우주의 탄생과 대칭

들어가며 5
1장 우리 주변의 대칭1: 건축물과 대칭
1-1 절에 있는 건축물은 좌우대칭을 이룬다 14
1-2 베르사유 궁전 16
1-3 대칭의 세계는 고귀하다 18
1-4 만유인력의 법칙의 발견 20
1-5 자명은 자명하지 않다 22
1-6 만유인력의 전제는 대칭 24
1-7 대칭에 의한 대발견 26
1-8 물의 비밀 28
1-9 상전이와 대칭 30
1-10 상전이를 대칭으로 이해해 보자 32

2장 우리 주변의 대칭2: 거울의 세계
2-1 거울의 세계 36
2-2 거울 속의 나르시시즘 38
2-3 루이 14세는 거울을 좋아해 40
2-4 거울에 넋을 잃은 미녀들 42
2-5 거울은 좌우를 뒤바꾼다 44
2-6 좌우반전의 비밀 46
2-7 심리학자의 의견 48
2-8 관측자는 누구인가? 50
2-9 또 한 명의 나 52
2-10 거울과 물리학 54

3장 대칭을 수학으로
3-1 두 개의 양 58
3-2 가로선과 세로선 60
3-3 선대칭 62
3-4 점대칭 64
3-5 회전대칭 66
3-6 공간도형과 대칭 68
3-7 도리이를 싹둑 잘라 보자 70
3-8 그리스 시대와 대칭 72
3-9 피타고라스의 우주상 (宇宙像) 74
3-10 대칭과 힘 76
3-11 중력과 원심력 78
3-12 차원 80
3-13 4차원 시공간 82

4장 입자·반입자 대칭
4-1 데모크리토스의 원자 86
4-2 원자의 구조 88
4-3 세 종류의 소립자 90
4-4 디랙의 등장 92
4-5 음에너지 전자 94
4-6 충만한 진공 96
4-7 입자?반입자 대칭 98
4-8 반입자는 더 있다 100
4-9 반물질세계 102
4-10 전기와 자기의 대칭 104
4-11 자기 홀극(monopole)의 예측 106
4-12 자기 홀극이라는 이름의 소립자 108
4-13 질량과 에너지 110

5장 물질입자의 대칭
5-1 우리는 어떻게 ‘보는’ 것일까? 114
5-2 소립자의 관찰 116
5-3 원자핵의 발견 118
5-4 크기가 없는 전자 120
5-5 양성자와 중성자 내부에도 단단한 심이 122
5-6 갈매기는 3번 운다 124
5-7 메손(중간자)도 있다 126
5-8 쿼크는 3세대 128
5-9 대칭성 깨짐에 노벨상이 130
5-10 렙톤(경입자)도 있다 132

6장 네 가지 힘과 대칭
6-1 전자기력, 강력, 중력 136
6-2 힘의 세기 138
6-3 힘의 작용범위 140
6-4 힘의 발생과 전파 142
6-5 입자교환으로 힘이 발생한다 144
6-6 색과 향 146
6-7 자연은 무색이다 148
6-8 약한 상호작용은 향을 바꾼다 150
6-9 미시세계의 중력이론 152
6-10 인간은 기계이다 154
6-11 분해와 통일 156
6-12 통일을 향한 길 158
6-13 전자기력과 약력의 통일 160

7장 표준이론과 대칭
7-1 가상공간에서의 대칭 164
7-2 하전대칭 166
7-3 국소 대칭이 힘을 만들어낸다 168
7-4 힘의 발생 170
7-5 자발적 대칭성 깨짐 172
7-6 자석과 대칭성 깨짐 174
7-7 힉스 입자의 관찰 176
7-8 통일장이론의 전략 178
7-9 통일장이론에서 대통일장이론으로 180
7-10 맨전하 182
7-11 산장의 램프 184
7-12 반차폐효과 186
7-13 전하, 약전하, 색전하가 일치하다 188
7-14 태양계를 넘어서 190

8장 우주의 생성과 대칭성 깨짐
8-1 왕성한 호기심 194
8-2 불덩어리 우주의 탄생 196
8-3 우주의 상전이 198
8-4 4번의 상전이 200
8-5 대칭을 더 202
8-6 물질의 붕괴 204
8-7 초대칭 206
8-8 페르미 통계와 보스 통계 208
8-9 초대칭 대통일장이론 210
8-10 암흑물질(dark matter) 212
8-11 암흑물질의 정체 214
8-12 LHC에서의 발견이 기대되는 초대칭 입자 216
8-13 대칭성은 깨져 있다 218
8-14 사라진 반우주 220
8-15 혼돈에서 형태가 있는 것으로 222
8-16 규칙성이 생기다 224
8-17 별의 탄생 226
8-18 삼라만상을 지배하다 228

참고문헌 231
색인 232

“137억 년이라는 시간의 흐름 속에서 우주는 온도를 낮추면서 다양한 규칙을 형성해 왔고, 대칭성 깨짐의 극한이라 할 수 있는 고도의 조직화인 ‘생명’이 태양의 주위에 있는 행성의 하나인 지구 상에서 발생했다. 이것은 수소, 탄소, 질소, 산소 등 원소의 특수한 집합체로서의 생명의 탄생과 진화이다. 이제 생명은 자기의식을 가지고 실험실에서 우주의 초기를 재현하면서, 대칭과 대칭성 깨짐의 본질을 밝히려 하고 있다. 우주가 온도를 낮춰서 대칭성이 깨지지 않았다면 일어날 수 없는 일이다.”