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양자이론은 미래를 여는 열쇠다!
인기 과학 전문 에세이스트가 들려주는 쉽고 재미있는 현대과학 이야기

액체가 위로 흐를 수도 있다, 건물 꼭대기에서는 아래층에서보다 나이를 더 빨리 먹는다, 원자는 여러 다른 장소에 동시에 존재할 수 있다. 즉, 당신이 뉴욕에 있으면서 동시에 런던에 있을 수 있다는 뜻이다, 인류 전체를 각설탕 크기의 공간 안에 집어넣을 수 있다, 한 잔의 커피는 차가울 때보다 뜨거울 때 무게가 더 무겁다? 이 모든 진술은 놀랍게도 사실이다.

『현대과학의 열쇠 퀀텀과 유니버스』는 영국과 미국에서 유명하고 인기 높은 과학 전문 에세이스트인 마커스 초운이 들려주는 쉽고 재미있는 현대과학 이론서이다. 저자는 현대 물리학이 거둔 두 가지 기념비적 성과가 양자이론(퀀텀)과 아이슈타인의 일반상대성이론(유니버스)이라고 설명한다. 이 두 이론을 합치면 우리가 사는 세계의 거의 모든 것을 설명할 수 있다는 것이다.

하지만 이 두 이론은 매우 어려운 것이 흠이다. 저자는 어려운 두 이론을 위에서 보듯 쉽고 흥미로운 비유를 통해 양자이론과 상대성이론의 핵심 사상을 명확히 설명하고 있다. 과학의 흐름이 어떻게 전개되어 왔는지, 아이슈타인이 왜 그렇게 위대한지, 퀀텀(양자이론)이 왜 세계를 완전히 바꿀 수 있다고 하는지 그 요점만을 정확하게 설명하고 있다. 가상 입자, 다중 우주, 불확정성 원리 등의 용어를 쉽고 간단하게 설명한 '용어 해설' 코너는 물리학 전반을 보다 간략하고 이해하기 쉽도록 돕는다.

☞ 독자 대상
과학을 전공하지 않은 일반인이 21세기 물리학의 주요 개념들을 쉽게 이해할 수 있도록 돕는다.

누구라도 수십 번 이상 신문과 텔레비전, 온갖 미디어를 통해 퀀텀(양자 물리학), 우주론, 일반상대성이론과 특수상대성이론, 초끈이론, 쿼크, 힉스 입자, 입자가속기 등등 ‘현대과학의 키워드’에 관해 들어왔을 것이다. 어느새 현대과학을 이해하는 건 마치 최신 소설이나 마케팅 흐름을 파악하는 일처럼 필수가 되었다. 리처드 파인만, 스티븐 호킹, 리사 랜들, 토마스 쿤, 스티븐 와인버그 등 유명한 과학자들의 책은 읽지 않아도 왠지 사두어야 할 것처럼 느껴진다. 하지만 서점에서 이 책들을 한번쯤 뒤적여 본 독자라면 충분히 공감할 것이다. “도무지 알 수 없다! 현대과학은 너무도 어렵다!” [현대과학의 열쇠, 퀀텀과 유니버스]는 현재 국내에 출간되어 있는 모든 물리학 책들 가운데 ‘가장 어려운 이론을 가장 쉽고 가장 얇게 설명한 과학 교양서’다! 한 마디로 말해서, 유명한 과학책들을 읽으며 고개를 끄덕이고 싶다면 먼저 [현대과학의 열쇠, 퀀텀과 유니버스]를 읽으면 된다는 뜻이다! ‘원자’라는 단어가 어떻게 생겨났는지, 베르누이가 어떻게 기체를 발견했는지, 그 발견이 브라운 운동과 어떻게 이어지는지부터 시작해, 아인슈타인이 노벨상을 받은 ‘광자 효과’가 무엇이고 이것이 어떻게 퀀텀(양자이론)과 연결되는지를 설명한다. 저자는 퀀텀(양자이론)의 지식들을 퍼즐처럼 짜맞추는 게 쉽지 않았다고 엄살을 피우지만, 그의 저술은 현재 영국, 미국, 일본, 독일에 걸쳐 전 세계 수많은 독자들에게 과학으로 통하는 길을 열어주고 있다.

작가의 말
“현대 물리학이 거둔 두 가지 기념비적 성과는 양자이론과 아인슈타인의 일반상대성이론이다. 이 두 이론을 합치면 우리가 사는 세계의 거의 모든 것을 설명할 수 있다. 그러나 두 이론이 탄생하고 거의 한 세기가 지났음에도 불구하고 많은 사람들이 두 이론 중 모두는 고사하고 하나도 제대로 이해하지 못하고 있는 실정이다.
나 또한 이들 개념을 사람들에게 설명하면서 벽에 부딪쳤다. 나는 더 쉬운 방법이 반드시 존재한다고 믿었다. 이 책은 그 결과물이다. 나는 아침에 모닝커피를 마시며 읽을 수 있을 만큼 쉬운 언어로 지난 세기에 탄생한 가장 뛰어나고 흥분되는 두 개념을 해설하고자 했다.”

추천사
“기묘하고, 섹시하며, 혼을 쏙 빼놓는다.” _ 『네이처』Nature
“지적이고 재미있으며 읽기 쉽고, 무엇보다 『전쟁과 평화』보다도 얇지 않은가!”
_ 사이먼 싱Simon Singh, 『페르마의 마지막 정리』 저자

[리뷰]

이명박 대통령도 이해한 ‘현대과학의 키워드’ 퀀텀과 유니버스

퀀텀(양자 물리학), 우주론, 일반상대성이론과 특수상대성이론, 초끈이론, 쿼크, 힉스 입자, 입자가속기…. 수십 번 이상 신문과 텔레비전, 온갖 미디어를 통해 위와 같은 ‘현대과학의 키워드’에 관해 들어왔을 것이다. 토목 공사를 경제 부흥의 원동력으로 여기는 현 정부의 수뇌부마저 스위스 제네바에 설계된 둘레 27킬로미터짜리 대형입자가속기를 보고 기초과학연구밸리를 만들어 첨단 과학의 발전에 관심을 기울어야 한다고 역설했다.

현대과학 이론을 이보다 더 쉽게 설명할 수는 없다!

어느새 현대과학을 이해하는 건 마치 최신 소설이나 마케팅 흐름을 파악하는 일처럼 필수가 되었다. 리처드 파인만의 『물리학 강의』, 스티븐 호킹의 『시간의 역사』, 미치오 카쿠의 『평행 우주』, 리사 랜들의 『숨겨진 우주』, 스티븐 와인버그의 『최종이론의 꿈』은 읽지 않아도 사두어야 하는 고전처럼 느껴질 정도다. 하지만 서점에서 이 책들을 한번쯤 뒤적여 본 독자라면 충분히 공감할 것이다. “도무지 알 수 없다! 현대과학은 너무도 어렵다!”
『현대과학의 열쇠, 퀀텀 :: 유니버스』는 현재 국내에 출간되어 있는 모든 물리학 책들 가운데 ‘이 어려운 이론들을 가장 쉽고 가장 얇게 설명한 과학 교양서’다! 한 마디로 말해서, 유명한 과학책들을 읽으며 고개를 끄덕이고 싶다면 먼저 『현대과학의 열쇠, 퀀텀과 유니버스』를 읽으면 된다는 뜻이다!

과학 전문 에세이스트의 영미판 『과학 콘서트』

작가는 영국과 미국에서 유명하고 인기 높은 ‘과학 저술가’다. 천체물리학을 하고 대학에서 강의를 하던 작가 마커스 초운은 저명한 과학 주간지와 신문에서 과학 전문 에세이스트로, 컨설턴트로 활동하고 있다. 기발한 아이디어를 동원하고 낯선 과학 용어를 친숙한 비유로 풀어내며, 역사적인 발견과 실험이 어떻게 서로 이어져 있는지를 ‘하나의 이야기’처럼 엮어 준다. 그는 과학이 문학, 역사학이나 정치학, 철학처럼 생활에 스민 학문이라는 점을 강조하며 현대사회를 살아가는 우리에게 가장 가깝고 쉬운 영역이라고 역설한다. 그의 글은 한국의 과학저술가 정재승 선생과 다르지 않다. 사회 현상에 빗대어 과학 이론과 용어를 해설하는 저술 스타일이나 흔히 벌어지는 코믹한 상황들을 설명 중간중간에 끼워 넣는 재치는 번역서라는 걸 거의 잊게 해준다.

소설 읽듯이 속도감 있게 따라갈 수 있는 과학책

독자가 중학생이라면 교과서에 나와 있는 여러 과학자들이 어떻게 자연스럽게 서로의 발명과 발견을 이어갔는지, 하나의 실험 결과가 그후의 이론에 어떻게 영향을 미쳤는지 선후관계를 쉽게 파악할 수 있다. 이 얇은 책 한 권으로 과학 교과서 전체를 거의 대부분 이해하게 되는 셈이다. 마치 족집게 선생에게 과학 특강을 받은 듯한 느낌이 들 것이다.
독자가 고등학생이라면 논술을 준비하기 바로 전에 읽으면 무척 유용할 것이다. 최근 대입 논술에 토머스 쿤의 『과학혁명의 구조』나 리처드 파인만의 에세이가 출제되었다. 그런데 논술에서 중시하는 점은 현대과학 자체라기보다는 ‘과학적 사고방식, 과학 패러다임의 변화, 과학의 역사’이다. 때문에 현대과학이 어떻게 해서 ‘지금의 연구 목적과 방법을 갖게 되었나’ 즉, 그 ‘흐름’만 파악한다면 거의 모두를 이해하는 것과 마찬가지다. 이 책은 ‘과학의 흐름이 어떻게 전개되어 왔는지, 아인슈타인이 왜 이다지도 위대한지, 퀀텀(양자이론)이 왜 세계를 완전히 바꿀 수 있다고 하는지’ 그 요점만을 정확하게 설명하고 있다.
독자가 일반 성인이라면 이 얇은 한 권의 책을 읽어 온갖 텔레비전 뉴스와 신문, 인터넷 기사(네이버 캐스트에도 등장하는 ‘오늘의 과학’ 코너를 포함해서)들에 연일 등장하는 과학에 관련된 키워드들을 모두 알아듣고 상대에게 설명할 수도 있게 된다. “입자가속기가 대체 뭔데 수 조 달러씩 들여서 만드는 것이냐? 신의 입자가 대체 뭔데 ‘아인슈타인이 100달러를 걸었다는 것이냐? 힉스가 무엇이길래 세계가 완전히 바뀔 수 있다는 말이냐?” 등등의 질문을 쏟는 직장 동료, 이성 친구, 부모님, 나이 어린 동생이 있다면 바로바로 답을 해줄 수 있다는 뜻이겠다.

‘용어 설명’ 먼저 읽기를

책 뒤에 있는 ‘용어 설명’ 부분을 먼저 읽는 것도, 또는 ‘용어 설명’만 읽는 것도 큰 도움이 된다. 보일의 법칙, 불확정성원리, 이중슬릿 실험 등등의 물리학 전반을 간략하고 이해하기 쉬운 용어로 파악할 수 있다.
저자는 퀀텀(양자이론)의 지식들을 퍼즐처럼 짜맞추는 게 쉽지 않았다고 엄살을 피우지만, 그의 저술은 현재 영국, 미국, 일본, 독일에 걸쳐 전 세계 수많은 독자들에게 과학으로 통하는 길을 열어주고 있다.

여는 글 9
감사의 말 13

1부 작은 것들

1장 아인슈타인과 함께 호흡하기 17
2장 신이 우주를 가지고 주사위 놀이를 하는 이유 31
3장 아톰은 정신 분열증 환자 45
4장 불확정성과 지식의 한계 57
5장 텔레파시 우주 76
6장 다양성의 기원과 동일성 90

2부 큰 것들

7장 시간과 공간의 죽음 117
8장 E=mc2과 햇빛의 무게 141
9장 중력 실종 사건 155
10장 모자에서 토끼를 꺼내는 궁극의 마술 184

용어 해설 207
더 읽을 거리 235
옮기고 나서 236
찾아보기 237

인류 전체를 각설탕 한 개만한 부피에 집어넣을 수 있다는 생각이 공상 과학처럼 들린다면 다시 생각해 보길 권한다. 보통 물질에서 99.9999999999999퍼센트의 부피가 빈 공간이라는 사실은 놀랍다. _18쪽

빛이 불연속적 덩어리, 곧 ‘양자’(量子)로 존재한다는 사실이야말로 과학의 역사에서 가장 쇼킹한 발견일 것이다. 그 발견으로 20세기 이전 과학의 안락한 담요가 날아가 버렸다. 물리학자들은 『이상한 나라의 앨리스』식 우주라는 엄혹한 현실과 대면했다. _32쪽

리처드 파인만의 말을 들어보자. “물리학은 특정한 상황에서 무슨 일이 일어날지 예측하려던 노력을 포기했다. 우리는 다만 확률을 얘기할 수 있을 뿐이다.”_ 40쪽

빛이 드러나는 방식은 입자들의 흐름이거나 파동이다. 우리는 동전의 양면 전체를 동시에 볼 수가 없다. 입자들의 흐름으로 빛을 관찰할 경우 그 행동 방식과 관련해 어떠한 파동도 입자들을 미리 서로 알지는 못한다. _41쪽

불확정성원리에 따르면 미립자의 위치와 속도를 둘 다 정확하게 알 수는 없다. 일종의 거래가 필요하다는 얘기다. 미립자의 위치를 정확하게 파악할수록 그것의 속도가 불확실해진다. 미립자의 속도를 정확하게 파악할수록 그것의 위치가 불확실해진다._62쪽

별은 거대한 가스 공이다. 이 구체는 물질의 자체 중력으로 모양이 유지된다. 그 서로를 끌어당기는 중력은 별을 끊임없이 수축시키려고 한다. 하여 뭔가 저항에 직면하지 않을 경우 별은 순식간에 아주 작은 덩어리로 수축 붕괴하고 말 것이다. 블랙홀 말이다. _70쪽

어떻게 원자들은 우주의 정반대에 있을 때조차 그토록 순식간에 서로에게 영향을 미칠 수 있을까. 아인슈타인은 어찌나 심사가 뒤틀렸던지 양자이론은 사기라고 선언했다. _76쪽

양자이론에 따르면 상태들의 기묘한 중첩은 가능할 뿐만 아니라 보장되어 있는 것이다. 원자는 동시에 복수의 장소에 존재할 수 있고, 동시에 여러 가지 일도 할 수 있다. 미시 세계에서 관찰되는 여러 괴이한 현상은 이런 가능태들이 간섭한 결과이다. 그건 그렇다 치고, 여러 원자가 결합해 일상 생활에서 마주치는 물체들을 만들 때 그 대상들은 왜 양자적으로 행동하지 않는 것일까? 이를 테면, 나무는 동시에 두 곳에 존재하는 듯 행동하지 않고, 개구리와 기린이 뒤섞인 것처럼 행동하는 동물도 없다. _85쪽