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ISBN: 9788984118409
전자책 정가: 15,000원

2019년 한국과학창의재단 선정 우수과학도서

2018년 한국출판문화산업진흥원 선정 우수출판콘텐츠

태초에 우주는 어떻게 탄생하였을까?

이 책은 최근 물리학 최전선에서 논의되고 있는 초기 우주 급속팽창 이론인 인플레이션 우주론에 대하여 실험하고 검증하는 이야기를 담고 있습니다. 이는 물리학 중에서도 특히 입자물리학과 우주론 분야에 속하는 내용입니다.
초기 우주가 무지막지한 속도로 팽창했을 것이라는 소설과 같은 이론을 어떻게 실험으로 증명할 수 있을까요? 이 책에서는 이해의 기초가 되는 개념, 수식, 실험 과정 등을 소개합니다. 이 책의 내용은 결국 우리 우주가 어떻게 탄생되었나에 대한 비밀을 풀어 나가는 연구라고 할 수 있습니다.
우리 우주가 현재까지 어떻게 진화해 왔는지에 대해서 말하는 ‘표준 우주론 모형’에는 설명하기 어려운 문제들, 즉 지평선 문제, 편평도 문제, 자기홀극 문제가 있습니다. 이 문제들을 20세기 중반을 지나면서 많은 천체물리학자 및 입자물리학자들에게 알려지기 시작했습니다. 이를 설명하기 위해서 1980년대에 초기 우주 급속팽창 이론, 즉 인플레이션 우주론이 제안된 것이지요.
우주의 역사에서 급속팽창의 시기가 필요한 이유도 결국 위 세 가지 문제를 해결하기 위함입니다. 그러므로 우리가 이 이론에 대해서 탐구하고, 또 그것이 실험적으로 검증 가능한 것인지를 함께 알아보는 것은 과학적으로 큰 의미가 있는 일이겠지요?

차 례


들어가는 말 4

1장. 광활한 우주 13
1 소개의 글 13
2 넓고 넓은 우주 14
3 팽창하는 우주 21
　　○● 팽창하는 우주의 발견 22
　　○● 적색편이와 허블 32
　　○● 우주 팽창을 기술하는 산수 37
　　○● 우주의 팽창은 어떻게 이해해야 하는가? 41

2장. 양자역학의 신세계 — 요동치는 전자 45
1 빛에 대한 이야기 46
　　○● 목욕탕과 흑체복사 52
　　○● 서로 너무나 다른 빛과 전자 53
2 양자역학과 파동함수 60
　　○● 빛알갱이와 전자는 입자인가요, 파동인가요? 64
　　○● 현대 양자장 이론 70

3장. 상대적 시공간 73
1 횃불은 다음 세대로 73
2 뉴턴이 생각한 시공간 77
　　○● 상대성원리 79
　　○● 뉴턴의 시공간과 우주의 끝 80
3 특수 상대성이론 83
　　○● 전지전능한 빛의 속력 84
　　○● 길이는 줄어들고 시간은 느려진다? 87
4 일반 상대성이론과 시공간 ― 아주 특별한 중력 98

4장. 쪼개고 또 쪼개면? 111
1 가장 작은 알갱이 111
2 자연에 존재하는 기본적인 힘 126
　　○● 누구도 피할 수 없는 중력 126
　　○● 전자기력과 전자기파의 무지개 129
　　○● 종신형 감옥에 있는 쿼크와 강력 135
　　○● 약력과 동위원소, 그리고 중성미자 140
3 입자물리학의 표준모형 142
　　○● 쿼크와 경입자 143
　　○● 힘을 매개하는 입자들과 파인만 도식 146
　　○● 우리의 소원은 통일 149
　　○● 신의 입자? 힉스 입자? 153
　　○● 변하지 않는 물리량 155

5장. 물질-반물질 문제 167
1 반물질은 어디로? 168
　　○● 원시 반물질이 사라지려면? 172
　　○● 중입자 번호 깨짐 조건이 필요한 이유 173
　　○● C, C P 대칭성 깨짐 현상이 필요한 이유 174
　　○● 열적 평형 조건이 깨지는 기간이 필요한 이유 180
2 C P 깨짐 현상을 좀 더 찾아라! 181


6장. 대폭발과 태초의 빛 189
1 대폭발의 메아리? 190
　　○● 태초의 빛 ― 우주배경복사의 발견 190
　　○● 저희 실험실 이야기 198
　　○● 배경복사가 흑체복사? ― 살 빼기 작전 200
2 대폭발 메아리 형성은 언제, 어떻게? 204

7장. 우주 예산 부족 문제 213
1 암흑물질 214
　　○● 암흑물질? 투명물질? 214
　　○● 암흑물질의 정체? 220
　　○● 암흑물질과 이휘소 박사 224
2 수수께끼의 암흑에너지 227
3 우주 예산 부족? 237

8장. 초기 우주 급속팽창 이론 241
1 표준 우주론 모형과 문제점 242
　　○● 지평선 문제 242
　　○● 편평도 문제 245
　　○● 자기홀극 문제 249
2 초기 우주 급속팽창 이론 250
　　○● 급속팽창 이론이 필요한 이유는? 252
　　○● 피천득과 초기 우주 급속팽창 이론 255
　　○● 초기 우주 급속팽창 이론은 실험적 검증 가능? 258

9장. 지상 망원경 실험 263
1 지상 망원경 실험: GB 264
　　○● 벨 실험 전체 회의와 가타야마 박사 264
　　○● GB 망원경 구조 267
　　○● GB 초점판과 검출기 270
2 스페인 카나리아 제도 272
　　○● GB 망원경을 이용한 관측 276
　　○● GB 망원경 운용 계획 280

부록: 눈금계수 a(t) 283
주요 수식 모음 290
참고자료 293
찾아보기 305

지 은 이 원 은 일

물리학자

2004년부터 고려대학교 물리학과 교수로 재직 중이다.
미국 로체스터대학 박사과정을 거쳐 서울대학교 기초과학연구원과 미국 하버드대학에서 연구원을 지냈다.
지난 십여 년 동안 지상 망원경을 제작하면서 초기 우주 급속팽창 이론을 실험적으로 검증하는 데 노력을 기울이고 있다.