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미래는 결정되어 있는가

  • 일본 뉴턴프레스
  • |
  • 아이뉴턴(뉴턴코리아)
  • |
  • 2011-10-10 출간
  • |
  • 139페이지
  • |
  • 210 X 275 X 20 mm /492g
  • |
  • ISBN 9788955378450
★★★★★ 평점(10/10) | 리뷰(1)
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출판사서평

미래는 결정되어 있는가, 결정되어 있지 않은가?

발사된 로켓이 언제 어느 지점을 어떤 속도로 날아갈지는 정확하게 계산할 수 있다. 이처럼 거시적인 세계(눈으로 보이는 세계)에 있는 모든 물체의 움직임은 뉴턴 역학으로 예측할 수 있다. 로켓보다 복잡한 운동을 하는 물체라도 컴퓨터를 이용하면, 앞으로 어떻게 움직일지를 예측할 수 있다. 결국 미래는 결정되어 있는 셈이다.
그러나 미시적인 세계(분자, 원자, 전자 등 눈에 보이지 않는 세계)의 물리 법칙을 설명하는 ‘양자론’에서는, 전자나 원자핵 등의 움직임은 정확하게 예측할 수 없다고 말한다. 즉 미시적인 세계에는 항상 일정한 불확정성이 있어서 ‘미래는 결정되어 있지 않다’는 것이다.
그런데 거시적인 세계의 모든 물체는 미시적인 입자로 이루어져 있다. 미시적인 입자의 미래는 결정되어 있지 않은데, 그것의 집합체인 거시적인 물체의 미래는 결정되어 있는 셈이다. 그렇다면 이것은 서로 모순이 아닌가? 이 모순을 어떻게 생각하면 좋을까? 구체적으로 거시적인 세계와 미시적인 세계의 경계는 어디일까? 우주에는 미래가 결정되어 있는 것과 결정되어 있지 않는 것이 공존한다는 말인가? 결론적으로 미래는 결정되어 있는가, 결정되어 있지 않은가?

이 책은 이러한 의문에 답하기 위해 기획되었다. 책은 서문과 Part 1~3으로 나누어져 있다. Part 1에서는 ‘미래는 결정되어 있다’는 견해의 근거인 뉴턴 역학의 주요 내용과 그 사례를 정리한다. 그리고 인간의 능력에 한계가 있기 때문에 뉴턴 역학으로 모든 것을 설명할 수는 없음에 대해서도 설명한다.
Part 2는 그와 반대로 ‘미래는 결정되어 있지 않다’는 견해의 근거인 양자론에 대한 부분이다. Part 3에서는 서로 모순되어 보이는 두 가지 견해에 대해 과학자들은 어떤 견해를 가지고 있으며, 우주·지구·인류의 미래는 어떻게 전개될 것인지에 대해서 다룬다. 아울러 이들 다양한 논의에 대해서 현대 물리학은 최종적으로 어떤 답변을 하는지에 대해서도 소개한다.
미래라는 추상적인 개념을 물리학의 관점에서 살펴본 이 책을 통해, 우리의 세계가 어떤 구조로 이루어져 있는지 다시 한 번 깊이 생각해 볼 수 있는 계기가 될 것이다. 한편 이 책은 ‘뉴턴 역학’과 ‘양자론’을 빼놓고서는 설명할 수 없는 주제를 다루고 있다. 따라서 과학 단행본 ‘뉴턴 하이라이트’ 시리즈로 이미 발간된 〈뉴턴 역학〉 및 〈양자론〉의 일부 내용이 실려 있다는 점도 밝혀 두는 바이다.

● 뉴턴 역학을 통해 미래가 결정되어 있음을 확인한다
과학자 뉴턴은 물체의 운동이 어떤 물리 법칙으로 지배되는지를 정리했는데, 그것이 곧 ‘뉴턴 역학’이다. 우리 주변에 있는 물체의 움직임은 모두 뉴턴 역학의 지배를 받는다. 즉 뉴턴 역학을 적용하면 주변에 있는 물체가 미래에 어떻게 움직일지 모두 예측할 수 있다. 예측할 수 있다는 말은 ‘미래가 결정되어 있다’는 뜻이다. ‘미래가 결정되어 있다.’고 주장하는 뉴턴 역학의 주요 내용을 설명한다.

● 양자론은 미래가 결정되어 있지 않음을 주장한다
우리 주변의 거시(巨視) 물체와 달리, 전자나 원자핵 등의 미시(微視) 입자의 운동은 ‘뉴턴 역학’으로 제대로 설명할 수 없다. 그래서 새로 정립된 물리 법칙이 ‘양자론’이다. 미시 입자의 움직임은 양자론의 지배를 받는다. 그런데 양자론에 의하면, 미시 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수는 없다고 한다. 즉 미시 입자의 움직임은 예측할 수 없으므로 미래는 결정되어 있지 않다는 뜻이다. ‘미래는 결정되어 있지 않다.’고 주장하는 양자론의 주요 내용을 살펴본다.

● 상호 모순처럼 보이는 두 가지 견해에 대한 과학자들의 생각은?
그런데 우리 주변의 거시 물체는 모두 미시 입자로 구성되어 있다. 결국 미시 입자의 미래는 예측할 수 없지만, 그것의 집합체인 거시 물체의 미래는 예측할 수 있다는 결론이 된다. 상호 모순처럼 보이는 이 문제에 대해 과학자들은 어떻게 생각하고 있는가? ‘코펜하겐 해석’ ‘슈뢰딩거의 고양이’ ‘다중 세계 해석’ ‘거시 세계와 미시 세계의 경계’ 등 이를 둘러싼 다양한 논쟁과 견해를 소개한다.

● 물리학의 바탕 이론을 전문가의 쉬운 해설과 명쾌한 그래픽으로 이해한다
상대성 이론과 함께 뉴턴 역학·양자론은 현대 물리학을 떠받치는 바탕이 되는 이론이다. 그 내용은 결코 쉽지는 않지만 Newton의 자랑인, 이론의 핵심을 한눈에 보여 주는 명쾌한 그래픽과 전문가들의 쉽고도 상세한 해설이 있다면 충분히 이해할 수 있는 내용들이다. 뉴턴 역학·양자론의 핵심 내용과 미래에 대한 과학적인 고찰을 ‘내 것’으로 만들 수 있는 좋은 기회가 될 것이다.

● 뉴턴 하이라이트 시리즈의 마흔 번째 과학 단행본
과학 잡지 〈Newton〉은 기사 중에서도 독자의 호응이 특히 높았던 내용을 과학 단행본 ‘뉴턴 하이라이트’ 시리즈로 정리해서 매월 한 권씩 펴내고 있다. 앞서 나온 〈상대성 이론〉 〈빛이란 무엇인가?〉 〈인체-21세기 해부학〉 〈주기율표〉 〈뇌와 마음의 구조〉 〈신비한 수학의 세계〉 〈미분과 적분〉 등의 50여 종의 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

목차

서문
미래는 결정되어 있는가? / 라플라스의 괴물

Part 1 미래는 결정되어 있다
뉴턴 역학 / 초기 조건과 단 하나의 결과 / 뉴턴 역학의 탄생 / 제1법칙 ‘관성의 법칙’
제2법칙 ‘가속도의 법칙과 힘’ / 제3법칙 ‘작용·반작용의 법칙’ / 겉보기의 힘 / 행성의 움직임과 뉴턴 역학 / 인간 능력의 한계 / 미래는 결정되어 있다

Part 2 미래는 결정되어 있지 않다
이중 슬릿 실험 / ‘간섭’은 파동의 증거 / 미시 입자의 변덕 / 미시 입자의 움직임 / 양자론이란 무엇인가? / 기본 원리 1 ‘파동과 입자의 양면성’ / 빛의 파동설 / 양자론에서 생각하는 빛 / 원자의 모형 / 양자론에서 생각하는 전자와 원자 / 기본 원리 2 ‘상태의 공존’ / 전자의 간섭 / ‘신’도 답을 모른다 / 불확정성 관계 / 미시 세계는 불확정

Part 3 과학자들은 이렇게 생각한다
상반되는 두 가지 세계관 / 논쟁 1 ‘코펜하겐 해석’ / 논쟁 2 ‘슈뢰딩거의 고양이’ / 다중 세계 해석에서 생각하는 미래 / ‘미래가 결정되어 있다’와 ‘결정되어 있지 않다’의 경계 / 우주의 미래는 결정되어 있을까? / 지구의 미래는 예측할 수 있는가? / 인류와 생명의 미래 / 나의 미래는 결정되어 있는가? / 결정론과 비결정론의 절묘한 균형 / 물리학의 답변

저자소개

집필
가와카미 신이치 川上紳一 / 일본 기후(岐阜) 대학 교육학부 교수, 이학 박사
다카하시 쇼이치로 高橋昌一郞 / 일본 고쿠카쿠인(國學院) 대학 문학부 교수
마에다 아쓰타카 前田京剛 / 일본 도쿄 대학 대학원 종합문화연구과 교수, 공학 박사
사카이 가쓰유키 坂井克之 / 일본 도쿄 대학 대학원 의학계연구과 부교수, M.D., Ph.D.
와다 스미오 和田純夫 / 일본 도쿄 대학 대학원 종합문화연구과 전임강사, 이학 박사
하세가와 마리코 長谷川眞理子 / 일본 종합연구대학원 대학 선도과학연구과 연구과장, 이학 박사

협력
와다 스미오 和田純夫 / 일본 도쿄 대학 대학원 종합문화연구과 전임강사, 이학 박사
후타마세 도시후미 二間瀨敏史 / 일본 도호쿠(東北) 대학 대학원 이학연구과 천문학 전공 교수, Ph. D.

도서소개

뉴턴 역학과 양자론의 대결『미래는 결정되어 있는가』.미래라는 추상적인 개념을 물리학의 관점에서 살펴본 이 책은 독자들에게 세계가 어떤 구조로 이루어져 있는지 다시 한 번 깊이 생각해 볼 수 있는 기회를 준다. ‘뉴턴 역학’과 ‘양자론’을 빼놓고서는 설명할 수 없는 주제를 다루고 있으며, 과학 단행본 '뉴턴 하이라이트’ 시리즈로 이미 발간된 〈뉴턴 역학〉 및 〈양자론〉의 일부 내용도 수록하였다.

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