상대성 이론부터 양자 역학을 거쳐, 20세기 물리학의 정점인 입자 물리학의 표준 모형을 핵심 아이디어와 논리 전개 방식으로 소개하고, ‘입자 물리학의 표준 모형’을 넘어서는 이론들인 초대칭성 이론, 초중력 이론, 끈 이론과 초끈 이론의 근본 원리를 들려준다. 각 이론의 핵심 원리들이 어떻게 여분 차원 이론에서 한데 어우러져 기존의 이론 물리학적 난제를 해결할 수 있는 이론의 구성 요소가 되는지 보여 준다.
랜들은 우리가 살고 있는 4차원 세계가 일종의 막처럼 생긴 물체에 매달려 있는 물방울이나 수챗구멍과 비슷하고, 이 안에 우리가 알고 있는 모든 입자들과 전자기력과 약력과 강력은 포함되어 있지만 중력은 우리 4차원 세계가 아니라 4차원 막을 둘러싸고 있는 5차원 세계에 속한 힘이라 4차원 세계에는 아주 약한 영향만을 끼칠 수 있다는 이론적 모형을 발표했다. 그리고 중력을 전달하는 힘이 5차원 물체임을 입증할 수 있는 실험 방법까지 제시했다.
현대 물리학의 최첨단 이론 속에서 세계를 구성하는 근본적인 물체는 더 이상 원자가 아니다. 심지어는 입자조차도 아니다. 정체를 알 수 없는 1차원 물체 끈이거나, 2차원 물체인 막이다. 그리고 세계를 이루고 있는 차원의 수는 우리 눈에 보이는 4개의 차원(공간 차원 3 + 시간 차원 1)이 아니라 5개 혹은 10개 또는 11개일지도 모른다.
아무것도 없는 진공에서 입자쌍이 갑자기 나타나 정체불명의 상호 작용을 하고 갑자기 사라지는 일이 시시때때로 벌어지고, 5차원의 물체가 4차원 세계에 그림자를 드리워 4차원에서 일어나는 일들에 영향을 미친다. 수많은 나라에서 엄청난 돈을 들여 거대한 가속기를 건설해 이 물리학적 아이디어들이 얼마나 가망성이 있는지 검사하고 있다.
이것은 과학의 실용성과 관련된 문제가 아니다. 우리가 세계를, 우주를 어떻게 이해하고 있는지와 직결되는 문제이고, 이 문제가 어떻게 풀리느냐에 따라 우리의 세계관 전체가 뒤바뀔 수 있는 중요한 문제들인 것이다. 이것은 20세기 초반 아인슈타인 상대성 이론과 보어 등의 양자 역학이 그러했던 것처럼 인류의 세계관을 뒤엎을 것이다.
목차
책을 시작하며
1부 차원이란 무엇인가 서문 1장 들어가는 경로 : 차원의 신비 풀기 2장 제한된 경로 : 말려 있는 여분 차원 3장 폐쇄적 경로 : 막, 막 세계, 벌크 4장 이론 물리학에 다가서기
2부 20세기 물리학 혁명 5장 상대성 이론 : 아인슈타인 중력 이론의 진화 6장 양자 역학 : 불확정성 원리
3부 기본 입자들의 물리학 7장 입자 물리학의 표준 모형 : 물질의 가장 기본적인 구조 8장 간주 : 실험 9장 대칭성 : 근본적인 조직화 원리 10장 기본 입자의 질량 : 자발적 대칭성 깨짐과 힉스 메커니즘 11장 규모 조정과 대통일 : 서로 다른 길이와 에너지에서의 상호 작용 연결 12장 계층성 문제 : 단 하나의 효과적인 통화 침투 이론 13장 초대칭성 : 표준 모형을 넘어서는 도약
4부 끈 이론과 막 14장 알레그로 : 끈을 위한 경로 15장 조연에서 주연으로 가는 경로 : 막의 발전 16장 떠들썩한 경로 : 막 세계
5부 여분 차원의 물리학 17장 흩어진 경로 : 다중 우주와 격리 18장 비밀이 누설되는 경로 : 여분 차원의 지문 19장 거대한 경로 : 커다란 여분 차원 20장 비틀린 경로 : 계층성 문제에 대한 해답 21장 앨리스에 붙이는 비틀린 주석 22장 심원한 경로 : 무한한 여분 차원 23장 반사적이고 팽창적인 경로
6부 차원 여행을 마치며 24장 여분 차원 : 당신은 안에 있는가, 밖에 있는가 25장 결론 : 그러나 여행은 끝나지 않았다
리사 랜들 인터뷰 : 과학은 세계를 흥미진진한 곳으로 만들 것이다 용어 해설 / 수학 노트 / 옮긴이 후기 1 / 옮긴이 후기 2 / 인용 출처 / 찾아보기