우리가 벽을 통과할 수 없는 이유/플로리안아이그너지음,이상희 옮김/시그마북스

우리가 벽을 통과할 수 없는 이유 - 플로리안 아이그너의 양자물리학 이야기
플로리안 아이그너 지음, 이상희 옮김 / 시그마북스 / 2025년 11월

요즘 부쩍이나 과학책들이 재미있다. 학창 시절에는 어떠한 이유인지 정확히 기억나지 않지만 학구적 호기심이 강하지 않았고 뭔가 다른 고민들로 바빴던 듯하다.

과학을 잘 알지는 못하지만 매력에 조금씩 빠져가지만 여전히 “양자물리학”은 펼치기 까지도 용기가 꽤나 필요했다. 솔직히 벽을 통과할 수 있을까라는 궁금증조차 가져 본 적이 없다. 당연히 벽인데 유령도 아니고서야 벽을 어떻게 통과하나. “유 스튜빗”(곤충의 진화 김도윤 작가 표현을 빌려봤다.) 이라고 말하겠지만 사실은 무조건 현실적이지 않아! 라고 제한을 두고 생각해보지 않은 내가 사실은 갇힌 태도인 것이다.

저자 플로리안 아이그너는 양자물리학 박사를 받고 물리학자이자 과학 작가, 과학 편집자 겸 저널리스트이다.

<우리에겐 과학이 필요하다>,<우연은 얼마나 내 삶을 지배하는가> 저술했다.

이 책을 추천한 과학 커뮤니케이터이자<과학이 필요한 시간>의 저자 궤도가 말하기를 책의 마지막까지 함께 오다보면 양자물리학을 이해하는 것이 아니라 세계를 다른 차원에서 관측할 수 있는 초월적인 감각의 출발선에 설 수 있다 말한다. 익숙했던 현실은 무한한 가능성으로 확장되는 양자적 풍경으로 대체되고, 찬란한 혼돈 속에서 우리는 세계의 가장 깊은 본질과 마주하게 된다 말한다.

양자물리학을 이해하기위한 목표보다는 똑같은 사물에서 뭔가 어제는 보지 못한 무언가를 볼 수 있게 된다면 너무 낭만적(?) 이지 않을까 생각 되었다.

이 책에는 어려운 공식은 나오지 않는다. 양자물리학에서 알아야할 기본 개념을 어려운 용어나 복잡한 말 없이 단계별로 이해할 수 있다. 즉 나같이 양자 이론에 대해서 전혀 아는 것이 없지만 환상적인 새로운 세계에 초대받고 싶은 사람 혹은 양자 이론을 이미 알고 있어도 더 자세히 알고 싶은, 혹은 양자이론의 현대적인 주제(읽으면서고 진짜 무슨 말인지 모른 파동-입자 이중성부터 벨의 부등식이나 양자 디코히어런스 )에 이르는 이론을 새로운 관점에서 설명하는 것을 기쁘게 받아들이는 사람들을 위한 책이라고 말한다. 저자는 양자 이론을 접하는 사람이라면 그 누구라도 처음부터 그리고 마지막까지도 놀라움을 금치 못할 것이라고 말한다. 이유는 더 높은 수준에서, 그리고 더 넓은 시야로 세상을 바라보는 일이기 때문이라 말한다. 그리고 절대로 놓쳐서는 안 되는 단계의 성장이라고도 한다.

사실 이 책은 차례를 보았을 때, 읽고 싶은 챕터가 없었다. 너무 다 생소한 내용이라 사실 어디서부터 어떻게 읽어야하지? 용어부터 익혀야 하나? 그래서 맨 뒤로 가보기도 했다가 그러면 책을 도저히 계속 읽을 수가 없어서 다시 처음으로 돌아와 펼치기도 했다. 한 가지 확실한 것은 저자가 단지 물리학자이기만 한 것이 아니라 작가이기도 했기에 어렵지만 글을 읽어내려져 갔다. 그럴 수 있는 중요한 이유는 문장 자체가 짧고 간결하다. 그래서 조금 집중만해서 그 내용을 따라가다보면 100% 이해하지는 못해도 책 속에 함께 흘러갈 수는 있다.

원자는 왼쪽으로 움직이면서도 오른쪽으로도 움직일 수 있고, 레이저 빔에 맞은 분자는 분해가 되면서도 동시에 온전한 상태를 유지할 수 있고, 원자핵 주위를 도는 전자는 특정한 궤적을 따르지 않고.... 일단 뭔가 일반적인 상식과는 다른 내용이 펼쳐지는 것은 분명하다. 하지만 그렇다고 결코 이해할 수 없거나 초감각적 사고의 전달은 아니라고 말한다. 우주에도 믿을 수 있는 규칙이 있는 것처럼 입자의 세계에도 적용이 된다는 것이다. 다만 우리 일상생활과는 약간 다르게 움직인다고만 받아들이면 된다.

일단 개미의 세계와 우리 세계가 다를 수 밖에 없는 이유는 단위가 다르다는 것이다. 밀리미터에서 마이크로미터 그리고 나노미터(분자와 원자의 크기) 그리고 양성자와 중성자의 크기에 도달하려면 1,000단위를 두번 더 건너야 하는 일이 필요함.

즉 각각의 단계에서는 다른 개념, 다른 용어, 다른 도구가 필요하는 것이다.

그리고 더 놀라운 것은 그런 다른 단위의 세계를 사람이 조작할 수 있는 기술적인 능력을 지닌 것이라고 하는데 이렇게 읽고 보니 정말 그런 것이다. 너무 당연하게 연구하고 분야가 있다고만 생각했지 구체적으로 어떤 단위를 넘어야 하는지 알고 보니 시공간을 초월하는 듯한 가능성이 펼쳐지는 일이겠다. 원자보다 인간이 수십억배나 큰데 원자를 마음껏 다룰 수 있고 의도적으로 원자에서 전자를 떼어낼 수도 있다는 것. 일단 이 생각만 할 수 있다는 것만으로도 고등학교 물리 선생님이(고3담임) 뿌듯해 하겠다.

<입자와 파동>

입자와 파동은 양자 물리학을 접하다 보면 너무 쉽게 들을 수 있는 개념이다. 다만 입자와 파동에 너무 집중하다 보면 잘 알기도 전에 어렵다는 선입견부터 생길 수 있다. '입자'는 모래 한 줌을 허공에 뿌렸을 때 한 알, 한 알의 궤적을 추적하는 것은 어렵지만 이론적으로는 가능하다고 한다. 2초 뒤에 측정한 모래알과 바닥 사이의 거리는 미터 단위 숫자로 표시 할 수 있다. 발전된 측정 도구를 사용한다면 모래알의 궤적을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.

'파동'은 주위로 퍼져나가는 불균형이다. 어느 특정한 시간과 특정한 장소에만 존재하는 것이 아니라 다른 파동과 겹쳐 질 수도 있다. 이를 간섭 현상이라 하는데 파동이 중첩되면 어떤 곳에서는 보강(증폭), 다른 곳에서는 균형을 이루어 상쇄(소멸)하게 된다.

<빛>

입자와 파동은 차이점이 확실하다. 그렇다면 빛은 파동일까 입자일까?

사방으로 퍼져나가기도 하고 겹치기도 하고 그래서 파동과 같은 성질을 가지고 있는데 빛에서는 파동 패턴을 알 수는 없다. 그런 면에서는 빛은 아주 작고 또 아주 가벼운 입자의 흐름이다. 이 이론이 바로 유명한 아이작 뉴턴이 지지한 이론이다.

반면 네덜란드 연구자이자 천문학자인 크리스티안 호이겐스는 뉴턴과 반대되는 이론을 적용시킴으로 빛을 수많은 파동의 중첩으로 보았고 이 역시 유용한 관점이었지만 그 당시에 뉴턴은 자신과 대립하는 사람들에 대해 받아들이지 못하고 실제 이론도 받아들여지지 못했다.

그리고 100년 후 영국의 토마스 영이 빛의 파동적 특성을 조사하기 위해 고안한 다양한 실험들이 있었는데 그 중 하나가 <이중 슬릿 실험: 토마토와 물결>이다.

책은 이후 이중 슬릿 실험, 파동으로서의 빛 , 아이슈타인의 빛 입자, 빛의 두가지 속성 입자 파동과 파동입자를 설명하면서 결국 빛은 단순한 입자도 파동도 아닌 '양자 보송이'를 소개한다. 즉 양면 중에서 하나를 선택하는 것이 아니라 우리 의식 세계에 존재하지 않았던 새로운 대상을 창조한다는 점이 바로 우리가 양자 물리학을 알아가면서 느끼는 매력이라는 것이다. 그리고 과학이 바로 우리에게 줄 수 있는 가장 아름다움 = 생각할 수 없다고 생각했던 것에 대해 생각하게 해주는 것.

결국 새로움을 통해 사고를 넓혀주고 세상을 확장시켜 주는 것.

책은 빠른 속도로 읽어 내려갈 수는 없었지만 읽으면 읽을 수록 재밌기도 하고 신기하기도 하고 내가 몰랐던 세계의 영향이 매우 큰 부분이었구나를 느끼며 사실 뭔가를 발견하지 않았지만 흡사 뭐라도 찾은 듯한 내 내면의 쾌감을 느끼며 책을 읽어 내려 갔다. 또 한가지 사실은 내용이 결코 간단하거나 쉽지 않지만 정말 저자가 어렵지 않게 썼다. 그러니 물리에 대해서는 전혀 알지도 좋아하지도 않는 내가 재미를 느끼며 읽어 내려갈 수 있기 때문이다. 그냥 조금 호기심과 알고싶은 마음만 있다면 이 책은 누구도 즐길 수 있는 그런 책이다. 양자 물리학에 대해 좀 더 알고 다음에 읽어야지 미루지 말길 바란다. 생각보다 기초 지식이 없이도 그냥 알아갈 수 있는 생각보다 괜찮은 선택이 될 것이다.