[세계 물리학 필독서 30] 뉴턴부터 오펜하이머까지··· 세계를 뒤흔든 물리학자들의 명저

세계 물리학 필독서 30 - 뉴턴부터 오펜하이머까지, 세계를 뒤흔든 물리학자들의 명저 30권을 한 권에 ㅣ 필독서 시리즈 22
이종필 지음 / 센시오 / 2024년 8월

가장 어려운 학문 중의 하나로 알려진 물리학은 어떤 과정을 거쳐 현대 물리학에 이르렀을까? 물리학을 처음 배웠을 때를 돌이켜보면, 그리스 시대의 자연과학에서 연유한 것으로 우리는 알고 있다. 그러나 물리학은 처음 배웠을 때의 '어려울 것 같다'는 느낌을 벗어나지 못한 채 고등학교 때 배운 기초 물리학의 기억으로만 독자와의 인연을 끝냈다. 독자가 학교 다닐 때는 문과와 이과로 나뉘어 대입을 준비했는데 문과 대학의 일부에서는 수학과 물리학을 본 고사에서 치르지 않는 대학도 있었다. 대신 문과 계통의 공부는 더 해야 했다. 물리학에 흥미를 느끼지 못한 독자로서는 결국 문과로 진학했고, 대신 물리학과 수학으로부터는 아주 멀어지게 됐다. 

대학에 들어가서도 별도로 물리학이나 수학을 배우지 않았고, 취업 시험에서도 수학과 물리학은 별 필요없었다. 당시 고등학교 교과목(커리큘럼)도 대학 입학이라는 목표 아래 구성되었다. 그러나 정작 직장 생활하면서 왜 고등학교 교과목에 물리나 수학이 있어야 하는지에 대해서 여러 번 필요성을 느꼈다. 실제 기업체에서는 물리학과 수학이 훨씬 사용도가 높았다. 경제학 책을 읽어야 할 때도 수학과 물리학 이론이 밑받침된 것들이 많았다. 직장 생활 중 동료들과의 잡담에서도 물리학과 수학에 관한 이야기가 훨씬 많았다. 실물 경제에 대한 이해 때문이었던 것 같다. 우리가 말하는 물리는 우주나 천문학에만 소용되는 것이 아니었다. 수학 역시 복잡한 공식이나 고등 수학이 아닌 한, 기초 기초는 수시로 쓸모가 있었다. 그러나 문과에서 열심히 배웠던 철학적 사고나 글쓰기 등은 별로 화제가 된 적도 없고, 누구 하나 문제를 제기한 적도 없었다. 굳이 비유해 표현하자면 우리의 일상에서는 '이과적 머리'가 '문과적 머리'보다 훨씬 효용성이 높았다.

이 책 『세계 물리학 필독서 30』은 세상의 모든 물질을 구성하는 원자부터 광대한 우주와 시간의 비밀까지, 생명과 우주의 이치를 담은 물리학 책 가운데 독자들이 꼭 알아야 할 텍스트 30권을 저자 이종필이 선정, 소개한다. 저자는 「우리 시대에 반드시 읽어야 할 물리학 고전들을 추천하며」이란 제목의 〈서문〉을 통해 "물리학은 상당히 매력적인 학문이지만 누구나 선뜻 다가가기는 힘들다. 설령 관심이 생겨 책을 읽어보려 해도 어디서부터 어떻게 시작해야 할지 알 수 없을 만큼 깊고 넓은 학문"이라고 전제한다. 저자는 이 책 『세계 물리학 필독서 30』이 물리학에 대한 이런 막연한 갈증과 낯섦을 해결하기 위한 책이라고 말한다. 그동안 물리학의 저변을 넓히기 위해 여러 권의 대중 과학서를 집필하고 과학 커뮤니케이터로 활발히 활동해온 물리학자 이종필 교수가 이 책을 집필한 이유다. ‘교양으로서 과학을 어떻게 알려줄 것인가’라는 저자의 오랜 고민에 대한 해답이기도 하다고 설명을 덧붙인다.

저자는 〈서문〉에서 시대가 변하고 상황이 바뀌어도 ‘과학 교육’의 가장 기본적인 출발점은 언제나 ‘고전 명작’일 수밖에 없다고 결론을 내린다. 그리고 그 ‘고전 명작’을 선정하는 데 가장 중요한 기준은 ‘과학의 원초성(originality)을 담은 책’이라고 강조한다. 저자는 이 기준에 따라 물리학의 역사에서 중요한 위치를 점하고 있거나 그런 역할을 했던 과학자가 쓴 책을 위주로 서른 권의 책을 선별했다고 한다. 과학적 사고의 기원이 된 플라톤의 『티마이오스』와 서구의 2,000여 년 정신세계를 지배한 아리스토텔레스의 『자연학』, 인류가 어떻게 수학의 언어로 자연을 이해하게 되었는지를 보여주는 뉴턴의 『프린키피아』를 책의 서두에 배치한 것도 같은 이유다.

이처럼 초기 과학적 사고와 이론의 본질을 보여주는 학문적 여정을 지나면 아인슈타인, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 파인만, 스티븐 호킹처럼 이름만 대면 누구나 알 만한, 역사적으로 위대한 과학자들의 저서를 친절한 설명과 함께 '쉽게' 풀어낸다. '쉽게'란 표현은 독자가 붙인 수식어지만, 특별한 물리학 지식이 없어도 이 책을 이해할 수 없을 정도로 대중적 문장으로 표현하고 있다는 의미에서다. 물론 대중적 문장이란 일반 독자들이 읽어도 이해할 정도의 수준이란 뜻이다. 소개된 원전이 쉽게 쓰여진 것일 수도 있지만, 대다수는 저자의 손을 거쳐 쉽게 이해할 수 있도록 재기술되었다는 독자의 판단 때문이다. 또 기존 고전적 과학자뿐만 아니라 킵 손이나 안톤 차일링거처럼 최근에 노벨상을 수상한 과학자들, 현 시대 가장 촉망받는 과학자와 이미 세계적인 일가를 이룬 인물들의 책까지 균형 있게 다루고 있다. 『아메리칸 프로메테우스』나 『코스모스』 『시간의 역사』처럼 구매한 사람은 많지만 끝까지 읽은 사람은 별로 없는 명작들에 대한 소개와 해설도 이 책의 빼놓을 수 없는 묘미이다. 왜 끝까지 읽지 못했을까?란 이유를 생각해보면 흥미 있고, 이유 있는 책의 내용을 발견할 수 있는 점도 매력적이다. 독자처럼 고등학교 기초 물리학 수준에서 이론과 개념을 넘어 교양으로서의 물리학, 거대한 지식의 맥락 가운데 하나로서의 물리학을 알고 싶다면 이 책 『세계 물리학 필독서 30』을 추천하기를 주저하지 않을 것이란 게 독자의 기대이다. 독자들은 책장을 넘기는 것만으로도 짜릿하고 놀라운 지적 경험을 하게 될 것으로 독자는 믿는다.

뉴턴의 『프린키피아』에 대한 책 선정 이유는 당연하다. 뉴턴이 과학사 특히 물리학의 역사에 끼친 영향은 가히 혁명적이다. 그의 저서가 소개되지 않는다면 어쩌면 '필독서'로서 가치를 잃을지도 모른다. 뉴턴의 '만유인력 발견'은 과학사를 뒤집을 대단한 사건이다. 물리학을 몰라도 뉴턴은 아는 사람도 많을 정도로 그의 물리학에 끼친 영향은 실로 대단하다. 그러나 그가 『프린키피아』란 책을 썼다는 사실을 아는 사람은 많지 않을 것이다. 물론 독자도 이 책을 통해 처음 들었다. 이유는 복잡한 기하학으로 쓴 책이라 물리학 전공자들도 일일이 모든 것을 따라가면서 읽기 쉽지 않다고 저자는 말한다. 그럼에도 불구하고 저자가 이 책을 선정한 이유는, 수학을 모르는 인문계열 출신이 책을 따라가면서 그 모든 증명을 다 이해하고 어떤 지식을 얻기를 바라서가 아니라고 한다. 그것은 부차적인 문제다.

저자에 따르면 뉴턴 이래도 인류는 수많은 훌륭한 물리학 교과서를 엄청나게 많이 출간해 왔다. 지식을 얻기 위해서라면 현대의 잘 정리된 교과서가 훨씬 더 도움이 될 것이다. 그러나 『프린키피아』는 말 그대로 물리학의 '고전 명작'이다. 그래서 문장 하나하나를 일일이 다 따라가면서 탐독하는 것도 좋지만, 무엇보다 17세기의 과학혁명이 어떤 식으로 이루어졌는지, 수학의 언어로 어떻게 자연을 이해하게 되었는지 일단 '구경'이라도 해볼 만한 가치가 있다는 생각이다. 뿐만 아니라 저자는 대학에 가지 않았거나 이미 졸업한 독자들이라도 대학 신입생의 마음으로 이 책의 목록을 들여다본다면 새로운 독서의 욕구가 생기지 않을까, 저자는 기대한다고 밝힌다. 또한 『세계 물리학 필독서 30』에 적힌 책의 목록만으로도 대략적으로 물리학 발전의 역사를 엿볼 수도 있을 것이란 믿음 때문이라고 저자는 강조한다. 

다만 저자는 자신의 기준 때문에 최근 급증하고 있는 국내 저자들의 저서를 아직은 포함하지 못한 것을 아쉽게 생각한다고 말한다. 세월이 좀 더 흐르면 국내 저작들도 원초성을 갖는 고전의 반열에 충분히 오를 것이란 확신을 갖고 있다고 밝힌다. 저자는 아쉬움을 달래기 위해 추가로 읽을 만한 추천도서에 국내 저작들을 많이 반영했다고 덧붙인다. 비전문적 독자로서 훨씬 더 많은 책을 읽을 수 있도록 유도하는 한 방법이 될 수 있다는 생각이다.

이 책은 별도의 구분 없이 30권의 책에 각 한 장(章) 할애해 모두 30장으로 구성돼 있다. 각 장의 맨 마지막엔 앞서 언급한 국내 저작물을 포함한 '함께 읽으면 좋은 책' 〈참고도서〉를 소개한다. 이 책은 대체적으로 연대기 순으로 정리돼 있다. 1장에는 「신은 언제나 기하학을 하고 있다.」는 제목으로 플라톤의 『티마이오스』를 소개한다. 같은 순서로 30장에는 「SF와 과학의 경계 사이, 다중우주를 향한 담대하고도 놀라운 가설」이란 제목의 맥스 테그마크의 『맥스 테그마크의 유니버스』가 올라 있다. 책 앞 부분에 〈목차〉는 독자들이 필요한 책을 찾아 읽을 수 있도록 잘 정리돼 있다. 자신이 원하는 것만 찾아 읽을 때도 〈목차〉에 정리된 '과학자', '책 이름' 그리고 '제목'을 한 번 쭈욱 훑어볼 것을 먼저 읽은 독자로서 권유한다. 과학의 흐름도 짐작할 수 있고, 현대 과학에 이르기까지 누구의 어떤 이론이 성과를 이뤘는가에 대해 추정케 하기 때문이다. 

독자는 우리가 사는 현대로 구분되는 시점, 즉 제2차 세계대전 종전에 기여한 가장 큰 무기인 '원자폭탄'에 관한 이야기를 가장 알고 싶었다. '맨해튼 프로젝트'로 당시 미국 대통령 프랭클린 루스벨트 때 시작해 갑작스런 그의 죽음으로 부통령이었던 트루만 대통령 때 완성했던 원자폭탄 이야기다. 저자는 「우주의 근본적인 에너지로 인류의 역사를 바꾼 드라마」란 제목으로 리처드 로즈의 『원자폭탄 만들기』를 15장에 배치했다. 리처드 로즈는 이 책으로 퓰리처상 논픽션 부문(1988)을 수상했으며 세계적 저술가 반열에 올랐다. 리처드 로즈는 1986년 과학자, 정치가, 군인, 심지어 피폭자까지 600건의 문헌과 수백 명의 증언을 바탕으로 원자폭탄의 개발의 역사를 재구성했다. 

20세기를 특정짓는 단 하나의 장면을 꼽으라면 주저 없이 1945년 8월 6일 히로시마에 피어오른 버섯구름을 선택한다고 저자 이종필은 말한다. 그 이전과 이후 세상을 뚜렷하게 구분하는 수많은 요소들이 거기에 함축돼 있기 때문이란다. 무엇보다 우리 인류는 완전히 새로운 종류의 에너지를 손에 넣게 되었다. 원자핵 속에 감춰졌던 그 에너지는 이전에 인류가 사용하던 에너지보다 최소 수백만 배나 더 큰 에너지를 쏟아낼 수 있다. 그렇게 큰 에너지가 일시에 분출하도록 만든 핵무기는 도시 하나를 완전히 절멸시킬 위력을 가졌으며, 그 때문에 오랜 세월 인류의 역사와 함께했던 전쟁의 개념조차도 바뀌어버렸다는 게 원자폭탄의 의의를 규정한다.

또한 핵무기의 등장과 일본의 패망으로 형성된 전후 질서는 21세기인 지금까지도 큰 틀에서 유지되고 있다. 그 모든 것을 가능하게 한 것이 물리학자들이었다는 점도 흥미롭다. 원자폭탄 역사를 재구성한 이후 저자 이종필은 책의 내용에 집중한다. 이에 따르면 '원자폭탄(atomic bomb)'은 말 그대로 원자 속의 에너지를 이용한 폭탄이다. 따라서 그 원리를 이해하려면 우선 원자가 무엇인지부터 제대로 알아야 한다. 이 책(『원자폭탄 만들기』)은 바로 그 지점, 즉 우리가 원자를 제대로 이해하기 시작한 무렵까지 거슬러 올라가 이야기를 시작한다. 그리고 이 여정의 끝으로 1945년 핵무기 실전 투하와 종전, 그리고 그 이후 후기까지 다루고 있다. 사실 이 정도 방대한 양을 다루려면 이 정도 분량(번역서 2권)으로는 도저히 불충분할 것 같다고 저자는 이야기한다. 그럼에도 로즈는 그리 많지 않은 분량 속에 정말로 방대한 이야기를 깔끔하면서도 균형감 있게 녹여냈다고 평가한다. 또 『원자폭탄 만들기』의 놀라운 점은 단지 과학이나 과학자들 이야기만 다루는 게 아니라는 점이다. 중요한 정치사회적인 사건들, 심지어 군사적인 상황과 전선의 전황까지도 생생하게 전달해 준다. 여기에는 연합국뿐 아니라 독일과 일본도 포함된다. 그래서 책 한 권이 여러 권의 책을 대신하는 듯한 느낌을 받을 수 있을 것이라고 저자 이종필은 강조한다.

이후 온전히 과학적인 진전에 따라 원자폭탄의 원리와 제조 과정, 관여한 인물들의 과학적 공적들을 일일이 열거한다. 원자폭탄이라는 어마어마한 에너지 방출은 어느 날 갑자기 한 사람의 천재성에 의해 제시됐지만 그 과학적 입증 과정은 수많은 과학자와 사람들의 엄청난 노력이 뒷받침됐다는 사실을 확인하고 있다. 여기서 마지막에 이름을 올린 과학자는 놀랍게도 독일인이다. 독일의 화학자 오토 한과 프리츠 슈트라스만은 1938년 우라늄에 중성자를 때리는 실험 와중에 이상한 결과를 발견했다. 반응 후에 생긴 물질이 우라늄보다 더 무거운 초우라늄이 아니라 널리 알려진 바륨과 비슷했다는 점이다. 그리고 이 과정에서 아주 큰 에너지가 방출되었다고 한다. 오토 한의 동료였던 리제 마이트너와 그의 조카 오토 프리슈는 중성자가 우라늄을 보다 가벼운 바륨으로 쪼갰으며, 그 과정에서 반응 전후의 질량 차이만큼 아인슈타인의 E=mC2 공식에 따라 엄청난 에너지를 방출한다고 올바르게 해석했다는 것이다. 당시 이들은 나치를 피해 독일을 떠나 스웨덴으로 피신해 있었다. 프리슈는 생물학의 세포 분열에서 이름을 따 이 현상을 '핵분열'이라 불렀다는 점을 책에서 인용해 확인해 준다.

이로부터 얼마 뒤 일본이 항복하면서 전쟁은 끝났다. 핵무기는 지금까지도 국제정세를 규정하는 중요한 요소다. 우리 또한 북한 핵무기가 현안이며, 우크라이나-러시아 전쟁에서도 전술핵 사용 여부가 큰 변곡점으로 작용할 것이다. 따라서 21세기 현재의 세계를 이해하기 위해서도 핵무기가 어떤 국제정세 속에서 개발되었는지, 그와 관련된 과학기술적인 원리가 무엇인지, 이후 세계는 어떻게 바뀌었는지를 아는 것이 중요하다고 저자 이종필은 리처드 로즈의 『원자폭탄 만들기』의 이야기를 인용해 역설하고 있다. 물론 책에 과학자들의 천재성과 엄청난 노력 등이 녹아 있기 때문이라는 사실을 부각시키기 위해서다. 따라서 이젠 핵무기를 문명 발전에 어떻게 이용해야 할까에 대해 인류에게 새로운 숙제를 남긴 셈이다. 이로써 과학, 특히 물리학 발전의 새로운 방향과 과제로 부상한다.

오펜하이머의 기구한 일생은 과학과 사회의 관계, 과학자의 윤리의식과 사회적 책임 등 결코 가볍지 않은 문제에 관한 고민거리를 던져준다. 특히 맨해튼 프로젝트는 20세기 과학의 대표적인 특성인 이른바 빅사이언스의 본격적인 시작이어서, 과학과 사회가 만나는 방식이 극적으로 전환되고 있었고, 그 속에서 과학자들의 역할과 책임 또한 예전처럼 간단하지 않게 되었다. 『아메리칸 프로메테우스』는 프로메테우스적인 삶을 살았던 한 영웅의 복잡 다면한 모습을 층층이 파헤쳐 과학이란 무엇이며 우리에게 어떤 의미인지 다시 묻고 있다.(p.175)

저자 : 이종필

1971년 부산에서 태어났다. 물리학자. 과학 커뮤니케이터. 서울대학교 물리학과를 졸업하고 같은 대학원에서 입자 물리학으로 박사학위를 받았다. 한국과학기술원KAIST 부설 고등과학원KIAS, 연세대학교, 서울과학기술대학교에서 연구원으로, 고려대학교에서 연구교수로 재직했다. 현재 건국대학교 상허교양대학 교수로 재직 중이다. 저서로 『샐러리맨, 아인슈타인 되기 프로젝트』 『우리의 태도가 과학적일 때』 『신의 입자를 찾아서』 『이종필 교수의 인터스텔라』 『물리학 클래식』 등이 있고, 번역서로 『물리의 정석』 시리즈, 『그림으로 보는 모든 순간의 과학』 『블랙홀 전쟁』 『최종 이론의 꿈』 등이 있다.

최근 출간한 『물리학, 쿼크에서 우주까지』 책에는 가장 작은 입자에서 가장 큰 우주까지, 세상이 작동하는 근본 원리를 추구하는 물리학의 결정적 장면들이 담겨 있다. 우리가 일상적으로 경험하는 힘과 운동의 법칙부터 인간의 직관을 뛰어넘어 미시세계를 지배하는 양자역학까지, 만물의 근원이 되는 입자의 발견에서 우주의 탄생과 미래에 대한 비밀까지. 비밀이 풀리는 물리학 여행이 흥미진진하게 펼쳐진다.

<본 포스팅은 네이버 카페 문화충전200%의 

서평으로 제공 받아 솔직하게 작성한 리뷰입니다.>