있어빌리티 교양수업-생활 속의 물리학

있어빌리티 교양수업 : 생활 속의 물리학 - 나는 알고 너는 모르는 인문 교양 아카이브 ㅣ 있어빌리티 교양수업
제임스 리스 지음, 박윤정 옮김 / 토트 / 2020년 6월

있어빌리티란 '있어보인다'와 'Ability(능력)'를 합친 신조어로 남들에게 있어 보이게 하는 능력을 뜻한다. '알쓸신잡'이나 '지대넓얕'이 유행한 것도 이런 지적인 있어빌리티에 사람들의 관심이 많다는 반증이기도 하다. 요즘은 하나의 전문 지식을 깊게 아는 사람보다 넓고 다양한 지식과 광범위한 분야의 상식을 가진 사람들이 더욱 각광받는다. 다양한 지식과 상식이 있다면 대화에서 세련된 교양인으로 보일 수 있다. 대화가 끊기거나, 남들은 모르는 이야기로 아는채하고 싶을 때, 재미있는 지적대화로 인문학적 소양을 뽐내고 싶을 때 이 책이 도움을 줄 것이다.

있어빌리티 교양수업 시리즈 중 하나로 이번에는 우리를 둘러싸고 있는 세상의 모든 물리법칙에 관련된 수많은 지식을 전해준다. 물리법칙이라고 하면 흔히 과학자들에 의해 실험실에서나 이뤄지는 어렵고 복잡한 학문이라고 생각하게 되는데 우리 일상에서도 물리법칙은 수없이 존재하고 있고, 때론 그에 대한 궁금증을 가지게 되나 그것이 물리학에 관련된 내용인지 인지하지 못하거나 호기심을 가지고도 무심히 그냥 넘어가기 때문에 그에 대한 물리적 해답을 얻지 못할 뿐이었다. 저자는 우리가 세상에 대해 던지는 근본적인 질문 중 사앙수는 물리학으로 해결할 수 있다고 전한다.

우리를 묶어두고 있는 원자, 세상을 볼 수 있게 하는 빛, 휴대폰 같은 장치의 전자, 주위의 온도, 우리를 제자리에 고정시키는 중력, 지구의 움직임 까지 물리학 아닌 것이 없다는 것이다. 책에는 114가지 질문으로 이런 우리의 일상에서 마주할 수 있는 물리학에 대한 호기심을 채워준다. 그 중에는 평소 궁금해하던 내용도 있으며, 생각해보진 않았지만 그 질문과 마주하고 강한 호기심이 생기게 되는 질문도 있다. 물리학자/기초물리학/생물물리학/힘/입자/천체/우주학/날씨/물질/기술/컴퓨터와 전자기기 라는 11가지의 주제에 대해 각 주제별로 흥미로운 10가지 질문으로 이야기를 끌어가는데 하나의 챕터가 끝나면 스피드 퀴즈로 해당 챕터에서 읽었던 핵심 내용을 다시 한번 기억할 수 있도록 테스트 형식으로 복습을 한다. 아무리 좋은 지식이라도 잊어버리면 아무 쓸모가 없으므로 이렇게 다시 한번 상기시켜주는 것이 필요하고, 나중에 책을 전부 다시 읽지 않더라도 이 퀴즈만 핵심요약본처럼 읽어보면 책의 내용이 떠오르는 효과도 있을 것 같다.

납 상자에 보관할 만큼 위험한 공책의 주인공은 누구?
퀴리부인은 방사성 원소 폴로늄과 라듐을 발견하였고, 세계 최초로 방사능 원소의 성질을 상세히 연구한 과학자다. 그런데 그 당시엔 방사능의 위험성을 알지 못해서 방사능에 노출된 채 연구를 했고, 퀴리부인의 소지품도 모두 방사능에 완전히 감염되었고, 퀴리부인 자신도 방사능 관련 질병으로 사망했다고 한다. 시체는 방사능이 너무 심해서 방사능 유출 피해를 막기 위해 2.5센티미터 두께의 납으로 관을 만들었다고 한다.

고양이는 죽었으면서 동시에 살아 있을 수도 있다고?
슈뢰딩거의 고양이는 유명한 이야기다. 양자역학에 대한 설명을 할 때 말해지는 내용인데 흔히 고양이를 꺼내기 전까지 고양이가 죽었을 확률과 살아있을 확률이 같다는 식으로만 설명을 하고 있어서 도무지 이 것이 무슨 뜻인지 이해하기가 어렵다. 이 슈뢰딩거의 고양이를 좀 더 정확히 이해하려면 양자역학의 기본 개념에 대해 이해하는 것이 선행되어야 한다. 몇 달 전 양자역학 책을 읽고 이것을 이해했는데 시간이 지나고 잊어버렸다.. 양자역학의 개념을 잊어버린채 이 설명을 읽으니 이해가 안된다. 다시 확인을 해봐야겠다. 반대로 말하면 양자역학에 대한 기본은 설명하지 않고 무작정 슈뢰딩거의 고양이에 대해 설명하는 것은 굉장히 불친절한 설명이란 생각이 들게 된다.

최고의 밀크티를 만들려면 차부터 우릴까 우유부터 부을까?
차의 맛은 뜨거울수록 맛이 좋다는 결론을 얻었다고 한다. 개인적으로도 뜨거운 차를 좋아한다. 여기에 찬 우유를 붓게 되면 필연적으로 차의 온도는 떨어진다. 그럼 차가운 우유를 차를 우리기 전에 미리 넣는 것과, 차를 우리고 나서 즉, 물이 조금 식은 후에 넣는 것 중 어떤 것이 더 맛이 더 좋을까? 차에 우유를 언제 넣는 것이 좋은지도 물리학적으로 답을 낼 수 있다니 재미있다. 이것은 물리학의 냉각효과와 관련이 있는데 결론은 미리 넣는 것이 좋다고 한다. 뜨거운 것은 주변과 동일한 온도에 도달할 때까지 주변에 열을 전달하는데 평행에 도달하는 속도는 온도 차에 딸려 있고, 온도차가 클수록 열은 더 빨리 전달되기 때문이다.

유물의 나이를 결정하는 탄소 연대측정은 어떻게 할까?
탄소 연대측정으로 유물이나 화석의 나이(?)를 측정한다는 이야기는 많이 알고 있지만 탄소 연대측정은 어떻게 하는지까지 구체적으로 알지는 못할 것 같다. 모든 생물은 약간의 탄소-14 원소를 포함하는데 호흡을 통해 체내에 들어온 공기에 섞여서 탄소-14가 몸속으로 들어온다고 한다. 살아있는 유기체는 호흡을 통해 탄소를 흡입하고 소비하기 때문에 체내에 있는 탄소-14의 양은 거의 동일하지만 유기체가 사망하면 흡입이 중단된다. 탄소-14는 방사성 물질이라서 시간이 지나면 반감되는데 일정한 속도로 붕괴된다. 살아있을 유기체에 들어있을 탄소-14의 양과 남아있는 양을 비교하여 대략 언제 죽었는지 계산해낼 수가 있는 것이다. 60년 이내라면 연대를 정확히 맞출 수 있다고 한다.

우리가 음식을 통해 섭취하는 방사능은 얼마나 될까?
우리는 호흡을 통해 방사성 물질인 탄소-14를 흡입한다는 걸 배웠다. 그렇다면 음식을 통해서는 얼마나 많은 방사능을 섭취하고 있을까? 방사능은 식품을 안전하게 유지하기 위해 위험한 미생물을 처리하는 완전무결한 방법이라고 한다. 그래서 식품회사에서 일부러 방사선 처리를 하는 경우가 있다고 한다. 아주 소량으로 방사선에 노출시켜 살균을 한다. 이렇게 하면 제품에 손상이 가지 않게 하면서 미생물을 죽일 수가 있다. 음식에 방사능이 들어가는 다른 이유는 식품에 함유된 자체 화학물질 때문에 자연적으로 방사능에 노출된다고 한다. 바나나는 안에 포함된 칼륨-40 때문에 방사능이 있는 것으로 알려져있다. 그 양은 정상적인 일일 노출량의 1퍼센트라고 하니 바나나에 의한 방사능 중독으로 죽으려면 3500만개의 바나나를 먹어야 한단다. 감자, 견과, 콩도 유사하게 적은 양의 방사능을 포함하고 있다고 한다.

밤하늘의 별은 왜 반짝이는 것일까?
별은 왜 빛나는 걸까? 누군가 대답해 주었습니다. 그건 내 눈이 울고 있기 때문이라고.. 사람들이 슬플 때만 하늘을 올려다봐서 라고.. 별은 원래 빛나지 않는거라고.. [빨간머리 앤]에 나오는 대사인데 실제로도 별은 반짝거리며 빛을 내지 않는다고 한다. 하지만 밤하늘의 별이 반짝이는 것처럼 보이는 이유는 슬플 때 울고있을 때만 하늘의 별을 보아서가 아니라 별빛이 대기를 통과하면서 굴절되기 때문이라고 한다. 별빛이 대기를 더 길게 통과할수록 빛의 왜곡은 더 심해진다. 그래서 멀리 있는 별이 더 많이 반짝인다.

모든 행성이 일렬로 늘어서면 무슨 일이 일어날까?
인류 멸망을 다룬 영화나 아포칼립스를 예언하는 영화에서 단골로 나오는 것이 모든 행성이 일렬로 늘어섰을 때 지구가 멸망하거나 악이 힘을 가지게 된다고 하는데 실제로는 어떤 일이 발생할까? 우선 모든 행성은 공전하는 각도가 모두 다르므로 행성이 한 줄로 형성되는 것은 사실상 불가능하다고 한다. 물리적으로 한줄 비스무리하게 근접하는 것도 실제로는 서로 엄청나게 떨어져 있다고 한다. 그래서 영화에서 말하는 것처럼 완벽하게 일직선이 되는 것은 불가능하고, 모든 행성을 한 프레임 안에서 확인할 수 있는 것은 2492년이라고 한다. 그나마도 일직선이 아니라 멀리 펼쳐져 있을 것이라는데 어쨌건 이런 식으로 행성들이 직선 비스무리하게 나열되면 중력을 영향을 받을 것이라고 주장해왔는데 그 효과는 미미해서 사실상 아무런 영향이 없을거란다.

전자레인지 안에 있는 그물망은 무엇일까?
전자레인지 안을 청소하면서 안에 그물망이 있는 것을 보게 된다. 그리 깊이 생각한 적이 없었고 어쩌면 전자레인지가 폭발하거나 했을 때 안전을 위해 구조물이 밖으로 튕기는 걸 방지하는 용도인건가?라는 식으로만 생각했었는데 이것은 전자파가 밖으로 유출되지 않게 하는 역할이라고 한다. 전자레인지 문안쪽에 그물처럼 생긴 망을 만들어 놓음으로써 망의 구멍보다 큰 전자파가 밖으로 세어나오지 못하게 안에 가두어 놓게 된다고 한다.

정말로 머리를 사용하면 자동차 문을 열 수 있을까?
영화 [라라랜드]를 보면 넓은 주차장에서 차를 어디 주차했는지 잊어버린 여자의 차를 찾기 위해 남자가 리모콘을 턱에 대고 리모콘을 누르는 장면이 나온다. 그렇게 하면 머리가 안테나 역할을 해서 멀리까지 신호가 간다는 이유였다. 이 이야기는 사실이었다. 우리 몸의 대부분, 특히 머리는 물로 구성되어 있는데 전파가 물을 통과할 때 전파의 전자기 효과가 물 분자를 동기화 시키게 되고, 물 분자는 전파 신호를 모방하게 되어 전파가 더욱 강해진다고 한다.

생활 속에서 만날 수 있는 다양한 물리학 법칙과 원리들을 배울 수 있었는데 이 외에도 좀 더 어렵고 이론적인 내용들도 많이 있어서 꼼꼼하게 읽어본다면 물리학에 대한 지식을 많이 쌓을 수 있을 것 같다.