만물과학
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- 지은이
- 마커스 초운
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상품정보
머리말
1부 생명은 어떻게 움직이나
1장 우리 몸, 100조 개의 세포로 된 은하계 : 세포
원핵생물 : 자루 속 작은 우주 | 진핵생물 : 복잡해질 자유를 얻다 | 단세포에서 다세포로, 30억 년의 여정 |
우리 몸의 97.5퍼센트는 외계 세균 | 최초의 세포는 어디서 왔을까?
2장 우리는 매일 태양 에너지를 먹는다 : 호흡
우리 몸은 에너지 전지다 | 호흡에서 산소의 역할 | 광합성, 태양 에너지 낚아채기
3장 돌연변이가 개척한 진화의 길 : 진화
진화의 원동력 | 유전과 변이의 메커니즘 | 승자만이 살아남는 아주 긴 게임
4장 생명 세계를 제패한 암컷과 수컷 : 성
기생 생물과 ‘붉은 여왕 가설’ | 유전자 뒤섞기 전략 | 성의 빅뱅 | 동성애의 비율은 왜 일정할까?
5장 쓸수록 똑똑해지는 1400그램짜리 우주 : 뇌
몸 안의 전기 시스템 | 전기 신호 전달자, 신경세포 | 우주에서 가장 복잡한 물체 |
스스로 프로그램을 만드는 컴퓨터 | 뇌는 뇌를 완벽하게 이해할 수 없다
6장 2퍼센트 차이가 인간을 만들었다 : 인류의 진화
왜 두 다리로 섰을까? | 주먹도끼 시대 | 아프리카 탈출 | 빙하기에서 살아남기 | 요리하는 인간 |
종의 운명을 가른 바느질
2부 문명은 어떻게 움직이나
7장 최초의 유전공학자는 농부였다 : 문명
사냥꾼, 농부가 되다 | 잉여 식량, 족장, 문자의 탄생 | 왜 사람은 동물을 길들였을까? |
장인과 철학자의 결합 | 대륙마다 발전 속도가 달랐던 이유 | 인류의 미래
8장 생명을 지탱하는 힘, 문명을 일으키는 힘 : 전기
전기의 힘 | 전기장과 자기장 | 교류 전류와 변압계의 마법 | 맥스웰의 전기 역학 법칙 |
모든 생물은 전기의 힘으로 살아간다
9장 18개월마다 두 배씩 빨라지는 인공 두뇌 : 컴퓨터
이진법의 혁명 | 칩 위에 세운 도시들 | 빅뱅 컴퓨터
10장 세상의 혈관을 내달리는 황금색 피 : 돈
시공을 뛰어넘는 돈의 마법 | 은행가가 된 금 세공사 | 호황과 불황이 번갈아 오는 이유
11장 ‘보이지 않는 손’이라는 오래된 신화 : 자본주의
자본주의 신화 | ‘보이지 않는 손’은 어디에? | 지진처럼 움직이는 시장 변동 |
국가의 설계물, 자유 방임 시장
3부 지구는 어떻게 움직이나
12장 대륙이 움직이면 지구가 숨을 쉰다 : 지질학
대륙은 이동한다 | 지구 표면을 움직이는 원동력
13장 가이아를 지켜주는 부드러운 보호막 : 대기
대기 순환 | 날씨, 예측 가능성과 카오스 사이 | 순환하는 바다 | 언제 빙하기가 오는가? |
지구가 계속 더워진다면
4부 ‘보이지 않는 세계’는 어떻게 움직이나
14장 세포, 지구, 우주는 모두 증기 기관이다 : 열역학
엔트로피는 항상 증가한다 | 생명체가 무질서도 증가에 맞서는 방법 | 열적 죽음
15장 미시 세계에서 신은 주사위 놀이를 한다 : 양자 이론
양자 이론은 어떻게 태어났을까? | 예측 불가능한 것을 예측하는 방법 | 동시에 두 곳에 있는 파동 |
전자는 서로 간섭한다 | 우리 세계가 양자 세계와 다른 이유 | 양자 불가사의 |
양자 이론, 원자의 존재를 설명하다 | 다양한 원자가 존재하는 이유 | 파울리의 배타 원리
16장 빨리 달릴수록 시간은 천천히 간다 : 특수 상대성 이론
시공간의 그림자 | 질량은 에너지다
17장 중력은 시공간을 비틀어놓는다 : 일반 상대성 이론
새로운 중력 이론 | 중력은 시간을 늦춘다 | 시공간은 왜곡된다 | 중력은 중력을 낳는다 |
시간 지연의 증거, 적색 편이 | 우주의 소리, 중력파
18장 우주 만물의 이론을 품은 가장 작은 세계 : 원자
궁극의 알갱이, 쿼크와 렙톤 | 입자물리학의 표준 모형 | 초대칭 이론 | 끈 이론 |
전체는 부분의 합보다 크다
19장 현재라는 시간은 없다 : 시간
상대성 이론과 시간 | 동시에 존재하는 과거, 현재, 미래 | 시간의 화살 | 현재라는 시간은 없다
20장 어떻게 무에서 우주가 생겨났을까? : 물리 법칙
뉴턴이 발견한 보편적 물리 법칙 | 무의 대칭성
5부 우주는 어떻게 움직이나
21장 우주는 어떻게 시작되었는가 : 우주론
빅뱅은 어디에서 일어났는가? | 인플레이션 | 암흑 에너지 | 암흑 물질 | 다중 우주
22장 모든 은하의 중심에는 블랙홀이 있다 : 블랙홀
거대 질량 블랙홀 | 항성을 만들거나 사라지게 하는 블랙홀 |
우리 은하를 만든 것은 거대 질량 블랙홀인가? | 홀로그램 우주
주석
참고 문헌
더 읽을거리
찾아보기
우리 몸의 97.5%를 차지하는 외계 미생물부터
은하의 중심에서 별을 토해내는 블랙홀과 홀로그램 우주까지,
유전자 돌연변이에서 양자 세계의 불가사의한 마법까지
우리는 왜 숨을 쉬는 걸까? 뇌는 어떻게 작동하는가? 생명체가 성(性)을 발명한 이유는 무엇인가? 시간은 실제로 존재하는가? 눈에 보이지 않는 전기가 어떻게 문명을 일으켰을까? 달은 왜 지구로 떨어지지 않고 계속 주위를 돌까? 어째서 아무것도 없지 않고 무언가가 있는 것인가?
가상의 우주선을 타고 날 듯 마커스 초운은 우리를 원자보다 작은 미시 세계로 안내하고 빅뱅이 일어나는 순간으로 우리를 끌고 가며, 은하계 중심에 있는 거대 질량 블랙홀을 넘어 홀로그램 우주까지 우리를 데려다준다. 그의 설명을 따라가다 보면 우리는 세포가 깨어나는 순간을 경험하고, DNA가 돌연변이를 일으키는 과정을 목격하며, 인류 진화의 첫 발자국이 찍힌 자리를 탐색할 수 있다. 또한 과학자의 눈으로 문명 진화의 역사를 추적하고 돈이 피처럼 순환하는 자본주의 세계의 법칙을 탐사한다.
이 책은 생각할 수 있는 가장 작은 세계에서부터 상상할 수 있는 가장 큰 세계까지, 우리 눈앞에 펼쳐진 생생한 현실에서부터 마음의 눈으로만 관찰할 수 있는 보이지 않는 세계까지 미시와 거시의 모든 세계를 들여다보고 전체를 조망한다.
이 매혹적인 지적 여정에서 다윈의 진화론부터 하이젠베르크의 ‘불확정성’ 원리, 앨런 튜링의 ‘생각하는 기계’, 밴 밸런의 ‘붉은 여왕 가설’, 리처드 도킨스의 ‘이기적 유전자’, 현대 물리학의 양대 이론인 양자론·상대성 이론에 이르기까지 인간 앎의 지평을 확장해 온 위대한 과학적 발견과 이론들이 22가지 주제 아래 일목요연하게 펼쳐진다. 그리하여 우주를 떠돌던 먼지에서 원자로, 별과 행성으로, 세포와 생명으로, 유인원에서 인간으로, 그리고 인간이 만든 문명으로 이어지는 한 편의 장대한 서사시가 완성된다.
‘우리는 왜 지금 이 모습으로 존재하게 됐을까?
어떻게 아무것도 없던 데서 우주가 생겨났을까? 시간은 언제 시작되었을까?’
우리 자신과 세계의 근원을 찾는 깊고 넓은 탐구의 길
우리는 왜 이런 모습으로, 지금 이곳에 존재하는 것일까? 아무것도 없던 무(無)의 우주에서 어떻게 무언가가 생겨났을까? 시간은 왜 한 방향으로만 흐르는 것일까? 인간은 이처럼 자기 자신과 자신이 사는 세계에 대한 근원적 의문을 풀기 위해 끊임없이 고민하고 탐구해 왔다. 《만물 과학》은 지금까지 인류가 과학적 탐구를 통해 알아낸, 끊임없이 변하는 세계의 변치 않는 진리(법칙)에 관한 안내서이자, 세상 모든 것을 이해하려 했던 한 남자가 감행한 야심찬 지적 모험의 이야기이다. 생물학, 지질학, 천문학, 물리학을 종횡무진 오가며 펼쳐지는 과학의 향연이자, 인간이 만들어낸 어떤 것보다 경이로운 이 세계에 대한 찬가이다.
문학과 역사, 과학을 넘나드는 전문 지식을 보통 사람의 눈높이에서 풀어내는 남다른 재주를 지닌 마커스 초운은 《만물 과학》에서 이야기꾼의 면모를 유감없이 발휘한다. ‘아무도 이해하는 사람이 없다’는 말이 있을 정도로 어려운 양자 역학도, 과학사에서 가장 심오한 통찰로 손꼽히는 상대성 이론도 그의 이야기 속에서 어느 순간 자연스럽게 이해하게 된다.
저자가 이끄는 대로 따라가다 보면 무척이나 복잡하고 빠르게 변하는 것처럼 보이는 우리 세계가 실은 단순하고 변치 않는 진리(법칙) 위에 놓여 있다는 사실과 마주하게 된다.
「세상에는 질서가 있습니다. 해는 매일 아침 떠오르고 사람은 늙어갑니다. 원인이 있어야 결과가 생깁니다. 세상이라는 베틀에는 규칙적인 패턴이 있습니다. 리처드 파인먼은 “자연은 자신의 패턴을 짜는 데 가장 긴 실을 이용하는데, 그 이유는 각각의 작은 직물 조각으로 전체 작품의 체계성을 드러내 보이기 위해서이다.”라고 했습니다. 자연이 만든 직물이 드러내는 체계성의 이면에는, 다시 말해서 현실이라는 껍질 뒤에는 이 세상을 조정하는 규칙(법칙)이 있음을 암시합니다.」 - 20장 어떻게 무에서 우주가 생겨났을까?(360쪽)
또한 이 책에서 우리는 만유인력이라는 보편 법칙을 발견한 뉴턴, ‘자연 선택에 의한 진화’라는 획기적인 발상을 한 다윈, 대륙 이동설을 주장한 베게너, 시간과 공간의 절대성을 무너뜨린 아인슈타인, 자연의 대칭성과 물리 법칙의 관계를 밝힌 수학자 에미 뇌터, 블랙홀이 물질을 빨아들일 뿐 아니라 방사한다고 주장한 스티븐 호킹에 이르기까지 과학사를 이끈 위대한 탐구자들을 만나게 된다.
「아주 오래전에 물리학자들은 공간과 시간은 우주에 존재하는 바위라고 생각했습니다. 사물의 길이는 누가 측정해도 같고, 두 사건이 벌어지는 시간 간격은 누가 측정해도 같다고 믿었습니다. 하지만 아인슈타인이 그것은 오해라는 사실을 드러내 보였습니다. 보는 사람의 관점에 따라, 구체적으로 말해서 서로의 상대적 빠르기에 따라 공간과 시간은 달라졌습니다. …… 물리학은 밝혀진 것처럼 관찰자의 관점에 따라 변하는 세상이 품은 변치 않는 진리를 탐구합니다. 아인슈타인은 진실을 덮고 있던 베일을 들어 올려 정말로 바위 같고 정말로 변함없는 그 사실을 알려주었습니다.」 - 16장 빨리 달릴수록 시간은 천천히 간다(294～295쪽)
「1918년에 에미 뇌터는 과학의 역사에서 거의 틀림없이 가장 중요한 사실 하나를 발견했습니다. 물리 법칙은 자연의 심오한 대칭성이 낳은 결과임을 입증한 것입니다. 대칭성이란 가변적인, 즉 변하는 상황에서 불변적인, 즉 변하지 않는 세상의 측면을 의미합니다. …… 자연의 모든 기본 법칙의 저변에는 대칭성이 있다는 뇌터의 발견은 기초 물리학에 관한 가장 강력한 발상입니다. 1935년에 뇌터가 사망했을 때 아인슈타인은 에 보낸 추도문에서 이렇게 썼습니다. “에미 뇌터는 여성이 고등교육을 받은 이래 배출된 가장 주목할 만한 창조적인 수학 천재였습니다.”」 - 20장 어떻게 무에서 우주가 생겨났을까?(364, 366쪽)
진화, 문명, 뇌, 자본주의, 시간, 쿼크, 중력, 블랙홀...
과학으로 이야기할 수 있는 세상의 모든 것!
전체 5부 22장으로 이루어진 이 책에서 저자는 지구 생명체의 기원인 세포에서 이야기를 시작해 오랜 진화의 단계를 거쳐 살아남은 생물로서 인간의 특징을 진화론과 유전학에 기대어 입체적으로 살펴본다. 이어서 인간이 만들고 향유해 온 문명의 역사를 개관한 다음, 눈을 들어 우리가 깃들어 사는 이 지구의 땅과 물, 대기의 움직임을 좇는다. 세상 만물을 이해하고자 나선 이 흥미진진한 과학적 순례의 길에서 저자는 마침내 인간이 파악할 수 있는 가장 작은 세계(원자 이하 소립자들의 세계)와 가장 거대한 세계(은하계를 포함한 우주)로 우리를 이끈다.
[1부_생명은 어떻게 움직이나]에서는 38억 년 전 지구에 처음 등장한 원핵세포의 이야기부터 진화론과 유전학의 탄생, 기생 생물에 맞서기 위해 성(性)이 분화되었다는 ‘붉은 여왕 가설’, 자기 뇌를 먹어 치우는 멍게의 비밀, 아프리카 대륙을 떠난 인간 종의 진화까지 인류가 밝혀낸 생명의 기원과 진화의 핵심을 다룬다.
「그렇다면 성(性)이 갖는 압도적인 장점은 무엇일까요? 누구나 동의하는 것은 아니지만 인기를 끈 생각이 있는데, 그것은 성이 잠정적으로 위협을 가할 수 있는 기생 생물의 허를 찔렀다는 것입니다. …… 일반적으로 기생 생물은 작고 재빠르며, 숙주의 일생 동안 여러 번 생식하는 능력이 있기 때문에 숙주의 목숨을 빼앗는 과정이 아주 빠르게 일어날 수도 있습니다. 숙주 생물 개체군은 어떻게 해야 기생 생물이 가하는 무자비하고 효과적인 공격을 막고 살아남을 수 있을까요? 그 대답은 끊임없이 집단의 일원을 완전히 새롭게 교체해 기생 생물이 개체군에 완벽하게 적응하지 못하게 하는 것입니다. 1973년에 미국의 생물학자 리 밴 밸런은 그것이야말로 성의 분화가 이룩한 업적이라고 주장했습니다.」 - 4장 생명 세계를 제패한 암컷과 수컷(70～71쪽)
인간이 만든 사회와 문명을 다루는 [2부_문명은 어떻게 움직이나]에서는 자연 환경이 문명 발달에 끼친 영향부터 현대 문명을 이해하는 데 필수적인 자본주의와 전기, 컴퓨터의 역사를 살펴본다. 컴퓨터의 선조라 할 수 있는 ‘만능 튜링 기계’, 교환 경제에서 화폐 경제를 거쳐 등장한 현대 상업 세계, 모든 생물과 문명의 동력이 되는 전기의 힘에 이르기까지 인간을 둘러싼 일상 세계를 과학의 눈으로 넓고 깊게 살핀다. 특히 ‘보이지 않는 손’이라는 자유 방임주의의 신화와 자본주의의 작동 원리를 고찰하는 부분에선 《그들이 말하지 않는 23가지》의 저자 장하준 케임브리지대학 교수의 분석이 중요하게 등장한다.
「장하준은 시장을 필요 없이 복잡하게 만드는 것은 무책임하고 위험하다고 여깁니다. 그는 경제도 시판하는 약처럼 취급해야 한다고 말합니다. 새로운 약을 판매하려면 제약 회사는 약이 세상에 내놓아도 될 만큼 안전한지를 판단하기 위해 시판하기 전에 수년 동안 엄격하게 검사하고 실험합니다. 장하준은 금융 상품을 비롯해 시장에 복잡성을 더하는 것이라면 무엇이든지 시판하는 약처럼 엄격한 검증 절차를 거쳐야 한다고 믿습니다. 그래야만 그런 상품이 시장을 불안하게 만들지 않는다는 확신을 할 수 있다는 것입니다.」 - 11장 ‘보이지 않는 손’이라는 오래된 신화(205쪽)
「기본적으로 컴퓨터는 기호를 섞는 장치입니다. …… 저장된 프로그램을 기반 삼아 기호를 섞는 추상적 기계를 제일 먼저 생각한 사람은 영국 수학자 앨런 튜링입니다. 튜링은 독일군의 암호 기계 에니그마(Enigma)와 암호 체계 피시(Fish)를 해독한 것으로 유명한데, 그 덕분에 2차 세계대전을 몇 년 일찍 끝낼 수 있었다는 평가를 받았습니다. 튜링이 1930년대에 고안한 기호 섞는 장치는 전혀 컴퓨터처럼 보이지 않습니다. 이 장치의 프로그램은 1차원 테이프에 0과 1만을 사용하는 이진법으로 저장되었는데, 그 이유는 숫자와 지시어를 포함한 모든 것은 궁극적으로 이진법 숫자로 환원할 수 있기 때문입니다.」 - 9장 18개월마다 두 배씩 빨라지는 인공 두뇌(166, 167쪽)
[3부_지구는 어떻게 움직이나]에서는 지진 같은 지표면의 움직임을 설명하는 ‘판 구조론’, 지구의 자전이 대기의 순환에 미치는 영향을 드러내는 ‘해들리 순환’, 한때 ‘눈덩이 지구’를 만들었던 빙하기의 원인과 지구의 예상 수명까지, 모든 생명체들의 요람인 지구에 대해 알아본다.
「이 세상이 극지방부터 적도 지방까지 온통 얼음으로 뒤덮여 있던 시기가 두 번 있었다고 알려져 있습니다. 눈덩이 지구라고 부르는 이 시기는 각각 22억 년 전과 6억 5000만 년 전이었다고 추정합니다. 빙하기가 찾아온 원인은 아직 밝혀지지 않았습니다. 하지만 훨씬 오래전에 있었던 눈덩이 지구의 생성 원인에 관해서는 한 가지 그럴듯한 가설이 있습니다. 남조류에게 갑자기 물을 분해하는 능력이 생기면서 광합성을 이용해 산소를 만들어냈기 때문이라는 가설입니다. 남조류가 방출한 산소는 지구를 따뜻하게 했던 메탄(온실가스이며 당시 대기에 풍부하게 들어 있던 물질)을 파괴했을 것입니다.」 - 13장 가이아를 지켜주는 부드러운 보호막(235～236쪽)
[4부_‘보이지 않는 세계’는 어떻게 움직이나]에서는 눈에 보이지 않지만 모든 것을 가능하게 하는 힘과 소립자 세계에 관한 이야기가 펼쳐진다. 여기서 저자는 열역학, 양자 이론, 상대성 이론, 끈 이론 같은 현대 물리학의 핵심을 다룬다. 시간이 한 방향으로만 흐르는 이유(‘시간의 화살’), 2012년에 존재가 확인된 힉스 입자에 세계 과학계가 열광한 이유, 시간과 공간, 질량과 에너지의 개념 자체를 바꾸어버린 아인슈타인의 천재적 발상에 대해 더없이 쉽고 명쾌하게 설명한다.
「(샌타바버라 캘리포니아대학의 물리학자) 제임스 하틀은 지구에 생명체가 등장했을 때, 생명체들이 시간을 인지하는 방법은 아주 다양했다고 생각합니다. 그러니까 지연된 현재를 경험하는 생명체도 있었고, 현재를 두 개 혹은 세 개로 인지하는 생명체도 있었던 것입니다. …… 지연된 현재를 인지하는 청개구리가 파리를 보았다고 생각해봅시다. 개구리는 분명히 혀를 길게 뻗어 파리를 잡으려고 할 것입니다. 하지만 청개구리의 정보는 낡은 것이기 때문에 청개구리가 혀를 완전히 뻗었을 때는 이미 파리가 날아가버린 뒤일 것입니다. 이런 정보 처리 방식은 생존에 불리하므로 불행하게도 결국 청개구리는 굶어 죽고 말 것입니다.」 - 19장 현재라는 시간은 없다(356～357쪽)
마지막으로 [5부_우주는 어떻게 움직이나]에서는 우주의 기원을 찾는 빅뱅 이론과 표준 빅뱅 이론을 보완하는 세 가지 가설(인플레이션, 암흑 에너지, 암흑 물질)을 살펴본다. 항성과 은하의 진화, 태양계의 형성, 어쩌면 우리 은하와 인간을 만들었을지도 모르는 블랙홀의 존재까지 미지의 세계인 우주를 탐사한다. 어딘가에 우리 우주와 비슷한 혹은 완전히 다른 여러 개의 우주가 있을 거라고 주장하는 다중 우주론도 흥미롭다.
「블랙홀은 아인슈타인의 중력 법칙인 일반 상대성 이론이 내놓은 예측입니다. 블랙홀은 사건 지평선으로 둘러싸여 있는데, 사건 지평선은 그 안으로 들어간 물질과 빛이 다시는 돌아올 수 없게 막는 가상의 막입니다. 사건 지평선의 바로 바깥 부분을 맴돌 수 있는 우주 비행사가 있다면, 그 사람의 시간은 아인슈타인의 이론대로 아주 느리게 갈 테고, 이론적으로는 바깥쪽을 쳐다보면 우주의 모든 미래가 영화를 빨리 감은 것처럼 눈앞에 스쳐 지나갈 것입니다.」 - 22장 모든 은하의 중심에는 블랙홀이 있다(392～393쪽)
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