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  어려운 이야기는 안 하련다. '양자역학'의 세계는 아직 다 밝혀지지 않은 영역이기 때문에 무언가를 '아는 척'하는 것이 더 어렵기 때문이다. 그저 '뉴턴의 고전물리학'을 넘어 '아인슈타인의 상대성원리'를 지나 리차드 파인만과 스티븐 호킹이 뭔가 조금 더 밝혀낸 '양자물리학'의 세계를 아는 만큼만 이야기하려 한다. 혹시라도 미흡한 점이 있다면 '내 탓'이 절대 아님을 밝히는 바다. 그건 '양자물리학'이 그만큼 애매하고 모호하기 때문이라는 사실을 명심해주길 바란다. 그럼 시작한다.

 

  먼저 '양자(퀀텀)'가 무엇인지 알아야 한다. 어려운 이야기는 하지 않겠다고 앞서도 이야기했기 때문에 간단히 말하자면, '눈에 보이지 않을 만큼 작은 원자'를 가리키는 말이다. 익히 알고 있듯이 '원자'는 전자, 양성자, 중성자로 이루어졌다. 물론 오늘날에는 원자보다 더 작은 '쿼크입자'까지 다루고 있지만, 일단 헷갈리니까 생각하지 않기로 한다.

 

  다시 말해, '양자의 세계'란 우리 눈에 보이지 않을 만큼 작은 세계란 말이다. 너무나도 작은 입자를 다루기 때문에 '미립자' 또는 '소립자'라고도 불린다. 이렇게 작은 입자의 세계는 우리가 익히 알고 있는 '자연의 법칙'이 통하지 않는다. 그래서 고전물리학이나 상대성원리 따위가 전혀 통용되지 않는다고 생각하면 좀더 쉬울 수 있다.

 

  이게 뭔소리냐면, 고전물리학은 뉴턴이 밝혔듯이 '만유인력의 법칙'이 통용되는 세상이다. 뉴턴이 사과가 떨어지면서 밝혀낸 '중력'이 통용되는 물리학이란 말이다. 반면에 상대성원리는 'E=mC X C'라는 유명한 공식으로 설명할 수 있듯이 '시공간'을 다룬 원리다. 쉽게 말하면, 빛의 속도로 달리면 '시간이 멈춘다'는 사실을 밝혀낸 물리학이다. 더 알기 쉽게 설명하자면, 뉴턴법칙은 '지구'에서 널리 쓰이고 오차도 별로 없지만, '우주'로 나가면 오차가 커진다는 문제가 있다. 그래서 아인슈타인이 '특수상대성원리'를 밝히면서 우주에서도 '오차'가 거의 없는 원리를 밝혀낸 것이다.

 

  그런데 이렇게 지구와 우주에서 통용이 되는 '물리학'을 밝혀내고 나니 더는 어려운 일이 안 생길 것만 같았는데, 1920년대 이후에 '눈에 보이지 않던 원자'가 말썽을 부리기 시작했다. 더구나 볼 수 없었던 '원자'를 관측하고 관찰하고 측정까지 할 수 있는 기기들이 발명되면서 본격적인 '양자물리학의 세계'가 펼쳐지게 된 셈이다. 그런데 문제가 생겼다. 가장 처음 당혹스럽게 했던 것은 '빛은 과연 입자인가? 파동인가?'라는 문제였다.

 

  복잡하고 어려운 이야기는 건너뛰고 결론만 말하자면, 빛은 입자의 성질과 파동의 성질을 모두 가지고 있었다. 그 증거로 '이중슬릿 실험'이 등장했는데, 이로써 빛에 대한 논란은 잠잠해지는 듯 싶었다. 헌데 같은 '이중슬릿 실험'으로 입자를 튕겨보았더니 이상한 현상이 발견되었다. 분명 '하나의 입자'를 발사했는데, 하나의 입자가 두 개로 분리되어 '동시'에 슬릿을 통과하는 것과 같은 현상이 발생한 것이다. 마치 빛이 '입자'와 '파동'의 성질을 모두 가지고 있는 것처럼 입자도 마찬가지였던 것이다. 아니 어떻게 '하나의 입자가 두 개의 슬릿을 동시에 지나갈 수 있다'는 말인가? 과학자들을 혼란스럽게 만들었던 일이 다시 재현된 셈이다.

 

  하지만 이제는 '관측장비'가 좋아졌다. 그래서 입자를 촬영할 수 있는 '광자검출기'를 이중슬릿 앞에 설치해놓고 입자 하나를 튕겨보았다. 그런데 놀라운 일이 벌어졌다. 분명 관측하기 전에는 '하나의 입자가 두 개의 슬릿을 동시에 지나가는 것'처럼 관측이 되었는데, '검출기'를 켜고 관측을 하니 '하나의 입자가 한 개의 슬릿만을 지나갈 뿐'이었다. 어찌된 것일까? 그래서 '검출기'를 끄니 다시 두 개의 슬릿을 통과할 때의 현상이 펼쳐졌다. 다시 켜니, 하나의 슬릿만 지나간다. 끄니, 두 개의 슬릿, 켜니, 한 개의 슬릿...마치 '입자'가 관측자의 시선을 눈치채기라도 하는 듯이 믿을 수 없는 현상이 벌어지게 된 것이다.

 

  이런 어처구니 없는 현상을 과학자들은 이렇게 말한다. 하나의 입자가 오른쪽과 왼쪽의 슬릿을 통과할 '확률'이 각각 몇 %라고 말이다. 분명한 것은 '입자'가 슬릿을 통과한다는 것이지만, 그 '입자'가 어느 슬릿을 지나갔는지는 오직 '확률'로만 말할 수 있다고 말이다. 이를 두고 아인슈타인은 "신은 주사위놀이를 하지 않는다"며 과학에서 '확률'을 부정하는 말을 했지만, 아인슈타인 자신도 이러한 '관측결과'를 두고서 반박할 수 없었다.

 

  이처럼 입자(퀀텀, 광자)의 세계는 우리가 알 수 없는 영역이다. 알려고 노력했지만 '빌어먹을 입자'라는 말만 내뱉을 수밖에 없을 정도로 도무지 이해할 수 없는 영역이기도 하다. 그도 그럴 것이 입자의 세계에서는 '시간'도 멈춰버리기 때문이다. 한마디로 '입자의 세계'에서는 '연속적'인 것이 거의 없다. '불연속'이 더 자연스러운 곳이다. 하나의 입자는 '여기' 있으면서 동시에 '저기' 있을 수도 있다. '확률'적인 표현을 할 수밖에 없는 것은 '관측'할 수도 없기 때문이다. 물론 '관측장비'로 입자를 사진 찍듯 찍을 수는 있다. 하지만 그 '입자'는 찍힌 순간에 다른 곳으로 가버렸기 때문에 '실제'로는 거기에 없다. 하지만 분명한 것은 '거기'에 입자가 있다는 사실이다. 어떻게 하나의 입자가 '여기'에도 있고, '저기'에도 있을 수 있을까? 바로 '시간'이 멈춘 곳이기 때문이다.

 

  상대성이론에서 '빛의 속도'로 달리는 물체는 '시간'이 흐르지 않는다고 한다. 그래서 '쌍둥이의 역설'이 등장한다. 쌍둥이가 한 명은 '빛의 속도'에 가까운 속도로 우주여행을 떠나고, 다른 한 명은 지구에 남게 되었을 때, 우주여행을 떠난 지 3년 뒤에 지구에 도착하니, 지구에 남은 쌍둥이는 30년이나 흘렀다는 이야기 말이다. 바로 '빛의 속도'에 가깝게 움직인 쌍둥이는 고작 3년의 시간이었지만, '지구의 시간'은 30년이나 지나 버린 것이다. 이처럼 '시간'은 움직이는 물체마다 다르게 흐른다.

 

  그런데 '소립자의 세계'에서는 시간이 멈춘 듯한 현상이 일어난다. 태양광 한줄기를 프리즘에 통과시키면 가시광선이 '연속적'인 무지개처럼 펼쳐져 보이지만, 수소 입자 하나가 내뿜는 빛을 프리즘에 통과시키면 '불연속적'인 선이 보일 뿐이다. 이것을 '수소의 고유한 스펙트럼'이라고 말하지만, 사실은 수소 입장에서 보면 '4개의 불연속선' 모두에 존재하고 있다고 표현하는 것이 더 자연스러운 일이기 때문이다. '시간'이 멈춘 곳에서는 어려운 일도 아니다.

 

  그러나 정작 헷갈리는 것은 '시간'도 일정하게 흐르고, '공간'도 차지하고 있는 일상의 우리들이다. '시공간'의 지배를 받고 있는 우리는 어느 위치든지 '한 곳'에서만 존재할 수 있지만, '소립자의 세계'에서는 여기든, 저기든 어디서나 존재할 수 있다. 그것도 '확률적'으로만 위치를 나타낼 수 있다. 분명히 존재하지만 어디에 위치하고 있는지는 가늠할 수 없는 세계다. 마치 어디에나 존재하지만 어디에서도 발견할 수는 없는...그런 세계라고나 할까?

 

  그런 까닭에 이 책을 다 읽은 뒤에도 '양자물리학'에 대해서 이렇다 할 정리는 잘 안 될 것이다. 이는 이 책이 '양자물리학'에 대해 어렵게 썼기 때문이 아니라 아직까지 '양자물리학'에 대한 우리의 이해가 부족한 탓이다. 사실 이 책은 그나마 '양자물리학'에 대한 이해를 쉽게 도와주는 고마운 책이다. 그런데도 살짝 어려운 것도 사실이다. 확률적으로 말하자면 7:3 정도일까? 어느 숫자가 더 쉽다는 확률인지는 직접 읽어보고 결론을 내리길 바란다.

 

  그렇다면 '양자물리학'은 우리에게 무슨 쓸모가 있을까? 우리가 일상에서 쓰는 스마트폰이나 내비게이션 등은 '양자물리학의 결정체'다. 양자물리학의 이해가 부족했다면 '오차투성이'였을 것이기 때문이다. 또한 앞으로 상용화가 될 것이라 의심치 않는 '빅데이터 기반'의 인공지능으로 만들어진 모든 것은 '양자물리학'의 도움이 없다면 불가능할 것이다. 컴퓨터와 관련된 모든 것이 '양자물리학'의 도움을 받고 있기 때문이다. '양자물리학'이 없다면 우리는 꼼짝없이 지구에 갇혀 지내야만 할 것이다. 그나마 지구 안에서는 '시간의 오차'에 큰 영향을 받지 않기 때문이다. 하지만 우주를 관측하거나 원자의 세계를 탐구할 때에는 '양자물리학'이 없다면 불가능한 영역이 되어버리고 만다. 모르고 살아도 아무 걱정할 것이 없다는 말은 할 수 없을 것이다. 모르고 살면 당장 '스마트폰'이 없는 세상에서 살아가게 될 것이기 때문이다. 당신의 손에 들려 있는 '스마트폰'이 바로 양자물리학이다.

 

한빛비즈에서 도서를 제공받아 쓴 리뷰입니다

참 재밌는 사실이 있습니다. 자전거를 타면 시간이 느리게 가죠. 가만히 앉아있는 사람이 느끼는 정도보다 더 천천히 갑니다. (…) 시공간의 힘은 우리와 함께 합니다. (p.13~14)

사실 학창시절 가장 싫어했던 과목이 수학과 과학이었다. 과학을 굳이 세분화해서 말하자면 생물을 가장 싫어했고 그나마 제일 나은 것이 지구과학이었다. 아무튼 나는 루트를 왜 알아야 하는지, 내가 왜 굳이 3.14어쩌고 저쩌고를 풀어야 하는지 이해하지 못한 채, 그 시간마다 선생님 눈을 피해 일기를 쓰고, 책을 읽으며 6년을 버텨왔다. 지금 생각해봐도 나는 참 과목 편식이 심각했던 아이였다. 그런데 최근에 와서야 그 시간이 조금 후회되었다. 아직 수학은 아니고 과학! 우리집 꼬맹이가 과학동화, 수학동화를 읽기 시작하면서 이것저것 묻는 게 너무 많은데 뭐라고 설명해야 더 쉽게 이해할 수 있을지 막막했기 때문. 그러던 중 또 한 권의 교양툰을 만났고, 나는 이렇게라도 과학과 친해지고 싶었다. (이 책을 시작으로 이런저런 공부를 더 해보리라 다짐해본다.)

양자역학과 상대성이론. 아이고, 일단 이 주제만으로도 어렵다. 만약 아인슈타인의 위인전을 읽지 않았더라면 단어조차 생소했을지도! 그런데 이 책은 놀랍게도 그 두 가지를 어렵지 않게 풀어준다. 지식과 재미 두 개를 다 잡는 것이 얼마나 어려운 일인데, 지식을 나름의 위트로 잘 풀어냈다. 선생님께서 하도 목청을 높여 겨우 기억만 하던 E=MC2의 공식도 슈퍼히어로들이 등장하여 알려준다. 어른들에게도 이 책은 유익하지만, 학생들도 개념을 정리하는 차원에서 읽어준다면 참 좋을 것 같다는 생각을 했다.

물론 이 책을 읽었다고 해서 내가 양자역학이나 상대성이론을 완전히 이해했다고 자신하지 않는다. 아니, 불가능하다. 그러나 리처드 파인만이라는 분께서 너무나 다행이도 “세상에는 양자역학을 완벽하게 이해하는 사람은 아무도 없다.”고 했단다. 그래서 나는 100%아는 것을 목적으로 두지 않고, 이런 개념이구나- 하는 정도의 마음으로 이 책을 읽었다. 그래서 나는 양자역학과 상대성이론을 이제라도 대강 윤각선을 알게 되었고, 이 다음에 이어진다는 교양툰 “우주의 역사”도 읽어보고 싶다는 생각을 하게 되었다.

 

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교양툰 은 이미 여러 번 소개 한 적이 있다.이번에는 과학교양툰 퀀텀 이다. 어렵고 어려운 과학을 이렇게 만화로 배울 수 있다니 책의 기획이 참 획기적인거 같다. 양자역학과 상대성이론을 이렇게 만화와 이해하기 쉽게 한 눈에 그림으로 확인해보니 훨~씬 이해하기 쉬웠던 거 같다.

그렇다고 내가 완전히 다 이해해서 전문 지식인이 되었다는 건 아니다. 하지만 조금은 아주 조금은 더 이해하기 쉽게 접근하고 어려운 설명을 들으며 포기했던 과거의 시간에 비해 상당히 유익한 시간을 보낼 수 있었다고 확신한다.

'양자역학을 쉽게 이해한 것 같은 행복한 착각에 빠져보시라' -이미솔 PD-

추천 글 중에서 눈에 띄는 문구였다. 잠시라도 그 행복감에 빠져보는 느낌이 들고 싶다는 생각으로 책장을 열었다.

이 책은 스위스 기사가 쓴 책이다. 하지만 저명한 과학자들의 검수를 받았고 참고서적과 논문을 근거로 만들어졌다고 한다. 해당 전문 지식인이 쓴 게 아니라 나같은 일반 독자에게 더 이해하기 쉬운 책이 아니였을까. 만화로 된 과학교양툰이라서 그림의 도움으로 이해하는데 많은 도움이 되었다.

우리 눈으로 본 세상은 어림잡은 모습일 뿐이다. 그런데 이제 우리는 그 모습이 '근본적으로 부정확하다'는 사실을 안다.

-브루스 로젠블룸과 프레드 커트너-

우리 지구인은 삶을 평면으로만 인식하려는 이상한 습성이 있다고 한다. 몇몇 천진한 사람들만 지구의 안정적인 유한성 너머를 위구심 어린 눈으로 바라본다고 한다. 대부분 실존적인 아찔함에 부딪히기를 꺼리고 그래서 결국 자신들의 평면적인 문제로 돌아간다고 한다.

소우주에 틀어박혀 무한히 큰 것과 무한히 작은 것 사이에서 살아가는 우리들. 그리고 거대한 전체에 속하고 있으며 과학으로 이 전체의 윤곽을 잡아며 살아가는 모습이다. 그리고 평평한 바닥에서 살아가는 우리 역시 이 법칙들을 따라 갈 수밖에 없다고 한다.

구부러진 우주에 관한 이야기는 아이작 뉴턴과 아이슈타인의 만남을 통해 서로 이야기를 한다. 어떻게 이런 생각을??!!

과학교양툰 ＜퀀텀＞ 이기에 가능한 일이 아닐까? 한 남자가 물 위에서 배를 타고 있는데 물이 사라진다. 그 상황에서 두 과학자가 나타나 현상에 대한 설명을 자신의 논리를 이용해 이갸기한다. #상대성이론 을 이해하기 위해 우주의 행성이 놓은 표면을 푹신하다고 생각하고 가라앉은 것 같이 그려놨다. 평평한 표면일 때는 상관이 없지만 많은 물체를 놓기 시작하면 바뀐다. 들어간 깊이는 밀도에 따라 다르다. 이 이론은 1919년 태양의 일식 덕분에 증명이 되었다고 한다.

"다음에 체중을 잰다면, 체중은 대부분 빈 공간의 무게라는 사실을 기억하십시오," -레오나르드 믈로디노프(물리학자)-

비어 있는 세계라는 제목의 장에는 우리 눈이 보이는 원자 20억개가 있다고 말하며 양성자, 중성자, 동위원소를 설명하고 우리 몸을 구성하는 수소, 탄소, 질소, 산소 4원소의 다양한 방식도 알려준다. 아주아주 오래 138만 9천 830억 년 전부터 1968년까지 몇 가지 일화들은 수소 원자에 관한 생애 이야기인데 빅뱅부터 우주, 태양계 등 신기하고 기이한 일들을 잠시 그림

으로 볼 수 있다.

우리의 발은 실제로 땅을 딛지 않는다고 한다. 10억만 분의 몇 밀리미터만큼 전자기적으로 떠 있는 것이라고 한다.

세포는 원자, 그 안은 양성자와 중성자인 쿼크로 구성되어 있고 그것은 글루온으로 서로 연결되어 있다고 한다. 질량은 쿼크 사이의 빈 공간에서 온다고 한다. 지구로 돌아오면 99.99%는 빈 공간이라고 하는데 물을 마시는 모습은 신기하기까지했다.

이렇게 실제 우리 모습에 적용해서 과학교양툰으로 설명과 그림으로 이야기를 보니 한결 이해하기 쉬운 느낌이 든다

자연은 부조리한가의 장에서는 이중 슬릿 실혐으로 빛이 파동임을 증명한 이야기가 나온다. 양자의 세계가 어떻게 작용하는지 보여주기 위해 범퍼카를 이용하여 보여준다. 속도, 각도,마찰력, 위치에 영향을 미치는 다른 요인들을 안다고 가정할 경우 우리는 주어진 순간에 범퍼카가 정확히 어디에 있을지 알 수 있다고 한다. 하지만 무한한 작은 세계에서 입자처럼 움직인다고 상상할 경우에는 완전히 다른 상황이 발생한다. 양자의 세계에서는

세상 어디에서도 발견될 수 있는 모습들이 정말 신기했다. 정말 예측할 수 없는 그런 상황이 실제 발생한다면 어떨까?하는 상상도 해본다.

과학교양툰 ＜퀀텀＞이었기에 이런 이야기들을 볼 수 있었던 게 아닐까 한다.

과학교양툰 ＜퀀텀＞의 공간은 존재하는가에서는 돌림판 게임으로 상상을 시작한다. 돌아갈때마다 매번 전자 같은 입자처럼 반응한다고 상상하기도 하고 우주 반대편에 다른 돌림판과 연관되어 있다고 가정한다. 두 행성에서는 정반대의 결과가 오고 매번 관찰 할 때마다 완벽히 동기화된 결과가 나오는 그림이다. 이 읽힘은 보이지 않는 무한치 작은 세계에서 적용되는데 회전축을 중심으로 동시에 여러 방향으로 움직이는 전자의 스핀에 적용된다고 한다.

이 전자의 스핀을 '서로 다른 각도'에 따라 관찰해 본다.두 전자 사이에 90도가 차이날 경우에 확률은 100%가 아니라 50%가 된다고 한다. 그럼 45도 차이가 날 경우 스핀이 반대가 될 확률은 75%여야 한다. 하지만 확률은 85%까지 올라간다. 애초에 결정된 특성은 없고 입자는 측정되는 순간 이런 특성들을 선택하고 먼 거리에서 서로 영향을 미친다는 결과.

하지만 과학계에서는 이 문제를 폭염이 내리쬐는 여름 해변에서 터틀넥을 입는 것만큼이나 설명할 수 없는 문제로 봤다고 한다.

유한한 시간도 무한한 시간도 우리에겐 참 어렵다는 생각이 든다.

과학교양툰 ＜퀀텀＞은 세상을 수직으로 보는 것이 재미있다며 수직으로 끝까지 올라가고 싶어하는 주인공의 모습이 보인다.

저자의 마음이 그대로 들어간 이야기일까?아마 우리 모두의 궁금증이 아닐까한다.

책의 마지막에는 일반인도 양자역학과 상대성이론에 대해 더 알 수 있게 도와주는 설명이 들어있다. 과학교양툰 답게 역시 그림도 함께 포함되어 있다. 과학이라고 하면 책장을 한 장 넘기기도 힘들 만큼 어려워서 다가가기 힘든 부분이 아닐까 한다. 백지장인 상태로 봤지만 이렇게 만화로 배울 수 있어서 조금이나마 도움이 된 듯한다. ＜퀀텀＞을 보고 과학을 향한 궁금증이 더욱 생기기 시작하는 듯하다.

과학 무지한 나같은 사람도, 학생들도 쉽고 재미있게 볼만한 교양툰으로 추천하고 싶다.

평소 이해하기 어려웠던 양자 물리학에 기본 이해를 도와줬어요 한 권 샀는데 선물용으로 하나 더 사요
이 책을 보고나니 익숙한 세상이 다르게 보이네요 이 책을 보고나니 예전에 구매했던 로벨리 책도 다시 보게 됐어요 예전에 그 책을 봤을 때보다 이책을 보고 다시 보니 훨씬 이해도 잘 되고 재밌더라고요
시간과 공간에 대한 새로운 패러다임은 아름답게 느껴졌고 제 주변에 느껴졌던 한계가 저의 왜곡된 인식이었을 뿐임을 알게 되었네요

【 퀀텀 】- 만화로 배우는 양자역학과 상대성이론 | 한빛비즈 교양툰

_로랑 셰페르 / 한빛비즈

리처드 파인만은 양자역학을 정말로 이해하는 사람은 한 명도 없다고 말할 수 있다고 했다. 내게 위로가 되는 말이다. 그러니 내가 대충 이해해도 크게 부끄러워할 이유가 없다. 이탈리아 태생의 세계적인 이론 물리학자 카를로 로벨리는 이론이 이상하다고 하지 말고 그렇게 느끼게 만드는 우리의 직관을 의심해야 한다고 조언한다.

우선 시간에 대해 알아보자. 특수상대성에 따르면 시간은 현재나 미래뿐 아니라 과거도 포함된다고 한다. 어려운 이야기는 아니다. 우주에서 매 순간은 동등하다는 뜻이다. 영국의 수학자 로저 펜로즈는 이런 말을 남겼다. “상대성에 따르면, 전혀 흐르지 않은 정역학적인 4차원 시공간만 있어야 한다. 시간은 공간과 마찬가지로 흐르지 않는다.” 보통 우리가 시간을 ‘흐른다’고 표현하는 것에 대한 반론이다. 아인슈타인은 시간을 ‘끈질기게 지속되는 환상’으로 보았다. 게다가 양자물리학 실험에선 시간이 우리의 측정 범위 바깥에 있기라도 하듯 보이지 않는다. 여전히 시간은 과학자들의 논쟁거리다. 앞으로도 계속 될 것이다.

이 책의 장점은 그 어렵다는(이공계통에 있는 사람들에겐 쉬운 주제일까?) 양자역학과 상대성이론을 어떻게든 쉽게 설명해주려고 애썼다는 것이다. ‘만화로 배우는 양자역학과 상대성이론’이기에 그나마 흥미롭게(지루하지 않게) 볼 수 있다.

1900년 즈음 과학계는 독단에 빠져 종종걸음을 쳤다. 과학자들은 세상의 비밀을 밝혀냈다고 믿으며 고급 살롱에서 허무맹랑한 논의를 하고, 민족주의를 고취하고, 학술원들끼리 영예를 다투었다. 유명한 물리학자 윌리엄 톰슨은 세상이 적나라하게 밝혀졌다고 믿으며 이렇게 예언하기까지 했다. “더 이상 새로 발견할 것은 없다...점점 더 정밀하게 측정하는 일만 남았을 뿐이다.” 그런데 그 후 더 정밀하게 측정된 것은 무엇일까?

1905년 스위스 베른에서 한 인물이 등장한다. 26살의 알베르트 아인슈타인이다. 아인슈타인이 학교 부적응자였다는 이야기는 이미 널리 알려진 사실이다. 변변찮은 학생이라는 꼬리표가 붙어있었다. 아인슈타인은 사실 아주 똑똑하고 우수한 학생이었기 때문에 학교생활이 따분하고 지루했을 것이다. 그는 어렸을 때 유클리드 기하학 책을 한 권 받았는데, 거기에 실린 모든 문제를 풀어낼 정도였다. 피타고라스의 정리를 증명하는 새로운 방법을 만들기도 했다. 아인슈타인과 동시대를 살아간 수학자 다비트 힐베르트는 이렇게 회고했다. “괴팅겐 대학가를 지나가는 그 누구든 아인슈타인보다 4차원 기하학을 더 잘 이해하고 있었다. 그럼에도 불구하고, (일반상대성)연구를 해낸 사람은 수학자가 아니라 아인슈타인이었다.”

이 책은 시간에 대한 이야기를 시작으로 아인슈타인의 특수상대성이론과 시간의 기묘한 팽창 현상, 원자의 존재 그리고 뉴턴의 중력, 스티븐 호킹의 ‘얽힘’ 현상, 양자물리학, 빛의 파동현상, 그 유명한 ‘슈뢰딩거의 고양이’, 광자, 은하계 등등으로 이어진다.

‘GPS와 시공간의 휘어짐’도 흥미롭다. 지구 주위를 도는 GPS 궤도 위성은 시공간의 휘어짐을 고려한다. GPS 내비게이션 시스템에서 일반상대성이 고려되지 않는다면, 위치 오류는 하루에 약 10킬로미터씩 늘어날 것이라고 한다. 1970년대에 GPS위성이 설치되었을 때, 물리학자들은 이 프로젝트를 담당한 군인들에게 위성의 시계가 지상의 시계보다 더 빨리 갈 것이라고 말했다. 상대성이론이 증명된 지 이미 반세기가 지난 때였지만 군인들은 물리학자들의 말을 믿기 힘들어했다. 이를 확인하려고 두 시스템을 시험했다. 한 시스템은 시간 속도 차이를 고려해 교정했고, 다른 시스템은 교정하지 않았다. 물리학자 카를로 로벨리는 장난스럽게 이렇게 물었다. “무슨 일이 일어났을 거 같아요?” 책에는 카툰으로 공간 곡률을 설명해준다. 공간 곡률은 GPS 위성 신호 같은 전자기 신호를 왜곡하기 때문에, 왜곡된 정보를 무시하고 GPS의 실제 경로는 우회해서 받는 것으로 그려져 있다.

“이 책은 참고서적과 논문을 근거로 만들어졌고, 저명한 과학자들의 검수를 받았습니다. 하지만 독자 여러분이 보기에 어떤 개념이 논란의 여지가 있다고 생각된다면, 주저하지 말고 다른 책이나 관점을 참조해서 여러분 자신만의 견해를 만들어가기를 권합니다. 그럼 즐거운 독서 하시기를 바랍니다!”

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