과학적 사고력을 길러주는 재미난 물리이야기, 괴짜 물리학

괴짜물리학 - 기발한 상상력으로 풀어낸 지적 교양을 위한 물리학 입문서
렛 얼레인 지음, 정훈직 옮김, 이기진 감수 / 북라이프 / 2016년 4월

예전보다 과학이 일반 대중에게 많이 가까워지긴 했으나, 아직까지도 물리학이란 단어 하나만으로 알러지 반응을 일으키는 분들이 많다. 물리학은 어렵고, 복잡하기 때문에 전문 과학자만 하는 거라 여긴다. 

하지만, 물리법칙은 우리를 존재할 수 있게 해주는 가장 근본이 되는 자연법칙이다.  

해와 달이 뜨고 지고, 파도가 치며, 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 모든 기상 변화도 물리적 현상이고, 자동차가 달리고 서는 것, 비행기가 날아 다니는 거, 배가 떠다니는 것, 엘리베이터의 움직임 등 우리 주변 모든 것들이 물리학과 관련이 있다.

그런데 학교에선 맨날 물건 옮기거나, 자동차가 달리고 서는 거, 공 던지기만 나오다 보니, 도대체 이걸 배워서 어디다 써먹나 하는 의문만 들 것이다. 이는 과학 교육을 받는 근본적인 이유인 생각하는 과정이 완전히 무시되고, 그저 시험을 위한 공식 암기와 문제 풀이 과목으로 전락했기 때문이다. 

렛 얼레인의 '괴짜 물리학'은 우리 교육이 블랙홀로 날려버린, 과학의 논리적 사고, 추론, 응용력을 다시 찾아준다. 게다가 명상의 시간처럼 졸리거나 지겹지 않고 SF 영화를 보는 거처럼 재미있다.  

실제 이 책에는 헐크, 토르, 캡틴 아메리카, 슈퍼맨과 같은 만화와 영화의 주인공, 방송 프로 미스버스터, 게임 앵그리버드, 영화 스타워즈 등 익히 많은 사람들이 잘 알고 있는 대상을 통해 재미난 물리학 이야기를 들려준다.

헐크가 점프하면 도로 바닥이 진짜 부서질까? 토르의 망치는 왜 아무나 못 들까? 스타워즈의 데스스타를 만들 수 있을까? 골룸은 동굴 속에서 어떻게 볼까? 같은 영화에선 그저 당연하게 여겼던 장면을 실제 과학적으로 따져 보고 있는 것이다.

스타워즈의 빼놓을 수 없는 무기 광선검 이야기도 이 책에 한 소재로 따져보고 있다. 과연 그 광선검을 배터리로 작동시킬 수 있는가 하는 것이다. 이 궁금증은 일단 광선검 작동을 위해 얼마의 전력이 필요한가라는 질문으로 바꿔 생각했다. 영화 속 광선검은 포스를 이용하는 신비의 무기지만 현실에 맞게 바꾼 것이다. 대략 금속 문을 녹이는 정도로 성능을 놓고 따졌다.

문이 녹을 때 달궈진 문의 색깔을 통해 광선검 주변 온도를 5,200K 정도로 추측하고, 문을 자른 길이, 문의 두께, 광선의 폭을 통해 부피를 구한 다음 금속의 밀도를 잘 알려진 티타늄으로 가정하여 전체 질량을 구한다. 여기에 자르는 시간을 9초 잡으면 최소 28,000W 라는 계산이 나오며, 광선검이 두 시간 정도 쓸 수 있다 보면, 300만J이 넘는 에너지가 필요하다고 나온다. 이걸 AA 배터리로 따지면 18,000개 이상이 필요하다. 결국 배터리 무게로 광선검을 들 수도 없을 것이다. 원자로를 작게 만들면 모를까 말이다.

사실 이 과정에서 중요한 것은 계산이 아니다. 영화 장면만을 가지고도 이런 과학적 과정을 유도하고 추측해 내는 것이 더 중요한 것이다. 이 과정에는 학교에서 배운 지식이 그대로 다 살아 있다. 흑체 이론, 에너지 관련 공식, 밀도와 질량에 대한 지식까지 다 동원하게 한다. 단순한 문제 풀이가 아니며, 이를 통해 더 많은 사고를 하게 되고 엉뚱할 수도 있고, 멋질 수도 있는 아이디어도 나올 수 있는 것이다. 

이런 문제 해결을 위한, 유추 과정을 보면, 마치 셜록 홈스의 사건 추리를 보는 묘한 기분도 든다.

이 책에는 영화 외에도 맥주를 시원하게 하려면 얼마의 얼음이 필요한지, 자판을 두드려 휴대폰을 충전할 수 있을지, 돈을 달까지 쌓으려면 얼마나 필요한지, 뽁뽁이를 감아서 6층에서 뛰어내리면 살 수 있는지 같은 일상에서 나올 수 있는 재미난 문제를 다루고 있다. 

어쩌면 하나같이 황당하다 느낄 수 있는 문제들이기도 하다. 아마 대부분의 사람들은 '이걸 어떻게 풀어'하며 어렵게 생각하고 아예 도전도 안 할 것이다. 그러나 여기에 나온 질문 풀이과정에 사용된 물리 지식은 대부분 학창시절 배운 공식과 지식을 이용한 것들이다. 그러고 보면 우린 이미 많은 것들을 합리적으로 과학적으로 따지고 해결할 수 있는 엄청난 지식을 가지고 있는 것이었다. 다만 그걸 제대로 사용할 줄 모르는 게 문제인 것이다. 마치 엄청난 잠재 능력을 가진 초능력자가 자신의 능력을 쓸 줄 몰라 동네 건달을 피해 다니는 것과 같지 않을까?

'괴짜 물리학'에 거창한 의미를 부여하는 거 같지만, 이 책이 그런 숨겨진 사고력 도화선에 불을 붙여줄 수 있을 거란 생각을 한다. 물론 꼭 그게 아니라도 최소 과학이 지겹다는 생각은 좀 줄여 줄 수 있는 책이다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 학생뿐만 아니라, 생활 과학을 즐기는 일반인들에게도 도움이 될 것이다.