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책소개

차원의 기초부터 최첨단 이론까지



‘이 세계는 몇 차원인가?’ 이런 질문을 받는다면 당신은 어떻게 대답할 것인가? 아마 대부분의 사람은 ‘3차원’이라고 대답할 것이다. 그렇게 대답하는 이유는 우리의 눈에 가로·세로·높이의 세 방향을 가진 공간이 명백하게 보이기 때문일 것이다. 그리고 일부 사람들은 ‘4차원 시공’이라는 대답도 할 것이다. 4차원 시공은 공간 3차원과 시간 1차원을 합해서 하나로 본 개념인데, 20세기 초에 아인슈타인이 ‘상대성 이론’을 발표하면서 사용되기 시작했다.



하지만 20세기 후반에는 ‘아인슈타인의 놀라운 우주관’을 넘어서는 몇 개의 이론이 등장했다. 그들 이론은 놀랍게도 ‘우주에는 더 많은 차원이 존재한다’고 주장한다. 우리의 세계에 가로·세로·높이 말고 또 다른 차원이 있다니, 대체 무슨 뜻일까? 그렇다면 또 다른 차원은 어디에 있다는 말인가? 왜 우리 눈에 보이지 않을까?



더 놀라운 것은, 이론 물리학자들은 우리의 세계가 9차원(시간 1차원을 더하면 10차원 시공)이라는 주장도 한다는 점이다. 물리학을 파고들면 이처럼 우리의 세계가 고차원일 가능성이 있다고 한다. 그리고 고차원이 실제로 존재함을 증명하기 위해 세계 최대의 가속기를 이용한 실험도 계속 이루어지고 있다.

차원에 관한 더욱 불가사의한 논란도 지금 물리학자들 사이에서 벌어지고 있다. ‘우리의 세계는 2차원 평면에서 떠오른 홀로그램 같은 것일지도 모른다’ ‘우리가 보는 공간은 허상’일 수도 있다는 것이다.



과연 우리의 세계는 몇 차원일까? 그 이전에 차원이란 무엇인가? 이 책에서는 0차원(점), 1차원(선), 2차원(면), 3차원(입체)의 기본 개념과 성질, 차원과 연관된 상대성 이론 및 블랙홀의 관계, 고차원 공간의 개념과 근거, 고차원 공간을 찾는 방법 등 첨단 내용에 이르기까지 차원의 모든 것을 정리했다. 

차원에 대한 핵심 내용을 일목요연하게 정리해 주는 좋은 안내자가 될 것이다.

저자소개

저자 : 뉴턴프레스

고노 도시타케  河野俊丈 / 일본 도쿄 대학 대학원 수리과학연구과장·교수, 이학 박사

네가미 세이야  根上生也 / 일본 요코하마 국립대학 대학원 환경정보연구원 교수, 이학 박사

니시무라 준  西村 淳 / 일본 고에너지가속기연구기구 소립자원자핵연구소 이론센터 부교수, 이학 박사

다카야나기 다다시  高柳 匡 / 일본 교토 대학 기초물리학연구소 교수, 이학 박사

다카키 야스히로  高木康博 / 일본 도쿄 농공대학 대학원 공학연구원 첨단전기전자부문 교수, 공학 박사

마에다 게이이치  前田惠一 / 일본 와세다 대학 이공학술원 교수, 와세다 대학 고등연구소 소장, 이학 박사

무라타 지로  村田次郞 / 일본 릿쿄(立敎) 대학 이학부 교수, 이학 박사

아사이 쇼지  淺井祥仁 / 일본 도쿄 대학 소립자물리국제연구센터장, 동 대학원 이학계 연구과 교수, 이학 박사

이치하라 가즈히로  市原一裕 / 일본 니혼 대학 문리학부 수학과 교수, 이학 박사

하시모토 고지  橋本幸士 / 일본 오사카 대학 대학원 이학연구과 물리학전공 교수, 이학 박사

목차

프롤로그 : 다른 차원의 세계를 살짝 엿본다



제1장  차원이란 무엇인가?



차원이란? ①~③ / 2차원의 특징은? ①~② / 3차원의 특징은? ①~② / 3차원 입체와 2차원 그림자 ①~② / 우리의 세계는 ‘그림자’일까? / 차원의 확장 / ‘초입체’란? ①~② / 4차원 초입체를 ‘본다’ / 4차원 공간에서는 어떤 일이 일어날까? ①~ ②



Q1. ‘휘어진 면’은 3차원이 아닌가?

Q2. 1차원과 2차원의 중간은 없을까?



칼럼  2차원 사람의 눈에는 세계가 어떻게 보일까?

칼럼  초정육면체를 회전하면 어떻게 보일까?

칼럼  정다면체의 4차원판 ‘정다포체’란?칼럼  4차원 공간을 이용하면 우리에서 탈출할 수 있다!?

칼럼  푸앵카레 추측이란 무엇인가?



제2장  상대성 이론과 차원



제4의 차원 ‘시간’ / 시간의 ‘흐름’ / 특수 상대성 이론 / 시공도(時空圖) ①~④ / 일반 상대성 이론 / 휘어진 공간이란? ①~② / 중력과 시공 / 블랙홀과 시공 ①~② / 특이점과 차원



Q3. ‘4차원 시공’이란 무엇을 의미하는가?

Q4. 시간은 왜 1차원밖에 없을까?

Q5. 중력으로 빛이 휘어지는 현상의 실제 사례는?



칼럼  과학적 사고의 기초 ― 유클리드의 《원론》

칼럼  ‘곡면이 휘어진 정도’를 나타내는 방법

칼럼  곡률이 음(-)인 세계와 ‘푸앵카레 원판칼럼  차원에 따라 직선의 의미가 달라진다!

 칼럼  우주 공간은 관측할 수 있는 범위에서는 휘어지지 않은 것 같다



제3장  고차원 공간을 찾아라!



고차원 이론의 등장 / 고차원을 생각하는 이유 ①~④ / 고차원은 어디에 있는가? ①~③ / ‘초끈 이론’의 여분 차원 ①~③ / 여분 차원의 크기 / 휘어진 여분 차원 / 차원의 수와 중력 ①~③ / 가속기 실험 / 고차원의 증거 찾기 ①~③ 



좀 더 알고 싶다  고차원 ①~②

Q6. 차원이 다른 세계에서는 물리 법칙도 달라진다?

Q7. 탄생 직후의 우주는 몇 차원이었을까?

Q8. 평행 우주는 정말 존재하는가?



제4장  공간은 허상인가?



홀로그래피 원리란? / 홀로그램이란? / 중력은 허상인가? / 블랙홀과 정보 / 홀로그래피 원리의 탄생 / 홀로그래피 원리의 세계관 ①~③



칼럼  홀로그램을 만드는 열쇠는 ‘빛의 간섭’