마당 방정식을 소개하고 동시에 새로운 과학이론의 탄생 과정을 보여주기 위해 기획된 책이다. 마당 방정식의 도출에 필요한 수학.물리학.천문학의 역사와 그 뒤의 숨은 과학자들의 연대기를 담고 있다.

아미르 D.액설은 마당 방정식이 우주의 운영을 설명하는 가장 절묘한 식이라며 이를 '신의 방정식'이라 불렀다. 책제목 '신의 방정식'은 이렇게 붙여진 것. 이 방정식의 최초 발견자는 아인슈타인이다. 하지만, 그는 우주가 끊임없이 팽창한다는 사실을 믿을 수 없었고, 결국엔 이 계산식은 실수다고 공표했다.

그러나, 1998년 1월 우주관은 완전히 변했다. 과학자들의 희망과는 다르게 우주가 가속적으로 팽창하고 있다는 증거를 천문학자들이 발견한 것이다. 그해 5월, 전 세계 우주론 학자들과 천문학자들이 모여 계속 논의했지만 결과는 마찬가지였다.

이렇게 하여 80년 전 아인슈타인이 일생일대의 실수라며 철회했던 마당 방정식이 되살아났다. 이 책은 유클리드부터 시작해 뉴턴, 아인슈타인, 그리고 리처드 파인만, 스티븐 호킹으로 이어지는 수많은 과학자들의 결실인 일반 상대성 이론에 대한 전기다. 우주는 텅비어 있지 않으며, 시간에 따라 자연의 모든 순리와 법칙이 바뀐다는 사실을 알 수 있다.

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"엄청난 실수"가 아니라 우주의 운명을 설명하는 방정식이었다니...
1912년, 알베르트 아인슈타인은 우주의 구조를 설명하는 마당 방정식을 찾아냈다. 그러나 그 자신도 그것이 무엇을 뜻하는지 완전히 이해하지는 못했다. 최근의 이론과 관측 결과들은 우주가 단지 팽창하고 있는 것이 아니라, 점점 더 빠르게 팽창하고 있음을 보여준다. 수십 년 동안, 과학자들은 우주가 서서히 안으로 붕괴될 것인지, 적당한 크기까지 팽창한 후 그 상태로 머물 것인지, 또는 영원히 팽창할 것인지에 대해 논쟁해왔다. 거대한 초신성을 연구한 결과, 우주가 영원히 팽창할 것이라는 이론이 현재로서는 맞는 것처럼 보여 모두를 놀라게 하고 있다. 이 팽창의 문제는 이른바 "우주상수" 속에 놓여 있는데 이것은 아인슈타인의 일반상대성 마당 방정식에서 보여진 개념이다. 아인슈타인 자신은 "우주상수"가 자신의 가장 큰 실수라고 말했지만, 많은 과학자들은 이른바 "웃기는 에너지funny energy"가 우주를 계속해서 밀어내고 있는 이 상황을 잘 설명하는 열쇠로 여기고 있다.

왜 아인슈타인은 "우주상수"를 빼버렸을까?
간단히 말하면 아인슈타인은 지금 우리가 알고 있는 사실을 몰랐기 때문이다. 우리가 보는 은하는 맹렬한 속도로 무한을 향해 멀어지고 있다. 그러나 아인슈타인은 우리은하가 우주에 있는 유일한 은하인 줄로만 알고 있었다. 이는 1917년까지 우리말고도 별개의 은하들이 존재한다는 것이 알려지지 않았기 때문에 빚어진 오해다.

"마당 방정식"은 누가 맨 처음 풀었을까?
이 마당 방정식의 해는 이 이론이 완성되기도 전인 제1차대전에 참전중이던 군인이 풀었다. 1916년 독일의 천체물리학자인 칼 슈바르츠쉴트Karl Schwarzschild는 동부전선의 참호에서 러시아군과 대치하면서 아인슈타인의 논문과 방정식을 읽고 그것을 풀어냈다. 그는 해를 베를린에 있는 아인슈타인에게 우편으로 보냈는데, 참전중인 그를 대신하여 아인슈타인이 1월 16일 학술원에서 대신 발표했다. 슈바르츠쉴트는 전선에서 병에 걸려 5월 11일에 죽었다.

우주는 단지 팽창하고 있는 것이 아니다. 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있다.
액설은 아인슈타인의 일반상대성 이론의 마당 방정식을 현대 물리학의 관점에서 뿐 아니라 수학·천문학의 역사적 관점으로도 설명한다. 아인슈타인이 그의 이론에서 중력개념을 제외하고 사고하기 시작했을때, 그의 이론이 빛과 특정한 관계가 있다는 것을 확신했다. 무거운 물체를 떠난 빛은 빨강치우침 한다는 것, 그리고 이 파장은 더 길어진다는 것이다. 공간은 휘어있고, 그 곡률은 비유클리드 기하로 묘사될 수 있다. 비유클리드 기하는 유클리드의 다섯번째 공준으로부터 도출된 것이다. 이 다섯번째 공준을 증명하기 위해 수학자들은 지난 2천년 동안 노력해왔고 결국 증명할 수 없는 가정으로 판단내렸다. 비유클리드 기하는 이 가정에서부터 출발한다.

공간의 휘어짐과 이것이 빛에 미치는 효과는 상대성 이론의 검증에 다양한 가능성을 열어주었다. 예를 들어 일식 때 지구의 관점에서 태양 가까이에 있는 별의 위치는 태양의 위치가 다를 때 보이는 별의 위치와 다르게 보인다. 빛이 휜다는 것이다.

1919년의 개기일식때 영국의 아서 에딩턴이 이끄는 원정대에 의해 이러한 현상이 검증되어 아인슈타인의 상대성 이론이 옮음을 보여주었다. 아인슈타인은 자신의 이론속에 함의된 우주적 의미, 특히 우주가 팽창, 수축, 현상태유지중 어느 것일지를 고민했다. 아인슈타인은 스스로 우주상수가 자신의 가장 큰 실수라고 말했지만 현재의 과학자들은 현재의 우주상태를 표현하기 위해서는 우주상수가 꼭 필요하다고 말하고 있다.

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1. 폭발하는 별들
2. 젊은 아인슈타인
3. 프라하 시절
4. 유클리드의 수수께끼
5. 그로스만의 노트
6. 크리미아 원정대
7. 리만의 메트릭
8. 베를린 : 마당 방정식
9. 프린시페 섬
10. 열리는 판도라의 상자
11. 우주론적 고려
12. 우주의 진화
13. 물질의 본질
14. 우주의 생김새
15. 웃기는 에너지
16. 신의 방정식

옮기고 나서
참고 문헌
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