세상을 보는 방식을 혁명적으로 바꿔주는 책!
고차원 물리학에 관한 가장 탁월한 안내서
현대물리학의 필독서이자 인식의 혁명을 일으킨 과학 고전
세계적인 이론물리학자이자 미래학자 미치오 카쿠가 단독으로 쓴 최초의 교양과학서 《초공간》이 출간되었다. 1994년 출간 후 〈뉴욕타임스〉와 〈워싱턴포스트〉 ‘올해의 책’으로 선정되며 ‘똑똑하고 날카로우면서 유머러스하고 친절한 물리학자’의 탄생을 알린 책이다. 2016년에는 ‘현대 과학의 필독서, 우리가 사고하는 방식에 변화를 일으킨 책’만을 골라 출간하는 ‘옥스퍼드 랜드마크 사이언스’ 시리즈에 포함되어, 명실상부한 현대과학의 고전임을 입증했다. 국내에는 1997년 김영사에서 출간되었다가 한동안 절판 상태였는데, 독자들의 요청에 힘입어 20여 년 만에 재출간되었다. 이번에 출간되는 《초공간》은 그간 《평행우주》《불가능은 없다》《미래의 물리학》《마음의 미래》 등 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 박병철 박사가 새로 번역했으며, 옮긴이 주석과 해설 등으로 초판 출간 후 달라진 내용을 충실히 보강했다.
초공간(hyperspace)이란 4차원 시공간보다 차원이 높은 공간을 통칭하는 용어로서, 초공간이론은 ‘칼루자-클라인 이론’ ‘초중력이론’ ‘초끈이론’ 등 다른 이름으로 불리기도 한다. 이 이론은 아인슈타인이 말년에 몰두했던 물리학의 성배(聖杯), ‘만물이론’의 유력한 후보로, 미치오 카쿠는 만일 초공간이론이 옳다면 우주에 관한 과학 및 철학적 개념은 혁명적인 변화를 맞게 될 것이라 확신하며 이를 현대판 ‘과학혁명’으로 규정한다. 저자는 ‘고차원 공간에 관한 이론’이 이처럼 그 의미가 큰데도 제대로 소개하는 책이 없어 이 책을 썼다고 한다. 《초공간》은 저자 스스로 말하듯 ‘초공간이론을 엄밀하면서 이해 가능한 수준으로 풀어 쓴 최초의 책’이며, 출간 후 25년이 다 되어 가는 지금까지도 ‘고차원 물리학에 관한 최고의 책’으로 손꼽힌다.
자연은 근본적인 단계로 갈수록 단순해진다!
고차원 시공간에서 완성되는 자연법칙의 통일
모든 자연현상은 네 가지 기본 힘으로 서술된다. 이 사실을 알아내기 위해 과학자들은 거의 2천 년 동안 사투를 벌였다고 해도 과언이 아니다. 1)전자기력-전자기력은 전기와 자기, 빛 등 다양한 형태로 나타난다. 2)강한 핵력(강력)-강력은 뜨겁게 타오르는 별에 에너지를 공급한다. 태양이 빛을 발할 수 있었던 것은 강력 덕분이니, 결국 인간은 강력으로 존재하게 된 셈이라고 할 수 있다. 3)약한 핵력(약력)-약력은 모든 종류의 방사성 붕괴에 관여하는 힘이다. 4)중력-중력은 지구를 비롯한 행성들이 공전궤도를 이탈하지 않도록 잡아두고 은하의 형태를 유지시키는 힘이다. 이론물리학의 최대 과제는 이 네 가지 힘을 하나로 통일하는 ‘만물의 이론’을 찾는 것으로, 아인슈타인이 말년에 몰두했던 문제도 바로 이 문제였다.
20세기 초에 등장한 양자역학은 지난 2천여 년 동안 금단의 영역이었던 미시세계를 ‘연구 가능한 영역’으로 편입시켰다. 물질은 무엇으로 이루어져 있는가? 물질을 단단하게 붙잡아두는 힘의 원천은 무엇인가? 물질은 왜 별별 다양한 형태로 존재하는가? 등 수백 년 동안 물리학자들을 괴롭혔던 난해한 문제들을 양자역학은 간단하게 해결했다. 양자역학은 그 뒤로도 승승장구하여 중력을 제외한 세 가지 힘을 통일하는 이론, 양-밀스 장이론을 탄생시켰다. 물리학자들은 이 이론에 ‘표준모형’이라는 이름까지 붙여주었다. 하지만 양자역학도 중력만은 끌어들이지 못했다. 블랙홀의 내부, 빅뱅 직전 또는 직후의 우주 상태 등은 일반상대성이론과 양자역학이 동시에 작용되어야 하는 영역인데 두 이론이 너무 달랐던 것이다. 초공간이론은 바로 여기서 등장한다.
초공간이론의 다른 이름인 초끈이론은 모든 기본입자의 특성을 ‘진동하는 끈’으로 설명한다. 여러모로 대통일이론, 만물이론의 후보로 손색이 없어 보였지만, 배경차원이 10차원이라는 것과 논리적으로 가능한 초끈이론이 다섯 개나 된다는 게 문제였다. 《초공간》의 초판은 1994년에 출간되었는데, 당시는 초끈이론의 한계로 그 인기가 점차 누그러지던 시기였다. 그런데 1995년 초끈이론의 선두주자인 에드워드 위튼이 다섯 개의 이론을 하나로 통합한 M-이론을 발표하며 초끈이론은 2차 혁명기를 맞이한다. 하지만 초끈이론은 그 존재감에도 불구하고 지금까지 관측 가능한 물리량을 단 하나도 계산하지 못했다. 정상적인 물리학이론이라면 실험으로 검증 가능한 물리량을 계산하여 진위 여부를 판별할 수 있어야 한다. 그렇다면 초끈이론은 실패한 이론일까? 아직은 결론을 내리기 어렵다. 하지만 결론이 어떻게 나든, 초끈이론이 제기한 물리학, 기하학, 위상수학과 관련된 흥미로운 문제와 아이디어들을 떠올려보면, 뉴턴이 말한 ‘거인의 어깨’ 역할은 충분히 할 수 있을 것이다.
과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 오가는 초공간 여행
미치오 카쿠가 풀어내는 현대물리학의 차원 혁명
미치오 카쿠는 이 책을 4부로 나누어 집필했다. 1부에서는 초공간의 역사를, 2부에서는 초공간이론이 만물이론이 될 가능성을 알아본다. 3부에서는 공간이 찢어질 수도 있는지, 그 가능성을 타진하며 초공간이론을 통해 블랙홀, 웜홀, 평행우주, 시간여행, 외계생명체 등 흥미로운 주제들을 탐색한다. 마지막으로 4부에서는 초공간이론이 옳다면 언제쯤 그것을 활용할 수 있을지 알아본다. <워싱턴포스트>는 이 책을 예측할 수 없는 방향으로 빙글빙글 돌거나 멈추는 놀이기구인 ‘틸트 어 훨(Tilt-A-Whirl)’에 비유했다. 자신의 어린 시절과 유명한 과학자들의 뒷이야기는 물론, 달리와 피카소, 도스토옙스키와 오스카 와일드 같은 예술가들의 이름이 튀어나오고, 아리스토텔레스, 토마스 아퀴나스, 칸트 같은 철학자들을 끌어들이기도 한다. 뿐만 아니라 <스타워즈> <스타트렉> <백 투 더 퓨처> <콘택트> 등 드라마나 영화가 수시로 등장하고, 신(God)을 논하기도 한다. 이처럼 4부에 걸쳐 과학을 중심으로 역사, 예술, 종교, 철학을 종횡무진 오가는 미치오 카쿠의 서술 방식은 독자들에게 조금도 지루할 틈을 주지 않는다. 놀이기구 같은 이 책을 빠져나오면 문자 그대로 세상을 혁명적 방식으로 바라보게 될 것이다.
