유행, 신조 그리고 공상-우주에 관한 새로운 물리학

이 책의 저자인 로저 펜로즈는 2003년 10월 프린스턴 대학교 출판부의 요청으로 세 번에 걸쳐 강의를 했다. 프린스턴 대학교는 끈 이론과 다양한 후속 이론들을 전 세계 어느 곳보다도 고도로 발전시킨 곳이다. 트위스터 이론을 연구 중인 펜로즈가 강단에 서기에는 프린스턴 대학교는 어쩌면 적합하지 않은 장소로 보인다. 그러나 펜로즈는 그 강의에서 끈 이론이 내딛고 있는 방향에 대해 의구심을 표하며 자신의 생각을 당차게 전달했다. 많은 학자들과 대학원생들에게 매력적인 이론으로 통하는 끈 이론을, 그들 앞에서 비판적으로 평가하는 것은 쉽지 않았을 것이다. 그래서 펜로즈는 더욱 신중히 강의에 임하였고, 그의 강의는 그저 허무맹랑한 이야기로 사라지지 않고 『유행, 신조 그리고 공상-우주에 관한 새로운 물리학』으로 남게 되었다. 각 장은 해당 장의 제목(주제)과 관련된 내용을 풍부하게 다룬다. 1장 “유행”은 끈 이론을, 2장은 양자역학의 “신조”를, 3장은 우주론의 “공상”을 다룬다. 그리고 4장에서 펜로즈는 양자역학에 처음 적용되었다가 이후 우주론에 적용된 자신의 트위스터 이론을 다룬다. 본문에서는 주로 이러한 분야들과 관련된 다양한 현상들을 심도 있게 분석하면서, 우주의 물리학을 제대로 설명하기 위해 진지하게 살펴야 할 내용들과 더불어 그런 시도에 깃든 문제점을 함께 짚는다.

감사의 말씀 서문 유행, 신조, 내지 공상이 기초과학에 적합한가? 1 유행 1.1수학적 아름다움을 원동력으로 삼아 1.2과거에 유행했던 몇 가지 물리학 분야 1.3끈 이론을 위한 입자물리학의 배경지식 1.4QFT의 중첩 원리 1.5파인만 도형의 위력 1.6끈 이론의 기존 핵심 개념들 1.7아인슈타인의 일반상대성이론에서의 시간 1.8전자기 현상에 대한 바일의 게이지 이론 1.9칼루자-클라인 및 끈 모형의 자유도 1.10양자론의 관점에서 본 자유도의 문제 1.11고차원 끈 이론의 고전적 불안정성 1.12유행으로 자리 잡은 끈 이론의 지위 1.13M-이론 1.14초대칭 1.15AdS/CFT 1.16막 세계와 경관 2 신조 2.1양자 계시 2.2막스 플랑크의 E = hv 2.3파동-입자 역설 2.4양자 수준과 고전 수준들: C, U 및 R 2.5점입자의 파동함수 2.6광자의 파동함수 2.7양자 선형성 2.8양자 측정 2.9양자 스핀의 기하학 2.10양자얽힘과 EPR 효과 2.11양자 자유도 2.12양자적 실재 2.13객관적인 양자 상태 축소-양자 신조에 대한 한계 3 공상 3.1빅뱅 그리고 FLRW 우주론들 3.2블랙홀과 국소적 불규칙성 3.3열역학 제2법칙 3.4빅뱅 역설 3.5지평선, 동행 부피 그리고 등각 다이어그램 3.6빅뱅의 경이로운 정확성 3.7우주론적 엔트로피? 3.8진공 에너지 3.9급팽창 우주론 3.10인류 원리 3.11더욱 공상적인 몇 가지 우주론들 4 우주에 관한 새로운 물리학? 4.1트위스터 이론: 끈 이론의 대안? 4.2양자 토대를 약화시킨다? 4.3등각 미친 우주론? 4.4사적인 맺음말 A 부록 A.1지수 A.2장의 자유도 A.3벡터공간 A.4벡터 기저, 좌표 그리고 쌍대 A.5다양체의 수학 A.6물리학에서 다양체의 활용 A.7번들 A.8번들을 통해 살펴본 자유도 A.9복소수 A.10복소기하학 A.11조화해석 참고 문헌 찾아보기