출판사 서평
“현대 과학이 이룩한 모든 업적 중에서 가장 중요한 것을 골라 하나의 문장으로 요약하라면,
나는 ‘이 세계는 원자로 이루어져 있다’(원자가설)는 문장을 꼽을 것이다. 그런데 여기에
또 하나의 문장을 추가할 여지가 남아 있다면, 아마도 대부분의 과학자는
‘우주가 운영되는 법칙의 저변에는 대칭성이 깔려있다’는 문장을 선택할 것이다.”
- 리처드 파인만 -
19세기 산업은 전기 기술 시대, 20세기는 전자 기술(반도체) 시대, 21...
“현대 과학이 이룩한 모든 업적 중에서 가장 중요한 것을 골라 하나의 문장으로 요약하라면,
나는 ‘이 세계는 원자로 이루어져 있다’(원자가설)는 문장을 꼽을 것이다. 그런데 여기에
또 하나의 문장을 추가할 여지가 남아 있다면, 아마도 대부분의 과학자는
‘우주가 운영되는 법칙의 저변에는 대칭성이 깔려있다’는 문장을 선택할 것이다.”
- 리처드 파인만 -
19세기 산업은 전기 기술 시대, 20세기는 전자 기술(반도체) 시대, 21세기는 양자 기술(양자 암호, 양자 컴퓨터, 양자 통신과 같은 양자 정보 과학분야, 양자 철학 등) 시대이다. 미래의 주역인 청소년들을 위해 21세기 양자 기술 산업 시대를 대비하도록 기획된 「대칭 시리즈 5권」을 완간했다.
5권에서 집중적으로 다루고 있는 주제는 현대 수학과 물리학에서 핵심 개념으로 대두된, ‘대칭symmetry’이다. 20세기 인류의 가장 위대한 지적 성취인 상대성 이론과 양자역학, 이 둘을 연결하는 표준모형이 이 개념으로부터 나왔으며, 21세기 양자 기술 산업 시대에 양자역학을 연구하는 핵심적인 언어이자 개념이 바로 대칭이다.
양자 기술 시대를 이끌어나갈 영재들이나, 교과 과정에서 배우는 수학의 추상적 개념이 실제로 어떤 맥락에서 연구되고 있는지에 관심 있는 고등학생이나 대학 교과 과정에서 공부하는 수학도와 과학도를 특히 염두에 두고 각 책들을 기획하였다. 수학과 과학적 사고가 현대 사회의 필수 교양임을 인식하는 독자라면 누구나 아래의 보석 같은 컨텐츠 9권에서 지적 즐거움을 발견할 것이다. 특히 『대칭과 아름다운 우주』의 원서는 2004년 출간 후 대칭의 개념과 중요성을 다룬 유럽, 미국 스테디셀러들의 출간이 앞다투어 출간되는 분수령 역할을 했다.
[ 대칭 시리즈 전 5권 완간 ]
1) 무한 공간의 왕 (원서: King of Infinite Space, 시오반 로버츠 지음)
2) 미지수, 상상의 역사 (원서: Unknown Quantity, 존 더비셔 지음)
3) 아름다움은 왜 진리인가 (원서: Why Beauty is Truth, 이언 스튜어트 지음)
4) 대칭 (원서: Symmetry, 마커스 드 사토이 지음)
5) 대칭과 아름다운 우주 (원서: Symmetry and the Beautiful Universe, 리언 레더먼, 크리스토퍼 힐 지음)
[ 함께 읽는 승산의 대칭 관련 도서 ]
1) 초끈이론의 진실 (원서: Not even wrong, 피터 보이트 지음)
2) 실체에 이르는 길 1, 2권 (원서: The Road to Reality, 로저 펜로즈 지음)
[ 타 출판사 대칭 관련 도서 ]
1) 에바리스트 갈루아, 한 수학 천재를 위한 레퀴엠 (마리오 리비오 지음), 살림Math
2) 몬스터 대칭군을 찾아서 : 현대 수학 최대의 미스테리 (마크 로난 지음), 살림Math
『대칭과 아름다운 우주』 책 소개 요약
21세기 수학과 과학을 공부하는 학생들이
반드시 알아야 할 개념, 대칭!
대칭symmetry은 현대 과학의 발전을 이끈 핵심 개념으로, 고급 과정의 수학과 과학에서 반드시 이해해야 한다. 그러나 대학 이전의 교육 과정이 이를 체계적으로 다루지 않아 많은 학생들이 오랫동안 혼란을 겪어 왔다.
노벨 물리학상 수상자이며 일리노이 영재학교 설립자 리언 레더먼은 페르미연구소 물리학자 크리스토퍼 힐과 함께 수학적, 물리학적 대칭 개념을 학생들에게 알리는 프로젝트와 강연을 진행했고, 그 결과로 이 책을 저술했다. 대칭이 물리학 속에서 어떤 의미를 갖는지 환론ring theory의 대모 에미 뇌터의 삶과 함께 조명했다.
이 책은 2004년 미국에서 출간 후 대칭의 개념과 중요성을 다룬 유럽, 미국 스테디셀러들, 『아름다움은 왜 진리인가』, 『대칭』, 『초끈이론의 진실』, 『에바리스트 갈루아, 한 수학 천재를 위한 레퀴엠』, 『몬스터 대칭군을 찾아서 : 현대 수학 최대의 미스테리』 등이 앞다투어 출간되게 하는 분수령 역할을 했다. 과학 교양 도서에서 병렬 독서를 원한다면, 이 책과 위의 책들을 함께 읽으라!
에미 뇌터(Emmy noether) 이후,
물리학자들에게 ‘대칭성의 원리’를 바탕으로 사고하는 것은 거의 제 2의 본성처럼 되었다!
‘물리법칙의 모든 연속 대칭에는 반드시 그에 상응하는 보존 법칙이 존재한다. 모든 보존 법칙에는 반드시 그에 상응하는 연속 대칭이 존재한다’는 에미 뇌터가 1915년 발견한 정리는, 과학적 진리로 입증된 상대성 이론, 양자역학과 표준 모형(내년 10월 CERN이 힉스 입자의 존재 여부를 밝히면 그 운명이 결정될)이 발전하기까지 현대 물리학이 발전하는 근간이 되었다.
대칭은 자연법칙에 관한 현대적이고 혁명적인 사고방식이다. 뇌터의 정리는 역학과 대칭을 긴밀하게 엮어 놓는다. 뇌터의 정리는 자연의 깊숙한 바탕에 자리 잡은 대칭의 결과로 나타난 힘과 역학에 관한 근본적인 설명이다. 그것은 확실히 지금껏 증명된 가장 중요한 수학적 정리로서 현대 물리학 발전을 이끌었기에, 어쩌면 피타고라스의 정리와 동등한 위치에 놓을 수 있다. 그것은 수학의 영역만이 아닌, 물리계 전체에 관한 의미심장한 진술이다. (본문 93쪽)
21C를 대비한 새로운 교과서를 쓴다면, 반드시 넣어야 할 개념, 대칭!
20세기의 학문적 성취(상대성 원리, 양자역학)는 더 이상 상아탑의 결과물이 아닌 공학적 성취로 나타나고 있으며 곧 우리의 생활을 바꿀 것이다. 이를 대비한 새로운 수학과 과학 교과서를 쓴다면, 20세기 초 뇌터에 의해 확립되어 대칭의 개념을 설명하는 내용이 꼭 들어가야 한다. 아인슈타인의 상대성 이론은 대중에게 비교적 잘 알려진 편이지만, 정작 그 이론을 탄생시킨 핵심 개념인 대칭성의 원리와, 대칭성의 원리를 기술하는 언어인 수학 분야 ‘군론group theory’은 그만큼 논의되지 못했다. 대칭은 조금만 관심을 가지면 친숙해질 수 있는 직관적이고도 아름다운 개념이지만 국내의 일반적인 중고등학교 교육 과정에서는 학생 스스로 깨닫기 쉽지 않다. 고등학교 과정을 졸업한 학생들의 세계관은 19세기 이전의 갈릴레오-뉴턴 식에서 끝나버린다. 물리학과에 입학한 대학생들은 종종 중요하지만 낯설게 느껴지는 대칭의 개념 이해에 어려움을 겪는다.
노벨상을 받은 입자물리학자이자 일리노이 수학-과학 영재 학교(IMSA)의 설립자 리언 레더먼과, 페르미연구소의 이론물리학자 크리스토퍼 힐은 영재들이 대칭 개념에 관심을 갖게 하려는 대중 강연 프로젝트를 진행했고, 이것이 확장되어 책이 집필되었다. IMSA는 유연한 교육 과정으로 영재 교육을 하는 것으로 유명하며, 설립자이자 연구원인 레더먼의 통찰이 이 책으로 고스란히 드러나 있다. 집필 과정에서 찾아낸 다양하고 유용한 웹 사이트 자료들을 참고문헌에 다수 공개하고 있는 것도 특기할 만하며, 참고문헌과 수학적 대칭 개념을 설명하고 있는 부록만으로도 이 책은 소장 가치가 있다.
『대칭과 아름다운 우주』 국내 전문가 서평 전문
최기운 | 카이스트 물리학과 교수
현대 물리학에 의하면 자연의 근본법칙은 대칭성의 원리에 의해 결정되며 우주의 탄생과 진화는 대칭성이 구현되는 방법에 따라 달라진다. 『대칭과 아름다운

머리말
대칭이란 무엇인가 17
음악 속 대칭 20
지구는 둥글다 23
수학과 물리학의 대칭 26
에미 뇌터를 기리며 30

1장 타이탄의 자손
우주의 진화와 그에 대한 신화적 비유 35
타이탄 37
신들의 황혼 45
지구 49
오클로 천연 원자로 53
물리법칙의 안정성 55

2장 에너지와 시간
절대로 일어날 수 없는 일 57
도대체 에너지란 무엇인가 69
다가오는 에너지 위기 78

3장 에미 뇌터
대칭은 불변성을 의미한다 83
수학과 물리학 85
에미 뇌터의 삶과 시대 배경 88
대칭과 물리학 99

4장 대칭 · 공간 · 시간
시공간 연속체 103
사고 실험실 104
공간 병진 107
시간 병진 111
회전 113
운동 대칭 117
전역 물리와 국소 물리의 비교 120

5장 뇌터의 정리
기초 물리학의 보존 법칙들 125
운동량 보존 126
에너지 보존 135
각운동량 보존 143

6장 관성
좀처럼 인지되지 않지만 분명히 존재하는 151
관성, 대칭, 태양계 역사의 요약 155
관성을 알아차리다 165
대칭·관성·물리법칙의 통합 168
뉴턴의 운동 법칙 170
가속도 172
중력 176

7장 상대성
빛의 속력 183
움직이는 관찰자가 본 빛의 속력 189
상대성 원리 195
전복된 갈릴레오의 상대성 197
아인슈타인의 상대성 199
특수 상대성의 기이한 결과 204
특수 상대성의 에너지와 운동량 209
일반상대성이론 212

8장 반사
거울 나라에서 찾은 대칭 215
반사 대칭 217
반전성 대칭과 물리법칙 223
반전성 대칭을 폐기하다 228
시간 역전 대칭 235
시간 역전 불변성과 반물질 239
CPT 대칭 243

9장 깨어진 대칭
깨어진 대칭의 재구성 245
심 끝으로 선 연필 246
자석 249
자연에서 일어나는 자발적인 대칭 깨짐 255
우주 팽창 259

10장 양자역학
고전역학의 한계 263
빛은 입자인가 파동인가 266
더욱 기이해지는 양자론 273
불확정성원리 276
파동함수 280
속박 상태 285
양자론의 스핀과 궤도 각운동량 290
동일 입자의 대칭 293
교환 대칭 : 물질의 안정성과 중성자별 299
양자론과 특수상대성이론의 만남 : 반물질 302

11장 빛의 숨겨진 대칭
전하량 보존 법칙으로 인도하는 숨겨진 다리 307
암시된 대칭 309
국소 게이지 불변성 대칭 311
복사의 양자적 과정 : 양자전기역학 318
파인만 다이어그램 320
모든 힘들의 통합을 향해 328

12장 쿼크와 경입자
최후의 마트로슈카가 될 입자 331
20세기 중반의 원자 333
쿼크 337
입자와 힘을 기술하는 표준 모형 338
강력은 게이지 대칭이다 346
약력 356
힉스 장 358
힉스 보손을 넘어서면 초대칭일까 362
철학적 관점에서 본 의견 367
교육자를 위한 맺는 말 371

부록
수학에서 정의하는 대칭 375
셔먼의 미국 수학능력시험 모의고사 문제 390
연속 대칭군 396

참고자료 402
찾아보기 434