없는 것은 물론 눈으로 확인할 수 없는, 때때로 믿을 수 없는 일이 일어나는 미시 세계로 들어섰다. 이 미시 세계는 양자역학으로 설명된다. "덩어리진 것들의 상태와 운동에 관한 학문"으로 정의되는 양자역학은 단번에 이해하기 어려운 학문이다. 하지만 우리 발밑에서 돌아가는 LHC가 인류에게 선사할 미래가 무엇일지 궁금하다면, 양자역학은 꼭 거쳐야 할 관문임에 틀림없다. 물론 양자역학은 전공자도 이해하기 어려운 분야다. 다행인지 불행인지 저자는 "양자역학은 원래 어렵다"는 점을 인정한다. 그리고 당대 양자역학의 핵심 질문과 실험을 그림과 함께 하나씩 설명해나간다. 대학 강단과 대중 강연장에서 활용하기 위해 저자가 직접 그리고 모아온 그림 자료들은 이 책에서 제 역할을 톡톡히 해낸다.

아인슈타인과 함께 우주로
상대성이론의 매력에 빠지다

아주 작은 입자의 세계는 곧장 광활한 우주와 연결된다. 우리는 단 한 단어와 함께 이 흐름에 편승할 수 있다. 바로 '빛'이다. '광속'을 직접 느끼거나 경험하는 것은 불가능하지만, '광속으로 움직일 수 있다면 어떤 일이 벌어질까?'를 영화에서나마 한번쯤 꽤 구체적으로 볼 수 있는 시대가 아닌가. 하지만 시간과 공간을 4차원의 '시공간'으로 합쳐버린 이 매력적인 이론을 막상 설명하려면 혀가 굳는다. 그저 아는 척만 하는 것도 힘들다는 소리다. 그래서 저자는 다시 속도를 늦추고 갈릴레오 갈릴레이로 거슬러 올라가 상대성 개념부터 한 걸음을 내딛도록 돕는다. 그리고 저자 특유의 스토리텔링으로 가상의 사례를 만들어 상대성이론의 핵심 가설을 설명한다. 광선 ...

목차 TOP

개정판 서문
초판 서문

제1장 대충돌
중대 발표 | 월드와이드웹(www)의 고향 | 가속기의 가치 | LHC 대 SSC | 인간이 만든 가장 정밀한 기계 | 숫자 읽기 | 단위를 알면 물리가 보인다

제2장 태초의 수수께끼
원초적 질문 | 깨지지 않는 무엇 | 돌턴의 원자 모형 | 원자는 깨진다 | 톰슨의 원자 모형 | 전하량의 크기 |밀리컨의 실험, 조작인가 오해인가? | 러더퍼드의 등장 | 화장지에 튕겨나간 포탄 | 러더퍼드의 원자 모형 | 몇 가지 문제들 | 보어의 원자 모형

제3장 미시 세계에서 일어난 혁명
양자역학 | 혁명의 시 ...

저자소개 TOP

이종필 [저]

1971년 부산에서 태어났다. 1990년 서울대학교 물리학과에 입학해 2001년 같은 대학원에서 입자물리이론으로 박사학위를 받았다. 이후 연세대학교, 고등과학원, 서울과학기술대학교 등에서 연구원으로 재직했으며, 현재 고려대학교 전기전자공학부 BK21플러스 휴먼웨어 정보기술사업단 연구교수로 재직하고 있다.
지은 책으로 [이종필 교수의 인터스텔라] [신의 입자를 찾아서] [대통령을 위한 과학 에세이] [물리학 클래식] 등이 있고, 옮긴 책으로는 [최종이론의 꿈] [블랙홀 전쟁] [시간의 화살]이 있다.

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