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제목 : 어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까?

저자 : 짐 알칼릴리

출판사 : 윌북

어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까? 짐 알칼릴리 저김성훈 역 윌북(willbook) | 2022년 05월

이 책은 물리학에 부치는 송시입니다

10대 시절, 저는 물리학과 처음 사랑에 빠졌습니다.... 후략

서문 시작에서

이 책의 원저는 'The world according to physics' 이다. 번역해보면 '물리학에 의한 세계' 정도가 적당할까? 하지만 서문을 읽는 순간 윌북에서 지은 저 제목이 얼마나 아름다운지 알 수 있다. 앞에 나온 저 문장을 시작으로 물리학을 사랑하는 저자의 마음이 고스란히 느껴진다. 물리학은 나에게 학문의 아름다움을 처음 알게 해주었던 학문이고 지금도 동경의 대상으로 남아있다. 나에게 물리학자는 궁극의 진리를 찾고 싶어하는 21세기 최고의 낭만가이며 책상 앞의 모험가이다. 물리학을 40년가량 연구, 교육하고도 저런 사랑이 남아있는 사람은 얼마나 물리학을 순수하게 동경하고 사랑하는 것일까?

저 제목을 보는 순간 저 책을 읽지 않을 수 없었다.

구성이 복잡하진 않다. 고전물리학은 설명하지 않고 현대물리학의 큰 갈래를 설명하는데 집중했다. 현대 물리학의 큰 세가지 축인 상대성이론, 양자역학, 열역학을 소개하고 모든 물리학자들의 꿈인 통일장이론의 현주소를 설명한다. 그 뒤론 아직 밝혀지지 않은 물리학의 미래에 대해 화두를 던지고 물리학자처럼 생각하는 법을 설명하며 끝난다.

언제라도 무지에서 오는 경외감보다는 이해에서 오는 경외감을 택하겠다

더글라스 애덤스

다른 학문도 마찬가지겠지만 과학은 더더욱 진리를 탐구하고 모르는 것을 찾는 것에 집중한다. 위의 더글라스 애덤스의 말은 모든 과학자들이 마음에 품고 있는 말일것이라 생각된다.

이 책에선 현대물리학에 대해 설명하나 내가 그 설명을 적는 것은 주제 넘는 행위이고 지식이 잘못 전달될 수 있기 때문에 적지 않겠다.

간단하게만 이야기하면, 20세기의 걸출한 천재 아인슈타인의 상대성이론은 모두 들어보았을 것이다. 그는 특수 상대성이론에서 시간과 공간을 한 개념으로 융합하여 설명하였다. 일반 상대성이론을 통해 중력에 대해 더욱 정확하게 설명한다. 물질과 에너지가 중력장을 만든다. 시공간은 이 중력장의 '구조적 특성'이며 물질과 에너지 없이 존재하지 않는다.

그렇다면 에너지는 무엇이고 물질은 무엇일까? 물리학적으로 에너지란 일을 할 수 있는 능력을 뜻하며 물질은 원자로 구성되었고 원자는 다시 전자와 원자핵으로 구성되어있다. 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어있는데 이는 다시 쪼개 쿼크로 구성할 수 있다. 에너지는 크게 4가지 힘인 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력으로 구성된다.

양자역학은 우리가 눈으로 볼 수 없는 미시세계의 기본 원리를 다룬다. 여러 복잡한 내용들이 있으니 그냥 넘어가겠다.

퀀텀의 세계 - 이순칠

제목 : 퀀텀의 세계 저자 : 이순칠 출판사 : 해나무 고등학교 때만 해도 나는 물리학과를 지망했었다. 중학...

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양자컴퓨터에 대해 설명한 책 리뷰인데 간단하게 기본 원리만 적어보았다.

마지막으로 열역하게 대해 설명한다.

다음은 이제 미지의 탐구의 영역이다. '시간, 공간, 4개의 기본 힘, 입자들... 이들은 각각의 이론으로 설명은 되지만 연관성은 다 입증되지 않았다. 물리학은 자연의 진리를 찾는 것인데 그렇다면 이들을 한데 섞은 진리가 있지 않을까?' 라는 생각을 바탕으로 기본적인 원리를 찾아보려는 시도가 통일장이론이다.

이미 양자역학의 관점에서 전자기장과의 연관, 강한 핵력과의 연관, 약한 핵력과의 연관 등을 입증하는 이론들은 많이 나와있다. 하지만 과연 중력과 이 나머지를 어떻게 연관시킬것인가?

크게 초끈이론과 고리양자중력이 있다. 자세한 내용은 설명할 순 없다.

그렇다면 물리학의 설명은 끝났을까? 아니다. 아직 해결할 것이 많이 남아있다. 우주에 존재하는 것으로 보이는 암흑물질과 암흑에너지의 정체는 무엇일까? 빅뱅이론이 옳다면 빅뱅 이전엔 무엇일까? 등등 물리학자들이 밝혀야 할 진리가 아직 많이 남아있다.

마지막으로 연관지어 더 읽을 과학 서적도 소개해준다.

너무 좋은 책이었다. 전체적으로 김상욱 교수의 '떨림과 울림' 처럼 물리학 교양도서이다.

떨림과 울림 - 김상욱

제목 : 떨림과 울림 저자 : 김상욱 출판사 : 동아시아 한 때 물리학도를 꿈꾸고 정말 진지하게 공부를 많이...

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전체적으로 읽어보았을 때 '떨림과 울림'보단 좀 더 깊은 내용을 설명하고 있었다. 만일 물리학을 좀 더 쉽게 접근하고 싶다면 김상욱 교수의 책을 먼저 읽을 것을 추천한다. 김상욱 교수는 좀 더 인문학적으로 다가가기 쉽게 쓴 부분도 있다.

그렇다고 이 책이 어렵다는 것은 아니다. 이 책도 충분히 쉽게 쓰여져있고, 저자가 쉽게 설명하기 위해 노력한 부분과 물리학에 대한 애정이 많이 드러나는 책이다.

또 오랜만에 읽는 물리학 교양 서적인데 너무 좋았다. 물리학을 좋아하는 사람에겐 꼭 추천하고 싶은 책이다.

저자는 이 책을 통해 물리학이 경이로운 이유, 물리학이 과학의 토대인 이유, 세상을 이해하는 데 물리학이 결정적으로 중요한 이유를 설명하고자 한다. 저자는 말한다. 도대체 어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까? 우리는 책을 통해 물리학을 사랑할 수 있게 될까? 이 책을 펼치기 전에 가장 기대했던 점은 물리학자들이 가진 시간과 공간에 대한 관점이 일상의 상식적인 관점과 얼마나 다른 지에 있었다. 내가 가진 보잘것없는 물리세계에 대한 이해를 완전히 재구성한다는 것은 애당초 불가능하고 우선 최대한 허물어보는 데 있었다. 내가 아는 시간과 공간에 대한 개념은 얼마나 허물어질 수 있을까?

물리학은 실증과학이자 정량적 과학으로 재현 가능한 관찰과 측정, 실험으로 개념을 검증하게 한다. 망원경과 현미경의 발명 덕에 17세기 들어서야 어엿한 학문으로 자리 잡았다. 일단 현미경과 망원경이 발명되어 아주 작은 것은 확대하고 아주 멀리 있는 것은 가까이 끌어당겨 볼 수 있게 되어 세상에 대한 이해가 극적으로 확대되었다. 갈릴레이는 자신이 개량한 망원경을 통해 태양중심설을 검증했고 천문학의 시대를 열었다. 오늘날 전자현미경은 수천만분의 1mm의 직격에 불과한 개별 원자도 볼 수 있고 거대한 망원경을 통해 465억 광년 떨어진 관측 가능한 우주의 가장 먼 자리도 볼 수 있게 되었다.

p.36

물리학 본연의 임무는 우리 눈에 보이는 자연현상을 올바르게 설명하고, 그 설명을 뒷받침할 근본원리과 매커니즘을 찾아내는 것이다.

책은 '척도 scale'의 개념에서부터 본격적으로 시작된다. 일반인이 물리학이 어렵고 낯설게 느껴지는 이유는 물리학이 설명하는 범위에 해당하는 두 가지 척도인 시간과 공간이라는 상상하기도 어려운 양극단을 오가기 때문이 아닐까 한다. 물리학 세계에서 '공간'이라는 척도에서는 상상할 수 없는 작은 양자 세계에서부터 전체 우주까지, '시간'의 척도에서는 눈 깜짝할 시간부터 영원까지 다룬다. 물리학이 설명하는 범위는 이렇게 광범위하다. 따라서 저자는 시간과 공간이라는 척도에 대해서 독자가 적응할 시간을 준 뒤 물리학 이해에 필요한 세 가지 개념-보편성, 대칭성, 환원주의-을 설명한다.

물리학의 범위를 이해하고 난 후에는 현대 물리학의 세 기둥인 상대성이론, 양자역학, 열역학을 살펴본다. 너무나 유명한 아인슈타인의 일반상대성이론은 절대적인 공간과 시간이 별개의 실체도 존재하는 것이 아님을 증명했다. 우리에게 친숙한 뉴턴의 운동법칙이 성립하는 조건에서 시간은 일정한 속도로 흐르는 절대적인 것이다. 하지만 아인슈타인은 시간이 공간과 깊은 수준에서 서로 연결되어 있음을 밝히면서 뉴턴의 세계를 허물었다. 특수상대성이론은 시간과 공간을 결합하여 평범한 인간의 직관에 어긋나는 상황을 해결했다.

물리학의 두 번째 기둥인 양자역학은 미시세계에 대한 이해를 혁명적으로 바꾸어놓았다. 우리에게 익숙한 뉴턴역학, 전자기학, 열역학 등 학교에서 배운 주로 물리학은 고전물리학으로 분류된다. 물리학자들이 관심을 원자와 분자의 세계로 돌리자 고전물리학으로는 설명할 수 없는 새로운 현상들이 발견된다. 이 책에서 설명하는 양자역학은 읽으면서도 어렵고 신기하고 읽고 나서는 먼가 마법의 세계로 걸어들어가는 느낌이다. 양자의 세계를 기술할 때 '이상한', '기이한', '직관에 어긋나는' 같은 표현이 많이 등장한다. 일상세계에 대한 세속적 이해와 양립할 수 없는 것이 양자세계이다. 신기하고 놀랍고 멘탈이 붕괴되는 양자역학은 물리학자들만의 영역이 아니라 우리가 일상적으로 사용하는 컴퓨터에도 깃들어 있다는 것은 이 책이 주는 재미 중 하나이다. 양자역학이 현대의 전자공학 탄생에 큰 기여를 했다.

현대 물리학의 세 기둥 중 마지막에 등장하는 열역학을 이해하기 위해서는 통계역학부터 알아야 한다. 통계역학이란 우리 주변에서 상호작용하는 수많은 물체들의 운동을 이해하도록 하는 물리학의 영역이다. 통계역학은 수많은 입자들이 한 계 안에서 어떻게 상호작용하고 운동하는가를 설명하는데 비해 열역학은 계의 열과 에너지가 시간의 흐름 속에서 어떻게 변화하는지 설명한다.

물리학의 세 기둥 다음에는 '통일'이라는 심오한 개념이 등장한다. 별개로 보이는 자연현상들을 하나의 통일된 설명이나 이론 아래 묶어주는 보편법칙을 발견하는 것을 말한다. 저자는 모든 것의 이론이 되고자 하는 절대반지 같은 이론을 찾기 위한 노력들을 설명한다.

저자는 물리적 우주에 대한 현재까지의 인간이 이해한 수준에 대해 설명한 뒤 기초물리학 분야의 미해결 과제들도 살펴본다. 한편 저자에 따르면 지금까지 우리가 발견한 것을 모두 합쳐도 겨우 우주의 5%를 구성하는데 그친다고 한다. 나머지 95%는 암흑물질과 암흑에너지가 차지하고 있다고 한다.

이 책은 일반인을 위해 최대한 물리학을 쉽게 설명하고 있기 때문에 읽으면서는 '아 그렇구나'와 '우와 신기하다'가 교차하면서 물리학의 세계에 조금은 가깝게 다가갈 수 있다. 그러나 서평을 위해 책을 다시 열어보지 않고 전체 내용을 간명하게 몇 줄로 핵심을 추려 말하기에는 여전히 물리학의 세계는 다른 분야 보다 생소하고 경이롭기에 책 내용 전체를 요약해서 정리하겠다는 욕심을 버리고 특히 재밌었거나 우리가 너무도 당연시하는 실생활에서 적용되는 아름다운 물리학 법칙이 적용된 사례를 하나 소개하고자 한다.

중력장이 강할수록 시간은 느리게 흐른다. 지구의 핵에 가까울수록 중력장이 강해진다. 따라서 지구의 핵에서 멀어질수록 시간이 빨리 가게 되는데 불과 1~2미터의 높이 차이로도 시간이 흐르는 속도는 달라진다. 아파트 35층에 사는 사람은 1층에 사는 사람보다 시간의 흐름을 빠르게 느끼게 되는 것이다. 그런데 그럼 얼마나 차이가 날까? 다행히도 걱정할 만큼 시간이 빨라가지는 않는다. 1억 년이 흐르면 1초 정도 시간이 어긋날 것으로 예측된다. 한편 척도에서도 언급했듯 여기에 적용된 시간 척도는 1억 년이라는 피부로 느낄 수 없는 억겁의 시간이 등장하기에 실생활에서 과연 어떻게 적용되는지 궁금해진다. 중력이 시간에 미치는 효과는 피부로 실감할 수 없어 무시해도 될 것 같다는 착각이 들지만 현대 무선통신에서는 다르다. 배달앱을 켤 때마다 내 위치를 확인하는 친숙한 GPS는 지구 궤도를 도는 몇몇 GPS 위성과 주고받은 신호를 토대로 작동된다. 이 전자기파가 위성과 거리를 주파하는 데는 1/100마이크로초 오차범위 안으로 알아내고 우리의 위치를 몇 미터 오차범위 안으로 짚어낸다. 위성에 탑재된 위성에는 원자시계란 것이 탑재되어 있는데 대단히 정교함에도 중력의 효과로 매일 10만 분의 4초씩 빨라진다(또 등장하는 너무나 짧은 시간의 척도). 짧아지는 시간이 10만 분 4초라 할지라도 중력장에 더 큰 영향을 받아 시간이 느리게 흐르는 지상의 시계에 맞추기 위해 시간을 일부로 늦추지 않으면 배달앱에서 우리 집 위치는 다른 동네에서 파악될 것이다.

한편 방금 말한 '시간'이 아인슈타인 일반상대성이론이 적용된 설명이라면 양자론의 영역에 넘어가면 그 설명이 완전히 달라진다. 물리학이 경이로운 것은 물리학 이론이 각각의 보편성을 가진다는 것이다.

이 책을 통해 아름답고 신기하고 경이롭고 혼동스러운 물리학의 세계를 여행하고 난 뒤 다시 시간이 직선으로 흐르는 것 같은 일상생활로 복귀했다. 신비로운 꿈을 꾼듯한 이 느낌을 현실 세계의 교훈으로 적용할 수 있는 말로 바꾸라고 만약 누군가 내게 강요한다면 물리학의 역사, 즉 과학의 역사에 대하여 말할 것 같다. 과학의 역사는 과거의 실수로 가득하다. 더 나은 이해와 실증적 증거는 낡은 가설과 이론을 교체한다. 과학의 세계에서 이론은 계속 교체되지만 현실 세계는 전혀 그렇지 않다. 공공의 영역에서 펼쳐지는 토론은 엄격한 증거와 재현성보다는 사적인 의견과 선입견, 편견으로 가득한 목소리 큰 사람들이 오히려 힘이 세 보인다. 물리학의 세계가 우리 사회에 가르쳐 주는 교훈은 '정직에 대한 집착'과 '의심의 중요성'이다. 과학의 진정한 가치는 확실성에서 나오는 것이 아니라 불확실성에 대한 개방성에서 나온다. 수 세기 동안 물리적 현상에 대한 더 근본적인 설명을 찾기 위한 노력은 지배적이었던 이론이 허물고 계속하여 더 적합한 이론을 만들어간 데에 있다. 이 책을 통해 물리학의 발전을 바라보며 얻은 많은 좋은 것 들 중 하나는 내 의식의 세계와 세상에 대한 이해를 끊임없이 계속하여 의심하고 언제든 새로운 것으로 바꾸겠다는 개방성의 재확인이 아닐까 한다.

'YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다'

세상을 이해하는데 물리학이 필요한 이유

- 《어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까 》(2022)

과학 대중화의 시대다. 인류는 지금까지의 역사에서 어느 때보다 과학의 힘을 등에 업고 물질적인 풍요를 누리고 있다. 어느 국가나 과학 기술은 중요하게 여겨지는 가치다. 특히 과학 교육은 국가의 중대사가 되었다. 한편으로는 영국의 과학자이자 과학저술가로 과학 대중화에 앞장서고 있는 짐 알칼릴리가 지적하듯이 ‘과학은 인간의 일’이기도 하다. 과학 활동은 결국 인간이 개입하는 일이다. 그렇다면 과학이라는 이름으로 우리가 기대하는 바와 다른 엉뚱한 방향으로 나아갈 수도 있다. 역사의 숱한 기록이 이를 뒷받침한다. 나아가 인간이 그릇된 의도로 과학을 활용하면 과학은 다시 인간을 공격할 수도 있다는 의미이기도 하다. 물론 이 정황은 과학에만 해당되는 이야기는 아니다. 그렇다면 과학이, 좀 더 구체적으로 물리학이 인간의 그릇된 의도를 견제하고 걸러낼 수 있는 물리학만의 특징은 무엇인가라는 질문을 던져볼 수 있다.

현재 영국의 대표적 과학저술가이자 과학자인 3인방을 꼽으라면, 존 그리빈(John Gribbin), 필립 볼(Philip Ball), 그리고 짐 알칼릴리(Jim Al-Khalili)를 떠올릴 수 있겠다. 그동안 알칼릴리가 참여한 물리학 영상 몇 편 본 적은 있었지만, 국내에 소개된 그의 저서 몇 권을 포함하여 읽은 적이 없었다. 이번에는 《어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까? 》를 읽으면서 다큐멘터리 영상에서 담담하게 설명하던 저자의 모습을 함께 떠올려 보았다. 이 책에서는 물리학 덕후가 보여주는 물리학에 대한 애정을 느낄 수 있다. 그는 ‘물리학은 이 세상, 온 우주를 이해하는 도구’라는 믿음을 강하게 지니고 있는 인물이다. 하긴 이런 신념 없이 그 어려운 공부를 해내고 40년 넘게 연구를 지속하며 사람들에게 그 애정을 전파할 수 있을까.

본격적인 물리학 지식을 열거하기 전에 저자는 자신의 원대한 포부를 명분삼아 선언한다. “세상을 이해하는데 물리학이 결정적으로 필요한 이유를 설명하고 싶습니다.”(12) 이것이 저자가 책을 쓴 목적이기도 하다. 저자의 결론을 먼저 말하자면, “물리학이야말로 실재의 진정한 이해로 가는 길”(287)이기 때문이다. 저자는 독자들에게 이 야기를 하고 싶었던 거다. 물리학 대중서로는 부담스럽지 않은 두께에 현재 이루어지는 물리학의 다양한 연구 주제를 포함시키느라 주제별로 깊이 들어가지는 않는다. 이 책의 가장 중요한 목적은 ‘이 세계를 이해하는 가장 강력한 도구가 물리학’이라는 신념을 설득력 있게 독자에게 전달하는 일이기 때문이다.

저자가 이 목적을 위해 제시하는 근거 중에서 가장 중요하다고 여겨지는 내용은 과학의 ‘검증가능성’을 이야기하는 대목이다. 물론 이 특징은 과학을 공부한 대부분의 독자들에게 결코 새로운 주장이 아니다. 하지만 이 검증가능성이야말로 과학을 다른 학문 분야와 구별 짓는 과학만의 가치를 대변한다. 이런 맥락에서 나는 알칼릴리가 “과학의 진정한 가치는 확실성에서 나오는 것이 아니라, 불확실성에 대한 개방성으로부터 나옵니다”(273)라고 한 말에 새삼 공감한다. 일반 독자로서 과학에 대해 갖는 막연한 믿음, ‘과학은 확실함에 있다’라는 주장에는 주의가 필요하다는 의미로도 다가온다. 내게는 과학이란 미지의 세계에 대한 불확실성을 인정하고 이를 이해하기 위해 검증하는 과정이라는 의미로 파악된다. 저자에 따르면 과학은 관찰에 대한 합리적인 설명을 제시해야 하기 때문이다. 또 이를 입증 가능해야 한다. 나아가 합리적인 설명에 입각하여 새로운 현상에 대한 예측도 가능해야 한다. 그리고 다시 이를 검증할 수 있어야 한다는 것이다. 이론에 따라 당장 검증이 불가능한 이론도 있을 수 있지만, 저자의 경우는 이 점에서 매우 확고한 신념을 갖고 있는 듯하다. 현재 인간의 힘으로 검증이 불가능하다고 하더라도, 간접적인 방법으로나마 검증을 추구하여 보다 깊은 이해에 다가가야 한다는 입장이기 때문이다.

이번 독서에서 또 다른 저자의 인상적인 견해는 “수학적 이론을 찾는 것만큼이나 올바른 이야기를 찾아내는 것이 중요하다”(144)는 언급이다. 그는 이론물리학자이면서도 수학적인 아름다움을 추구하는 것을 인정하지만, 무엇보다 도출된 결론으로부터 ‘물리적인 의미’를 파악하는 것이 중요하다고 여긴다. 왜냐하면 이 책 전체에서 저자는 물리학의 가장 중요한 목적이 “실재를 가장 심오하고 완벽하게 이해하는 것”(192)에 있기 때문이라고 보기 때문이다. 이런 맥락에서 저자는 아인슈타인과 같은 실재론의 전통을 잇고 있다. 그리고 이 실재론의 입장에서 양자역학의 의미를 탐구하고자 한다. 이때 저자가 언급하는 실재론이란, ‘인식의 대상이 주관과 독립적으로 존재한다고 믿는 견해’(137)를 말한다. 우리가 어떤 대상이나 현상을 인식하지 않고 있다고 하더라도 이 대상이나 현상을 ‘실재한다’고 인정하는 관점이다.

이 맥락에서는 ‘양자역학적 실재’에 대한 해석을 둘러싸고 아인슈타인과 물리학사상 격렬한 논쟁을 벌였던 닐스 보어와 베르너 하이젠베르크의 코펜하겐 해석과 대척점에 있다고 볼 수 있다. 아인슈타인의 입장과 마찬가지로 저자는 현상학적인 입장에 서있는 코펜하겐 해석과 거리를 두며, 우리가 대상을 측정하지 않아도 대상은 존재한다고 본다. 반면 코펜하겐 해석에서는 여러 상태가 중첩되어 있던 대상을 측정한 후에는 측정 전의 상태가 ‘붕괴’되어 버리고 사라진 다음, 하나의 결과로 도출된다는 입장이다. 내가 이해하는 바로 코펜하겐 해석은 측정 전과 후 사이에 무슨 일이 벌어지고 있는지에 대해 주목하지는 않는 듯하다. 반면 저자를 포함한 실재론자의 입장에서는 측정 전후에도 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지를 명확히 알 수 있어야 한다는 입장으로 정리된다. 이 부분은 이해하기 쉽지 않다. 중요한 것은 이 두 가지 견해가 모두 대상, 그리고 세계를 어떻게 이해할 것인가에 대한 다른 해석, 다른 입장이라는 말이다. 전통적으로 교과서에는 코펜하겐 해석이 우선적으로 소개가 되어있다. 반면 저자는 이 견해와 거리를 두고 비판적으로 바라보는 셈이다. 중요한 것은 교과서에 나온 지식이라도 우리가 과연 현상에 대해 제대로 이해하고 있는가의 문제의식이다.

이러한 활동은 역시 과학에 대한 저자의 강한 신념에서 나왔을 것이다. 합리적으로 제기된 개념을 ‘검증할 수 있어야 한다는 것’ 말이다. 아랍의 후예이기도 한 저자는 17세기 초 아랍 학자 이븐 알하이삼이 전개한 운동을 소개하는 대목이 나온다. 그는 알하이삼이 제창한 ‘알슈쿡(al-Shukuk)’을 제시한다. 이것은 ‘의심’이라는 의미를 갖는데, 알하이삼이 “과거의 지식에 의문을 제기해야 하며 증거 없이 하는 말을 그대로 받아들여서는 안 된다”(73)고 주장하며 전개했던 철학운동이었다. 이 견해는 물리학을 비롯한 현대의 모든 과학 분야가 성립할 수 있는 전제 조건이 들어있다. 바로 지식에 대한 ‘검증가능성’을 중요한 가치로 선언하고 있기 때문이다. 나아가 이 태도는 과학뿐만 아니라 현대의 모든 학문이 뿌리를 내리고 있는 가장 중요한 근거이자 토양이 아닐까한다.

앞에서 언급한 것처럼 저자는 물리학이야말로 실재에 대한 이해로 안내할 수 있는 길이라는 결론을 내린다. 물리학을 비롯한 과학으로부터 일반 독자가 받을 수 있는 혜택은 무엇보다 이븐 알하이삼의 태도와 같은 것이 아닐까 싶다. 바로 ‘합리적인 의심’을 갖는 태도 말이다. 이는 당연하게 여겨지던 과거의 지식을 시험대에 올려놓아보려는 자세다. 그런 의미에서 나는 ‘전체가 부분의 합’이라고 보는 환원주의자의 면모를 강하게 보이는 저자가 비판한 필립 앤더슨의 견해도 궁금해진다. 저자에 따르면 노벨상 수장자인 이론 물리학자 필립 앤더슨은 극단적인 환원주의에 반대하는 논문을 썼다. 짐 알칼릴리는 필립 앤더슨의 논리가 약하다고 비판하는데, 환원주의적인 면모에 가반을 두고 있는 물리학자가 극단적인 환원주의를 경계하는 시도 자체가 신선했기 때문이다. 물질세계를 이해하려는 두 물리학자가 환원주의에 대한 다른 견해를 가지고 각자의 주장을 주고받는 일 자체가 내게는 인상적이고 유의미하다고 본다. 이런 전통이 우리 사회에서는 얼마나 뿌리내리고 있는지 점검해볼 수 있지 않을까 싶다.

짐 알칼릴리는 물리학의 가능성에 대해 강한 신뢰를 갖고 있지만, 한편으로 이 도구의 한계 역시 분명히 인식한다. 그는 “물리학 지식은 아직 설명되지 않은 거대한 바다에 둘러싸인 섬과 같다”(288)라고 말한다. 그런 의미에서 저자가 평생 몸담아온 물리학은 ‘세계를 이해하며 얻는 경외감’으로 보답하는 지적 과정이기도 할 것이다. 이 책에서 그는 흔한 비교나 비유의 표현을 사용하지 않고 대체로 단도직입적인 스타일로 설명한다. 하지만 그가 물리 현상에 대해 의인화된 비유를 사용한 대목이 재미있다. 일반상대성이론을 소개하는 장에서 그는 중력이 강한 곳의 시간이 느리게 흐른다는 사실을 독자에게 소개하고자 다음과 같은 비유를 들었다. “물체가 땅으로 떨어지는 이유는 시간의 흐름이 가장 느린 곳으로 움직이기 때문이라고 할 수 있습니다. 더 천천히 늙으려고 하는 것이죠.”(89) 그러면서 그는 ‘정말 아름다운 설명 아닌가요?’라며 스스로 만족해한다. 이 문장을 쓰고는 좋아라하는 물리학자라니. 정말 재미있지 않은가. 독자는 이 책에서 저자가 소개하는 여러 첨단 연구 분야에 대한 이해를 다 하지 못하더라도, 저자의 물리학에 대한 신념과 사랑을 느끼기에 모자람이 없다. 무엇보다 과학이 오랜 역사를 통해 ‘검증’을 거쳐 만들어져왔고 여전히 현재진행형인 분야라는 점 하나를 배워간다면 충분하지 않을까.

'YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.'

현재 내가 알고 있는 모든 것들은 누군가의 부단한 노력의 결과다. 학창 시절 원리도 모른 채 무조건 외우기만 했던 수학공식이나 원자번호와 유명한 과학자의 이름을 딴 법칙도 그러하다. 이해보다는 숙지가 먼저였다. 어떤 자연현상에 대해서도 ‘왜’라는 생각과 질문은 하지 않았다. 지구가 태양을 중심으로 돈다는 것, 우리가 보고 있는 밤하늘의 별빛이 헤아릴 수 없는 수 없을 정도로 머나먼 과거의 빛이라는 걸 익히는 데 급급했다. 그 하나하나 원리를 이해하고 그것이 우리가 살아가는 세상을 움직이는 동력이라는 건 알지 못했다. 그런 이유로 ‘이 세상을 이해하는 가장 정확한 관점’이란 부제의 물리학자이자 과학 커뮤니케이터 짐 알칼릴리의 『어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까?』는 무척 남다르게 다가온다.

하나의 과학 이론이 등장할 때 무수한 가설이 등장한다. 하나의 가설은 증명되기까지 실험적 관찰과 검증을 거친다. 이제껏 등장하지 않았던 가설이 여러 사람의 찬반과 연구를 거쳐 실제로 증명되었을 때 세상은 환호한다. 그러나 일반인에게 그것은 무슨 의미가 있을까. 놀랍고 대단한 일이지만 그저 과학자의 일로 치부할 수 있다. 하지만 조심스럽게 말해보자면 짐 알칼릴리의 이 책을 읽고 물리학으로 통해 이 세상이 조금 더 신비롭고 조화롭게 균형을 이루고 있다는 걸 느낄 수 있다. 과학이라는 게 특히 물리학이라는 건 나와는 전혀 상관없다고 여기는 이들에게도 그러할 것이다.

책은 10장으로 나누어 물리학에 대해 설명한다. 물리학을 대하는 태도로 시작하여 물리학에게 가장 중요한 시간과 공간의 구분과 정의, 아인슈타인의 특수상대성이론, 우리가 암기한 에너지 법칙, 양자역학과 열역학, 암흑에너지, 급팽창과 다중우주, 양자컴퓨터와 물리학자로 잊지 말아야 할 본분까지 십 대부터 시작된 물리학의 열정을 온전히 다 소모하려는 듯 열심히 설명한다. 얼핏 봐도 머리가 아프거나 어려울 것 같은 물리학의 세계, 그러나 사실 그렇지도 않다는 걸 알게 된다. 깊이 있게 심층적으로 다루는 건 아니다. 그가 전하고자 하는 건 ‘이 세상을 이해하는 가장 정확한 관점’이니까. 현재 물리학이 이렇게 성장하고 발전하고 있다는 게 중요하며 완벽하게 이해하는 게 최선이기 때문이다.

물리학의 본연의 임무는 우리 눈에 보이는 자연현상을 올바르게 설명하고, 그 설명을 뒷받침할 근거와 메커니즘을 찾아내는 것이죠. (36쪽)

물리학의 가장 중요한 목적은 실재를 가장 심오하고 완벽하게 이해하는 것이죠. (192쪽)

세상을 이루는 물질의 가장 기본단위가 원자로 원자핵, 중성자, 양성자까지 알고 있던 나의 지식은 ‘쿼크’로 확대되었고 우주에 대해서도 조금 더 관심을 갖게 되었다. 현재 우리가 알고 있는 ‘힉스장’과 ‘우주 배경복사’를 통해 우주에 대해 훨씬 더 많은 것을 알아내고 접근하였으며 ‘블랙홀’의 촬영도 가능하다는 사실도 확인하게 되었다. 현재 우주론에서 유행하는 ‘영원한 급팽창’이라는 흥미로운 개념도 알게 되었다. 우리 우주가 다중우주라는 무한한 고차원 공간 속에 있는 작은 거품에 불과하는 것, 우주 어딘가에 외계인이 존재할 거라는 기대도 비슷한 생각에서 시작된 게 아닐까 싶다. 가까운 미래에 등장할 ‘양자 컴퓨터’는 지금까지와는 다르게 수학, 화학, 의학, 인공지능 다양한 분야에서 문제를 해결하는 역할을 할 것이다. 우리 삶을 얼마나 달라지게 만들까.

그럼에도 여전히 어려운 건 사실이다. 과학 서적의 아쉬운 점은 바로 이런 점이다. 내가 읽고 느낀 것을 구체적으로 설명할 수 없다는 것, 한계에 부딪히는 일이다. 우리가 알고 있는 공식과 법칙이 어떻게 발견되고 시작되었는지 누가 그것을 끊임없이 연구하고 우리의 삶 어떻게 적용되고 있는지 그 설명이 어렵기 때문이다. 물론 그 부분에 대해서 이 책은 기존의 도서보다 친절하고 쉽지만 말이다. 일상에서 다뤄지는 일에 대해 예를 들어 설명하는 저자의 노력을 곳곳에서 발견할 수 있다. 저자가 영국 BBC TV와 라디오에서 다수의 과학 프로그램을 진행하는 이유도 다르지 않을 것이다.

과학의 진정한 가치는 확실성에서 나오는 게 아니라, 불확실성에 대한 개방성으로부터 나옵니다. 과학은 현재의 지식에 의문을 품고, 더 나은 것이 등장하면 언제든 더 깊은 지식으로 대체할 준비가 되어 있죠. (273~274쪽)

우리가 사는 이 세상과 우주에 대한 모든 ‘왜’와 ‘어떻게’를 알고자 한다면, 물리학이야말로 실재의 진정한 이해로 가는 길입니다. (287쪽)

짐 알칼릴리의 『어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까?』는 물리학에 대한 경계를 무너뜨리는 책이라고 말하고 싶다. 이전에 물리학에 대해 무관심이었던 이들에게 물리학이 무엇인가, 우리의 물리학은 어디쯤 와 있을까 한 번쯤 생각하게 만든다. 우리를 구성하는 물질에 대해서도 궁금증을 불러온다. 나가아 누군가에게는 물리학과 친해질 수 있는 계기를 마련해 줄 것이다. 물리학이라는 아름다운 세계를 보여준 좋은 책이라는 말을 꼭 전하고 싶다.

물리학은 우리에게 세상의 근본을 이해하는 열쇠를 제공한다. 짐 알칼릴리의 "어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까"는 물리학의 매력을 대중에게 쉽게 전달한다. 짐 알칼릴리는 물리학자이자 과학 커뮤니케이터로, 복잡한 물리학 개념을 누구나 이해할 수 있도록 설명하는데 탁월한 능력을 가지고 있다.

이 책은 물리학의 세 가지 주요 기둥인 양자역학, 상대성이론, 열역학을 중심으로 이야기를 풀어나간다. 알칼릴리는 수식이나 전문 용어 없이도 물리학의 아름다움과 그 중요성을 독자에게 전달한다. 그는 물리학이 어떻게 세상의 근본 원리를 규명하는지, 그리고 최신 물리학이 도달한 성취가 어디에 와 있는지를 설명한다.

책의 첫 부분에서는 물리학의 기본 개념과 역사적 배경을 다루며, 독자들이 물리학에 대한 기초 지식을 쌓을 수 있도록 돕는다. 이어서 양자역학, 상대성이론, 열역학의 주요 개념과 이론을 설명하며, 이를 통해 물리학이 어떻게 우리의 일상과 연결되는지를 보여준다. 특히, 알칼릴리는 물리학이 단순히 학문적 연구에 그치지 않고, 우리의 삶과 밀접하게 연관되어 있음을 강조한다.

이 책의 가장 큰 매력은 알칼릴리의 다정한 설명 방식이다. 마치 과학자 삼촌이 아무것도 모르는 조카에게 들려주듯, 친근하고 이해하기 쉬운 언어로 물리학의 세계를 풀어낸다. 그의 설명을 듣다 보면, 물리학이 더 이상 어려운 학문이 아니라, 우리 주변의 모든 것을 설명해주는 흥미로운 도구로 느껴진다. 물리학을 처음 접하는 사람부터, 이미 물리학에 관심이 있는 사람까지 모두에게 추천할 만한 책이다.