크레마클럽

“온도가 상승하면 가열된 모든 물체는 재료와 상관없이 특정 색상으로 이글거리는 장면에서 보이는 전형적인 색상 변화는 언제나 똑같다”

실험 물리학자들은 궁극적으로 온도와 색상 스펙트럼의 연관성을 바르게 설명하는 공식 이른바 ‘흑체 문제’ 해결하고자 노력한다. 그런 와중 흑체가 원자로 이루어졌다는 가설을 내세운 막스 플랑크의 이야기를 시작으로 “양자 물리학”의 시대와 함께 이책 ‘불확실성의 시대’ 의 대막이 열린다.

이책은 1900년부터 1945년까지 20세기 초반에 걸쳐 이루어진 물리학의 대격변 시대 모습을 한편의 드라마를 보듯 닐스보어나 마리퀴리, 알베르트 아인슈타인을 비롯한 여러 과학자들의 사생활 모습까지 담고있어 다소 딱딱하고 어려울것만 같았던 과학도서가 흥미롭게 읽혔다.

“방사선의 즉흥성은 수수께끼이자 깊은 경탄의 대상이다.”

0.1g쯤 되는 순수 라듐을 손에 쥐기 위해 마리가 한 실험의 과정을 눈에 보이듯 자세히 표현한 부분이 참 인상적이기도 했다. 또한 마리의 딸 이렌이나 뱃속 태아에 얽힌 이야기, 그리고 라듐의 실험으로 인한 질환들, 피에르 퀴리의 비극적 죽음에 이르기까지의 상황을 목격할수 있어 놀랍기도 하고 가슴아프기도 했다.

“그들이 입은 옷과 그들이 쓰는 종이에 방사능이 스며들었다. 그것은 100년이 지난 지금도 가이거 계수기를 똑딱거리게 만든다.”

학창시절 과학시간에 아무 의미없이 그저 시험성적을 위해 암기한 원자주기율표, 이 표 하나를 완성시키기 까지 여러 과학자들의 얼마나 많은 시간과 노력이 스며있을지 다시금 깨닫는 시간이 되었다. 물론 이뿐 아니라 지금 우리가 살아가고 있는 이 세상의 모든것들 속에 그들의 희생이 녹아있는것이라 생각된다.

책을 접하기전 이사진속 인물들은 그저 똑똑하고 유능한 과학자들이었다. 이책을 접한후 다시본 이 사진은 마치 과거 졸업사진속 친구를 하나하나 가리키며 그에 얽힌 에피소드를 하나하나 풀어낼수 있듯이 친숙하고 반가운 얼굴들이 불쑥불쑥 튀어나오는 기분을 느낄수 있었다. 이런 상황에 딱맞는 말이 떠오른다.

“아는만큼 보인다.”

학교에 다니면서 수업시간에 듣고 배운 수많은 과학자들과 그들의 이론들을 이책을 통해 다시 마주했다.

천재와 같은 명석한 두뇌와 포기하지 않는 도전정신, 주위 현상을 예사로 보지 않는 관찰력과 호기심, 가설을 증명하기 위해 끊임없는 노력과 실험정신이 있기에 그들은 백년이 지난 지금까지 기억되고 있는것이 아닐까 생각해본다.

“원자핵에서 나오는 이 에너지가 할 수 있는 것은 파괴이다. 그리고 이 파괴는 모든 물리학자가 상상할 수 있었던 것보다 더 빨리 일어날 것이다. 그것이 물리학의 빛나는 시대를 어둡게 할 것이다.”

막스 플랑크의 원자물리학의 발견을 시작으로 수많은 실험과 발견을 거쳐 원자핵 분열로 인한 원자폭탄 개발에 이르기까지 과연 그들의 광적인 지적 호기심의 해소가 이토록 인류 역사의 흐름을 바꿀정도로 위험천만한 결과를 불러 일으킬수 있음을 감히 예상이나 할수 있었을까 조심스레 추측해본다.

이책의 가장 좋았던점은 과학서적인데 드라마같이 시간의 흐름에 따라 등장하는 주요 인물과 사건들을 짧고 간략하게 서술하는 형식으로 독자들로 하여금 지루하지 않고 흥미진진하고 이야기의 빠른 전개방식으로 받아들이는데 지루하지 않도록 큰 역할을 기여했다.

또한 지금까지 완벽하게만 보였던 수많은 천재과학자들의 사생활과 깊은 면모를 아주 제대로 마주할수 있어 역시나 그들또한 우리와 같은 인간이구나 싶어 친근감이 생겼다.

몇가지 짚어보자면 꽃가루 알레르기의 소유자인 하이젠베르크, 불륜과 외도의 달인 인 특허청직원 아인슈타인, 침묵하는 성향의 소유자 폴 디랙, 늦바람시기에 일생에서 가장 큰 성과를 이룬 슈뢰딩거, 신을 믿지 않는 보어, 2년 사이 셋의 아이를 낳은 막스플랑크, 연인을 언니에게 빼앗긴 마리까지 비록 그들의 인생에서 아주 작은 단면일 뿐일수도 있겠지만 이런 사사로운 모습을 발견할수 있는 묘미를 지니고 있는 책이라고 말할수 있겠다.

 

 

찬란하고 어두웠던 물리학의 시대 1900~1945

 

흐름출판에서 발간한 지은이 토비아스 휘터, 옮긴이 배명자의 ＜불확실성의 시대＞는 양자역학이 탄생하기까지 과학자들의 충돌과 화합을 보여준다. 20세기 초는 고전물리학과 양자역학이 치열하게 논쟁을 벌였던 시기이다. 현대물리학의 황금기라 불리던 시기에 활약한 막스 플랑크, 아인슈타인, 퀴리, 보어, 하이젠베르크, 드브로이, 슈뢰딩거, 파올리…의 이론이 탄생하기까지 숨막히는 여정을 확인할 수 있다.

 

저자는 과학자들의 학계에 주목을 받았던 순간부터 이들이 이론을 발전시킨 과정을 그들이 남긴 일화와 메모, 논문, 일기, 편지를 바탕으로 생생하게 재현한다. 어렵게 여겨지는 양자역학이 확립되기까지 자신의 신념에 따라 과학계 내에서 파벌이 나눠지고 자신이 존경한 이들과 토론을 벌이는 과정은 흥미롭다.

 

양자역학은 20세기 초에 탄생한 물리 이론으로, 물리학자들이 전통적인 물리학의 한계를 극복하려는 시도에서 개발되었다.

 

양자역학의 시작은 1900년에 독일 물리학자 막스 플랑크가 블랙바디 복사의 스펙트럼 문제를 연구하면서 시작되었다. 플랑크는 이 문제를 해결하기 위해 에너지가 일정한 미소 단위인 "양자(quanta)"라는 개념을 도입했으며 이는 에너지가 연속적으로 변하는 것이 아니라, 양자 단위로 불연속적으로 변화한다는 것을 의미했다.

 

아인슈타인은 1905년에 상대성이론을 발표하면서 빛의 파동성과 입자성에 대한 이론적 해결책을 제시했다. 그러나 이후 양자역학이 발전하면서 빛의 입자성이 부각되어 이에 대한 논쟁이 일었다.

 

아인슈타인은 이러한 입자성 해석에 대해서는 비판적이었다. 그는 "빛은 파동으로서만 존재한다"라는 주장을 내세웠으며, 이는 그의 유명한 실험적 증명인 광전자 효과를 통해 검증되었다. 그러나 그는 또한 양자역학이 제시하는 불확정성 원리와 상호작용의 양자적 특성 등에 대해서는 일부 인정했다.

 

이 책은 사실상 아인슈타인과 보어 진영의 빛에 관한 성질을 두고 다투는 과정이 압권이다. 보어는 양자역학의 선구자 중 한 명으로, 불확정성 원리를 제안하고 양자역학의 기초를 다지는데 큰 역할을 했다. 당시 보어를 따르는 과학자들은 많았으며 그이 강연을 듣기 위해 많은 이들이 모여들었다.

 

슈뢰딩거, 하이젠베르크는 대표적으로 양자역학을 발전시킨 인물이다. 아인슈타인과 보어 진영 간 대립이 절정을 이룬 사건은 솔베이회의이다.

 

솔베이회의에 참석한 사진은 현대물리학을 상징한다. 1911년 시작한 솔베이회의는 29명 참가자 가운데 17명이 노벨상 수상자를 기록할 정도로 저명한 회의가 되었다.

1927년 10월 24일, 독일의 솔베이에서 열린 이 회의에서 양자역학의 기초가 다져졌다. 이 회의에서 양자역학을 수학적인 형식으로 제시했으며, 이는 현대물리학의 기초가 되는 중요한 이론이 되었다.

 

솔베이회의에서는 빛의 입자성과 파동성에 대한 문제와 물질의 양자적 특성에 대한 문제 등이 논의되었고 이를 바탕으로 본격적인 양자역학의 이론적 발전이 이루어졌다.

 

양자역학과 핵물리학의 결과는 잔혹했다. 우리에게는 식민통치의 종지부를 찍는 계기가 되었지만, 이들이 확립한 물리학은 히로시마 핵폭탄의 토대가 되었다.

 

＜불확실성의 시대＞는 일반 대중을 위해 과학사를 둘러싼 이야기를 흥미진진하게 풀어가고 있어 과학에 관심을 가진 비전공자라면 누구나 쉽게 접근할 수 있다.

 

- 이 글은 출판사에서 도서를 지원받아 주관적으로 작성하였습니다.

 

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책제목: 불확실성의 시대 / 찬란하고 어두웠던 물리학의 시대 1900~1945
저자: 토비아스 휘터 지음, 배명자 옮김
출판사: 흐름출판
총 479쪽

* 세계대전 속에서, 특히, 독일을 중심으로 유럽 세계에 전쟁통에서, 이념과 각자의 인간적 삶 속에서, 그럼에도 불구하고 세상을 이해하려는 마치 전쟁과 같은 휘몰아치는 물리를 하고 있던 사람들을 보고, 또 물리를 보게되었다.
나와 동떨어진 저 세상의 자연을 규명하는 학문이 아니라, 나와 같은 인간들의 학문이라는 생각에, 혁명과 같은 입자 물리가 내 안에서 살아 숨쉬게 되었다. 내가 그동안 보아왔던 물리라는 학문이 다시 보이고, 다시 한 번 그 인간적인 물리를, 양자, 상대론, (핵)입자물리, 양자 장론 등을 깊이 공부하고 싶은 마음이 든다.
내가 익히 봐 왔지만, 그저 이름만 있던 그 물리학자들이 이제 한 시대를 살았던 살아있는 인물이 되었다.

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책을 다 읽고 난 뒤…….
혼돈의 물리와 혼돈의 시대를 같이 살아낸 것 같은 느낌이 든다. 하나의 지식이 진리로 받아들여지기까지의 과정이 그 진리를 만들어내는 사람들의 인격과 생활속에서 그려지니 객관적인 지식이 주관적인 감정을 갖게 되었다.
한 단원 한 단원 역사의 소용돌이 속에서 지식의 흐름이 꽤나 명확하게 그려졌음에도 다 읽고 나니 그 지식들이 감정만 남고 다 기억하지는 못하겠다. 그도 그럴것이 책이 480여쪽의 양으로 읽는데 꽤 오래 걸렸다.
1900년 베를린 배경을 시작으로 1945년 영국까지 시간 여행을 한다.

제목을 보면 “불확실성의 시대” 라고 써있는데, 일단 제목에서 “불확정성의 원리” 를
만들어낸 하이젠베르크가 떠올랐고, 왜 하필이면 하이젠베르크가 떠오르는 제목을 선택했을까하는 의문이 들었다. 양자역학에서 가장 앞부분에서 나오는 이론이기도 하지만, 양자의 늪에 빠져서 뭔가를 한창 배우고 있을 때는 슈뢰딩거 방정식이 사실 양자역학의 가장 기본적인 것으로 떠오른다. 아무튼 그런 의구심과 호기심으로 책을 읽기
시작했다.

책을 읽어보면 우리조차도 고전역학에 익숙해 양자역학을 받아들이기 어려웠던 것처럼, 처음 물리학자들이 이 양자역학이 눈에 분명히 보이는 현상임에도 얼마나 받아들이기 어려웠을지 상상이 간다. 상대성이론으로 기존의 사고 방식을 상당히 깬 아인슈타인 조차도 받아들이기 어려웠던 것은 어쩌면 당연한 일이다. 보어와 양자역학에서 불확정성원리로 갑론을박 할 때에도 자신이 찾아낸 상대성이론으로 반박을 당했음에도 말이다.

이야기의 흐름을 이어가는 사람은 하이젠베르크인듯 하다. 그렇지만 다른 인물들, 특히 아인슈타인, 보어 등의 인물들, 그리고, 퀴리부인 등의 여성과학자들, 디락, 파울리, 플랑크, 슈뢰딩거 등의 다른 과학자들의 삶도 인상적이었다. 많은 독일 과학자들의
삶이 이 세계 대전으로 인해 얼마나 혼돈 속을 걷게 되었는지도 새롭게 알게 되고, 씁쓸하고도 안타까운 선택들을 보며 시대 속에서 과학자들의 삶은 과연 어떠해야 할까 자연스럽게 생각하지 않을 수 없었다. 그야말로 불확정한 물리와 불확정한 시대를 통으로 느끼게 되었다.


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이 책을 읽고 어떻게 정리해야 할지, 알게된 사실도 내용도 너무 많은데.. 선뜻 정리할 수 없었다. 새로운 학문 양자역학의 발생과 발전과 완성, 혼돈의 세상 속에서 혼돈의 삶을 살아낸 많은 물리 및 화학자들, 그리고 그럼에도 불구하고 기존의 틀을 깨는 불완전한 학문을 완전하게 만들어나간 불완전한 학자들.. 다들 우리와 같은 사람이었고, 그럼에도 이렇게 지적결정체를 만들어냈다. 정말 놀라운 일이다. 그리고 그것을 볼 수 있는 이 시대에 내가 살고 있다는 것도 어찌나 감사한지 모르겠다. 감사와 슬픔과 놀라움과 기쁨을 모두 느낄 수 있는 책이다.


***이 책은 미자모 카페로부터 지원받아 감사하게 읽은 책입니다. 그리고 이 글은 책을 읽고 솔직하게 저의 주관적인 생각을 함께 적은 글입니다.

특정한 누군가의 일대가 아닌 그 시대의 과학자들을 만날 수 있는 책이다. 그러나 이제 과학을 배우면서 알게된 과학자들이 나오면 반갑게 읽을 수 있지만 모르는 과학자가 나오면 동태눈이 되는 매직. 내가 아는 누군가들이 만나면 이사람들이 같은 시대 사람들이었구나 싶어서 새롭더라고요. 확실히 과학책에서 이론만 배울때보다 재밌어요. 모르는 과학자도 있어서 ㅅ새로운 맛도 있고요.

퀴리의 방사능 연구, 아인슈타인의 상대성 이론, 플랑크의 에너지 양자화, 보어의 새로운 원자 모델, 이어서 하이젠베르크와 슈뢰딩거 등 1900~1945 시대의 많은 과학자들을 다루고 있는 책이다. 처음 책을 받았을 때는 500쪽 짜리 양장이라 당황스러웠지만, 과학 이론에 대한 내용보다는 전쟁을 비롯한 시대적 배경과 연구 비하인드, 사적인 만남 등이 기록되어 있어 읽기 쉬웠다.

지금은 당연한 원자구조가 그때는 획기적이고, 과학계의 이단으로 여겨지는 수준이었을 정도이니, 지푸라기라도 잡는 심정으로 가설과 씨름하는 과학자들의 모습이 인상적이다. 서로의 논문과 편지를 훑으며 의견을 공유하고 토론하는 과정도 괜히 멋있고 뭉클했으며, 중간중간 나오는 흑백사진이 책의 분위기와 찰떡이다.

예전에 ‘what a Ph.D is’라는 글(https://matt.might.net/articles/phd-school-in-pictures/) 을 봤던 게 생각났다. 이렇게 한 분야를 파고들어 인류의 지식 원을 조금씩 넓혀 나간 과학자들이 대단하다다고 느껴지는 책이었다. 과학 위인전을 한 권 읽은듯하다. 물론 물리를 잘 모르는 나한테는 이해가 안 되는 부분도 있긴 했다 ㅋㅋ슈뢰딩거의 방정식이 우아했다고..? 방정식과 우아가 같이 쓰일 수 있는 단어인가..? 그래도 끊임없이 질문하고 연구하고 토론하고 증명하며 한 분야를 끝없이 파고드는 모습이 멋있기도 했고 궁금하기도 했다.


*출판사로부터 도서를 제공받아 주관적으로 작성하였습니나.