우주가 정말 하나뿐일까?(대우휴먼사이언스 9)

『우주가 정말 하나뿐일까?-최신 우주론 입문』 내용

대우휴먼사이언스 시리즈 9권. 일본 대중이 사랑하는 이론물리학자 무라야마 히토시가 들려주는 암흑물질, 암흑에너지, 여분의 차원, 다원 우주에 대한 이야기.

우주는 알면 알수록 더 큰 수수께끼를 품고 있다. 이 책에서는 우선 너무나도 큰 우주의 크기를 조금이라도 실감할 수 있도록 지구에서 시작해 태양계, 은하, 은하단으로 그 범위를 조금씩 확대해 나간다. 그리고 우리가 가장 먼저 만나는 것은 암흑물질. 이 암흑물질이 없었다면 별도 은하도 우리도 태어나지 못했을 것이다. 더 먼 곳으로, 즉 과거로 거슬러 올라가면 우주의 팽창이 가속화되어 찢긴 상태에 있는 암흑에너지를 만날 수 있는데 이것이 우주의 운명을 쥐고 있다.

그리고 암흑물질을 설명하기 위해 진지하게 논의되고 있는 여분의 차원과 암흑에너지를 설명하기 위한 다원 우주. 우주에는 눈에 보이는 3차원 공간 외에 여분의 차원의 공간들이 존재하고, 엄청나게 많은 우주가 시행착오로 인해 생성되어 있을지도 모른다.



·암흑물질은 지금 이 순간에도 우리 몸을 통과하고 있다?

·암흑물질은 여분의 차원에서 온 메신저일지도 모른다?

·여분의 차원은 우리 바로 옆에 있다?

·중력이 약한 이유는 여분의 차원으로 빠져나가기 때문이다?

·이대로 우주가 가속팽창하면 우주는 찢어진다?

·엄청나게 많은 우주가 시행착오로 만들어졌다?

·그중에서 어쩌다 잘 만들어진 우주에 우리들이 살고 있는 것이다?



* 책속으로 추가

p.147 여분의 차원은 바로 우리 옆에 있다

우리가 살고 있는 우주에 3차원 공간과는 다른 방향이 있다면 왜 지금까지 몰랐을까요? 가장 유력한 이유는 3차원 이외의 차원은 굉장히 작다는 것입니다. 예를 들어 줄타기를 하고 있는 사람이 있다고 가정해 봅시다. 그 사람 입장에서 보면 움직일 수 있는 방향은 밧줄이 놓인 방향밖에 없습니다. 즉 밧줄을 따라 전진하느냐, 후진하느냐밖에 없는 것입니다. 이 경우, '밧줄 끝에서 20미터 앞'이라는 숫자를 하나 정하면 장소가 결정됩니다. 밧줄타기를 하는 사람에게 공간적 차원은 하나뿐입니다. 즉 이 사람은 1차원의 세계에 있는 것입니다.

그렇다면 밧줄 위는 정말로 1차원일까요? 만약, 이 밧줄 위에 개미가 있다면 어떨까요? 개미는 몸집이 작기 때문에 밧줄을 따라 움직일 뿐만 아니라 밧줄 지름 방향으로 뱅글뱅글 돌 수도 있습니다. 따라서 개미 입장에서 보면 밧줄 위는 2차원 공간이 되는 것입니다. 사람에게 밧줄의 두께는 너무 가늘어 그 방향으로 움직일 수 있는 차원이 있다는 걸 느낄 수 없지만, 개미는 2차원이라고 느낄 수 있습니다.

즉 사람의 눈에는 어느 정도 큰 것만 보이므로 3차원 공간밖에 보이지 않는 것입니다. 현미경 같은 미시적 시점에서 보면 다른 차원이 보일지도 모른다는 게 기본적인 생각입니다.

추천의 글 5

시작하며 9



1장 우리가 알고 있는 우주 17

태양계는 우주의 일부·19 | 자세히 본 태양계·22 |

생각보다 빠른 공전 속도·26 | 별은 무엇으로 만들어져 있을까?·27 |

중성미자의 선물·31 | 중성미자 관측의 어려움·33 |

별의 내부는 어떻게 생겼을까?·36 | 은하수를 자세히 살펴보자·37 |

은하계에도 블랙홀이·41 | 기묘한 은하의 회전·42 |

눈에 보이지 않는 물질·44 |

은하의 내부가 암흑물질로 가득하다고?!·45 |

은하가 회전한다는 사실을 어떻게 알지?·47 |

아무것도 보고 있지 않은 것이나 마찬가지·49



2장 암흑물질로 가득 찬 우주 53

은하단도 암흑물질로 가득하다·55 | 중력렌즈에 대해·58 |

스바루 망원경의 활약·60 | 은하단과 은하단의 충돌 현장·63 |

Q&A·67



3장 우주의 대규모 구조 71

우주의 농담濃淡·73 | 빅뱅 이후 남은 빛·75 |

우주는 팽창하고 있다·78 | 우주의 구성 요소·79 |

암흑물질과 우주의 시작·81 |

Q&A·82

칼럼 만물을 만드는 소립자·83



4장 암흑물질의 정체를 찾아서 87

암흑물질의 후보·89 | 첫 번째 후보는 겁쟁이·94 |

윔프WIMP의 정체·96 | 다른 차원에서 왔다고?!·98 |

암흑물질의 소리를 찾아서·100 | 암흑물질 탐색의 과열 양상·104 |

빅뱅의 재현·106 | 우주 게놈 계획·108 |

Q&A·112

칼럼 우주의 나이·113



5장 우주의 운명 117

우주의 운명·119 | 암흑에너지·120 |

초신성으로 팽창 속도 구하기·121 | 계속 팽창하는 에너지·125 |

우주가 찢어진다고?·127 | 암흑에너지 효과의 생성 속도·129 |

초끈이론이 예측하는 우주의 종말·130 |

Q&A·131



6장 다차원 우주 137

우주는 하나가 아니다·139 | 휘어진 차원을 평평하게·141 |

5차원 시공·143 | 눈에 보이지 않는 차원·145 |

여분의 차원은 바로 우리 옆에 있다·147 | 힘의 통일을 향해·149 |

중력은 약한 힘·151 | 중력은 상호 소멸하지 않는다·152

중력은 왜 약한 걸까?·154 |

여분의 차원으로 전달되는 중력이 있을까?·157



7장 여분의 차원의 존재 161

여분의 차원으로 빠져나가는 중력·163 |

블랙홀은 여분의 차원의 증거·165 |

(국제)선형가속기 실험·167 | 휘어진 우주·169 |

불확정적인 여분 차원의 공간·171 | 존재 이유-불확정성·173 |

여분의 차원 내부의 암흑물질·175

Q&A·178



8장 우주가 정말 하나뿐일까? 183

3차원 샌드위치·185 | 우주의 가지 뻗기·186 |

팽창을 가속화하는 에너지·187 | 이론물리학 최악의 예언·189 |

초끈이론과 블랙홀·193 | 접혀 있는 6차원 공간·196 |

우주가 수없이 많다고?·198 |

Q&A·203

마치며 205

찾아보기 208

무라야마 히토시 저자 무라야마 히토시는 2002년에 일본에서 40세 미만의 신진 이론물리학자들에게 주어지는 니시노미야 유카와 기념상을 수상한 소립자 이론의 선두주자이며 기초과학 분야의 젊은 리더 중 한 명이다. 일반 독자들도 쉽게 이해할 수 있는 과학서 집필로 대중들에게도 잘 알려진 인기 작가이기도 하다. 일본 도쿄대학교에서 소립자물리학을 전공한 후 동 대학원 물리학 박사 학위를 받았다. 도호쿠대학교 대학원 이학연구과 물리학과 조수, 로렌스버클리 국립연구소 연구원, 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 물리학과 조교수, 준교수를 거쳐 현재 같은 대학 물리학과 맥애덤스(MacAdams) 석좌교수다. 또한 도쿄대학교 국제고등연구소 우주의 물리학과 수학 연구소(Kavli IPMU) 초대 소장을 역임했고 현재 특임 교수다.