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다중우주는 정말로 존재하는가?

우주의 숨겨진 실체를 낱낱이 밝히는『멀티 유니버스』. ‘다중우주의 존재’를 물리학적 통찰과 수학적 논리로 규명하는 책이다. 차원 우주, 카오스 우주, 브레인 다중 우주, 멀티버스, 시뮬레이션 우주까지 거대 패러다임의 전환 속에 빠진 최첨단 우주를 생생하고도 흥미진진하게 살펴본다. 단일우주와 다중우주, 또는 그 외의 다른 이론들 중 어느 것이 과연 진정한 실체인지 고민해보며, 암흑과 침묵에 싸여 춥고 위험하게만 느껴졌던 우주를 더욱 가깝게 느낄 수 있도록 했다. 수학과 물리학에 익숙하지 않은 독자들을 위해 특수 및 일반상대성이론과 양자역학을 생략하고, 책의 내용을 이해하는 데 반드시 필요한 기본지식을 골라 소개했으며, 가능한 많은 비유와 역사적 사례를 담아 넓은 층의 독자들이 내용을 이해하는데 도움을 준다.

우주론의 독보적 영역을 개척한 초끈이론의 혁명가이자 이론물리학계의 세계적 석학, 브라이언 그린이 마침내 완성한 현대 우주론의 모든 것!
평행우주는 더 이상 공상과학도 환상도 아니다! 최첨단 과학계의 최대 난제 ‘다중우주의 존재’를 물리학적 통찰과 수학적 논리로 규명하여 우주의 숨겨진 실체를 낱낱이 밝힌다! 지금 이 순간에도 끝없이 팽창하거나 생성되고 있는 우주의 혁명적 변화를 압도적 필치와 거대한 통찰력으로 조망한다!

“137억 년 전 우주의 역사가 섬광처럼 번뜩인다.
우주에 대해 우리가 품고 있는 경이로운 비밀을 시원하게 풀어주는 브라이언 그린의
《멀티 유니버스》는 올해 당신이 선택해야 할 단 한 권의 과학서이다!”_뉴욕타임스

우주론의 독보적 영역을 개척한 이론물리학계의 세계적 석학 브라이언 그린의 최신 화제작!
우리의 우주가 하나가 아니라 여러 개라면?
다중우주는 정말로 존재하는가?

우리의 우주가 하나가 아니라 여러 개라면? 다른 우주에서 또 다른 내가 이곳과 전혀 다른 삶을 살고 있다면? 누구나 한 번쯤 떠올렸을 법한 의문이다. 한 번 선택하면 절대로 되돌릴 수 없는 냉혹한 세계에 살고 있는 우리에게 다중우주는 분명히 매혹적인 개념이다.
이제 평행우주는 더 이상 공상과학도 환상도 아니다. 저자인 브라이언 그린은 “물리학적 다중우주이론은 사변철학의 산물이 아니라 기존 이론들이 확장하면서 필연적으로 마주친 결과”임을 강조한다. 그리고 이 책 《멀티 유니버스》는 현대 최첨단 과학의 최전선에서 인간의 존재와 미래의 의미를 새로 쓰며 ‘다중우주의 존재’를 규명하고, 지금 이 순간에도 끝없이 팽창하거나 생성되고 있는 우주의 혁명적 변화를 거대한 통찰력으로 조망하고 있다. 전작인 《엘러건트 유니버스》와 《우주의 공간》이 글로벌 베스트셀러가 되면서, 일약 세계 물리학계의 스타 학자로 등극하여 명성을 떨치고 있는 브라이언 그린의 7년만의 최신 화제작인 이 책은 차원 우주, 카오스 우주, 브레인 다중우주, 시뮬레이션 우주까지 거대 패러다임의 전환 속에 최첨단 우주의 실체와 현대물리학을 쉽고 재미있게 풀어내고 있다.

1│우주론의 역사
“하나의 세계가 허물어져야 비로소 새로운 세계가 펼쳐진다!”
본격적인 다중우주론에 들어가기에 앞서 그린은 고대부터 현재까지의 우주론에 대해 간단히 정리를 한다. 우주론은 우리가 살고 있는 우주의 기원과 발생, 그리고 우주 안에 존재하는 우리 인간의 존재와 미래의 모습을 연구하는 것이다. 이것들을 밝히기 위한 우주학의 연구는 단순히 천문학에 국한되지 않는다. 우주학은 최첨단의 수학과 논리학 물리학 등 모든 학문 분야들이 통합적으로 작용하여 완성되는 학문이다. 그리고 물질과 생명체의 존재에 관한 연구는 필연적으로 물질과 생명에 대한 근본적인 질문을 하게 됨으로써, 자연과학뿐만 아니라 윤리ㆍ철학ㆍ의 학문 분야까지 확대된다. 이런 과학적 우주론의 발전은 크게 세 시기로 나누어진다.
고대 그리스의 아리스토텔레스가 제창한 이래 2000년 동안 정설로 인정받았던 천동설로부터 우주론의 역사는 시작된다. 철학 또는 종교와의 경계가 모호한 고대 우주론은 코페르니쿠스의 지동설에 의해 큰 변화를 겪고, 뉴턴의 중력이론에 의해 마침내 근대과학의 영역으로 편입되었다. 현대적인 의미의 우주론은 아인슈타인으로부터 시작되었고, 특수상대성이론과 일반상대성이론을 통해 아인슈타인은 정적인 우주에서의 시공간에 대한 인식과 시공간의 기하학적 특성을 밝혀 현대 우주론으로 향하는 문을 활짝 열었다. 하지만 절대지식으로 받아들여졌던 아인슈타인의 이론도 이후 천문학자 에드윈 허블에 의해 우주는 정적이지 않고 팽창함을 받아들이며, 비로소 빅뱅이론이 탄생하게 된다.

2│다중우주란 무엇이며, 어떻게 탄생하는가?
“또 다른 현실은 과연 존재할까?”
앞에서 간략하게 살펴본 바처럼 빅뱅이론 이전까지 우리는 단 하나의 정적인 우주를 전제로 하여 우주를 설명하려고 했다. 하지만 빅뱅이론의 탄생과 함께 단 하나의 우주라는 패러다임을 버림으로써 우리 앞에는 광대한 가능성(다중우주의 가능성)이 펼쳐지게 되었다. 그린은 이러한 혁명을 이 책을 통해 단지 이론적 가설이 아니라 물리학적 통찰과 실험적 증거들, 예를 들어 우주가 탄생하고 급팽창했을 때의 흔적을 담고 있는 하늘에 대한 연구(마이크로파 우주배경복사)와 메가버스, 중력이론과 양자역학을 통일한 끈이론의 증거 들을 통해 그리고 수학적 논리를 통해 우주의 숨겨진 실체, 즉 우리 우주 밖의 다른 우주의 실체를 밝혀내고 있다.
우리가 사는 우주가 태어나던 순간, 온도는 믿을 수 없을 정도로 높이 치솟았고, 엄청난 에너지가 단 한 번의 폭발로 이 우주를 탄생시켰다. 빅뱅이 일어난 직후, 아주 짧은 순간 동안에 최초의 우주는 엄청나게 빠른 속도로 팽창했다. 마치 거품처럼. 이 짧은 팽창의 순간 우리가 사는 우주의 기초가 형성되었고, 이때 팽창한 거품이 지금 우리를 둘러싼 우주를 형성했다.
우리가 보는 것은 진짜 우주의 아주 작은 부분에 불과하다. 우리의 우주가 정말 무한히 크다면 한 가지 이상한 논리가 성립된다. 무한한 크기의 우주에서 원자와 분자의 한정적인 배열은 어쩔 수 없이 반복되다가, 모든 경우의 수가 바닥나면 똑같은 가능성이 출현할 것이다. 이것은 우리와 비슷하거나 똑같은 존재를 만들어낼 수도 있다는 것이다. 즉 우주가 무한히 넓고 거품 같은 우주들을 수없이 만들어낸다면, 우리 몸과 지구에 존재하는 물질들을 형성하는 패턴이 수없이 반복되어, 지금 우리의 인생이 다중우주 어딘가에서 반복되고 있을지도 모른다는 결론에 이르게 된다.

3│다중우주의 철학적 의미
“인간은 우주적 규모에서 보면 하찮고 미미하지만, 다른 의미에서는 세계의 창조자이다!”
고전역학의 세계에서는 우주의 당시 상태를 완벽하게 이해하고 분석할 수 있다면 우주의 모든 과거와 미래는 예측 가능한, 달리 말해 결정되어 있는 것이었다. 여기에 인간의 자유의지가 개입할 여지는 조금도 없다. 그러나 양자역학이 등장하여 우리는 확률만 알 수 있을 뿐 결정론적 예측은 불가능하게 되었다. 그것은 양자역학에 있어 ‘관측’이라는 변수가 개입함으로써 확률에서 결과로 넘어가는 과정 중 인간의 자유의지가 개입하게 된다. 이로써 다중우주의 해석 과정에서 여러 가지 가능성들이 관측을 통해 하나의 값으로 정해질 때, 우주는 여러 갈래로 나뉠 수 있게 된다. 자유의지는 이 여러 갈래의 우주들 중 어떤 우주로 나아갈지 결정하게 된다.
바로 이 지점에서 브라이언 그린 저술의 탁월한 면모가 드러난다. 그린은 최첨단 현대물리학의 발전에 따라 이 자유의지에 의해 갈래가 나뉘어 다양하게 현대 우주론의 역사를 앞에서 끌어가고 있는 9가지 다중우주(누벼 이은 다중우주, 인플레이션 다중우주, 브레인 다중우주, 주기적 다중우주, 랜드스케이프 다중우주, 양자 다중우주, 홀로그램 다중우주, 시뮬레이션 다중우주, 궁극의 다중우주)에 대한 일목요연하게 정리하고 설명하여, 이 한 권으로 고대부터 현재에 이르는 물리학과 우주학의 전체 지형도를 그리고 있다.
또 이 책은 우리에게 인간에 대한 근본적인 물음을 함으로써 우리 자신을 돌아보게 한다. 우리가 수많은 우주들 중 하나에 살고 있다면, 우주에서 우리의 입지와 중요성이 그만큼 줄어든다고 생각할 수 있다. 하지만 사실 우주적 기준에서 가치라는 것은 상대적인 희귀성과는 관련이 없다. 생명체가 태어나기에 적합한 환경(은하나 별이나 행성이 형성되는 따위의)이 우주에서 만들어지고 실제로 그 어느 곳에서 생명체가 태어나 오랜 시간 동안 진화가 가능해야 하고 마침내 고등의 지성을 가진 생명체가 생겨날 조건은 매우 까다로운 조건임에 분명하다. 우리 인간의 존재 자체가 우리 우주의 근본적인 비밀에 대한 결정적인 단서가 되는 셈이다. 그리고 우주가 여러 개일 경우 그 각각의 우주를 ‘단절’된 영역 속에 개별로 떼어놓을 수 없다는 것은 상상 가능하다. 이를테면 A우주와 B우주는 단절된 영역 속에 따로 존재하는 것이 아니라, 분명히 ‘상호작용’을 하고 있을 것이라는 말이다. 이러한 점에서 ‘인간의 자유의지와 선택’은, 작게는 현대물리학이 크게는 우리가 살고 있는 우주 또는 우리가 알지 못하는 다른 우주의 미래에 결정적 역할을 하게 될 것이다.

《멀티 유니버스》는 다중우주 가설이 물리학이론에 필연적으로 도입된 과정과 그것을 이해하는 데 필요한 지식-고전역학, 상대성이론, 양자역학, 초끈이론 등과 그 성과들-을 간단하면서도 명료하게 소개하고 있다. 시간이 절대적인 것이라 믿었던 뉴턴의 물리학에서부터, 시간이 상대적이란 사실을 보여준 아인슈타인, 공간 또한 ‘얽힌 고리’ 같다는 것을 밝힌 양자론, 평범한 시공간 속에 다른 ‘차원’이 숨어있음을 주장하는 초끈이론까지를 망라하여 다루고 있어서, 현대물리학의 최대 난제인 ‘다중우주’에 관한 전문적이고 어려운 책이 아니라 인류의 우주론의 핵심과 의미를 일목요연하게 소개하는 최고의 교양과학 대중서라고 할 수 있다.
그리고 앞서 살펴본 바처럼 그린은 종교ㆍ철학ㆍ윤리와 구분되지 않던 고대 과학론에서 인간의 주관성이 철저히 배제된 근대 과학론에 이어, 다시 인간의 ‘자유의지’를 현대 과학론에서 부활시킴으로써 과학과 철학의 상보적 관계를 수학적 논리와 물리학적 통찰로 규명하고 있다. 이것은 과학과 별개인 철학, 과학과 별개인 윤리학이 아닌 자연과학과 인문과학은 함께 갈 수밖에 없는 운명임을 말이 아닌, 누구도 반박할 수없는 확실한 증거로 입증해낸다.
단 하나의 우주라는 패러다임을 버림으로써 우리 앞에 광대한 가능성이 열렸다. 아직 그 무엇도 확실한 새로운 패러다임으로 정해진 것은 없다. 하지만 단일우주와 다중우주, 또는 그 외의 다른 이론들 중 어느 것이 과연 진정한 실체인가? 결과를 아는 사람은 아무도 없다. 그러나 우리의 한계를 파악하고 광대한 진리를 찾으려면 합리적인 이론들을 끊임없이 추구해야 한다. 《멀티 유니버스》는 우리 우주 밖의 다른 우주들의 증거에 관한 총체적인 이야기를 수학적 논리, 물리학적 통찰을 통해, 우주에 대한 우리의 이해를 깊어지게 하고 우리의 사고를 방대한 실체를 가로질러 우주 전역으로 확장시키는 데 한 걸음 더 다가가게 하는 안내서가 될 것이다.

서문_우리의 우주는 유일한 것인가?

1. 실체의 경계_다중세계에 대하여
우주와 우주들 l 다양한 평행우주 l 우주적 질서

2. 끝없이 늘어선 도플갱어들_누벼 이은 다중우주
빅뱅의 아버지 l 일반상대성이론 l 우주와 주전자 l 중력계산서 l 원시원자 l 모형과 데이터 l 우리의 우주 l 무하우주 속의 실체 l 무한공간, 그리고 누벼 이은 퀼트 l 유한한 가능성 l 우주적 반복 l 오로지 물리학뿐! l 다양한 의시뫄 가설들

3. 영원한 무한_인플레이션 다중우주
뜨거운 창조의 잔해 l 신기할 정도로 균일하게 퍼져 있는 초창기 광자들 l 빛보다 빠르게! l 지평선 넓히기 l 양자장 l 양자장과 인플레이션 l 영원한 인플레이션 l 스위스 치즈와 우주 l 달라지는 전망 l 인플레이션 다중우주 탐사하기 l 호두껍질 속의 우주 l 거품우주의 공간

4. 자연법칙의 통일_끈이론으로 가는 길
통일의 간략한 역사 l 양자장이론의 컴백 l 끈이론 l 끈과 점, 그리고 양자중력 l 공간의 차원 l 커다란 기대 l 입자의 특성과 끈이론 l 끈이론의 실험적 검증 l 끈이론과 특이점, 그리고 블랙홀 l 끈이론과 수학 l 끈이론의 현재 상황과 평가

5. 이웃한 차원에서 우주를 날다_브레인 다중우주와 주기적 다중우주
근사식을 넘어서 l 듀얼리티 l 브레인 l 브레인과 평행우주 l 끈끈이 브레인과 중력촉수 l 시간, 순환주기, 그리고 다중우주 l 주기적 우주의 과거와 미래 l 다발

6. 오래된 상수에 대한 새로운 고찰_랜드스케이프 다중우주
우주상수의 재림 l 우주의 밀도 l 거리와 밝기 l 무엇과 무엇 사이의 거리인가? l 우주론의 색깔 l 우주의 팽창가속도 l 우주상수 l 우주상수를 왜 0이라고 생각했을까? l 우주적 인류원리 l 생명과 은하, 그리고 자연의 숫자들 l 결점이 장점으로 바뀌다 l 마지막 발걸음 l 끈경관 l 양자터널 l 나머지 물리학은 어떻게 되는가? l 과연 이것을 과학이라 할 수 있을까?

7. 과학과 다중우주_추론과 설명, 그리고 예측에 관하여
과학의 정신 l 접근 가능한 다중우주 l 과학, 그리고 도달할 수 없는 세계 1 l 과학, 그리고 도달할 수 없는 세계 2 l 다중우주이론의 예측 1 l 다중우주이론의 예측 2 l 다중우주이론의 예측 3 l 다중우주이론의 예측 4 l 무한대 나누기 l 반대론자들의 관심사 l 미스터리와 다중우주

8. 양자적 관측의 다중세계_양자 다중우주
양자적 실체 l 선택의 수수께끼 l 양자적 파동 l 속단은 금물! l 불완전한 선형성 l 다중세계 l 두 가지 이야기 l 다른 우주는 언제 나타나는가? l 첨단이론 불확실함 l 있을 법한 문제 l 확률과 다중세계 l 예측과 이해

9. 블랙홀과 홀로그램_홀로그램 다중우주
정보 l 블랙홀 l 제2법칙 l 열역학 제2법칙과 블랙홀 l 호킹 복사 l 엔트로피와 숨은 정보 l 엔트로피와 숨은 정보, 그리고 블랙홀 l 블랙홀의 숨은 정보 찾기 l 블랙홀을 넘어서 l 세부사항들 l 끈이론과 홀로그래피 l 평행우주인가, 아니면 평행수학인가? l 끈이론의 미래

10. 우주와 컴퓨터, 그리고 수학적 실체_시뮬레이션 다중우주와 궁극의 다중우주
우주 창조하기 l 생각의 재료 l 시뮬레이션 우주 l 당신은 시뮬레이션에서 살고 있는가? l 시뮬레이션을 넘어서 l 바벨ㅇ? 도서관 l 다중우주의 합리화 l 바벨 시뮬레이션 l 실체의 뿌리

11. 탐구의 한계_다중우주와 미래
코페르니쿠스의 패턴은 근본적인 것인가? l 다중우주에 기초한 과학이론은 검증될 수 있는가? l 지금까지 논의된 다중우주이론들은 검증될 수 있는가? l 다중우주는 자연을 과학적으로 서술하는데 어떤 영향을 미치는가? l 수학은 신뢰할 만한가?

역자후기
후주
참고문헌
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