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김범준의 이것저것의 물리학 - 호기심 많은 물리학자의 종횡무진 세상 읽기
김범준 지음 / 김영사 / 2023년 9월
평점 :
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머리 위에서 아래로 떨어뜨린 탁구공에 맞으면 안 아프지만 같은 높이에서 떨어뜨린 골프공에 맞으면 아픈 것은, 속도가 같아도 질량이 다라 머리에 맞을 때 골프공의 운동량이 더 크기 때문이다. 빠를수록 운동량이 크니, 아주 빠르게 날아오는 골프공에 맞으면 크게 다칠 수도 있다. 고층 아파트에서 휴지를 물에 적셔 뭉쳐서 떨어뜨리는 아이들 장난이 위험한 이유이기도 하다. 길에서 튄 코딱지만 한 돌멩이가 달리는 자동차 앞유리를 파손하는 것도 다 운동량 때문이다. (-24-)
우리 눈으로는 거의 달라 보이지 않는 액체 상태와 유리 상태에서의 입자들의 위치 정보 만으로도 상당한 시간이 지난 후의 입자들의 운동성을 성공적으로 예측할 수 있었다. 즉,스냅사진만으로도 액체인지 유리인지를 알아낼수 있다는 이야기다. 정적인 정보만으로도 동역학적 특성을 추출할 수 있다는 뜻이기도 하다. 학습시킨 인공신경망이 온도에 따른 상관거리의 변화를 중요한 특성으로 추출했다는 내용도 논문에 담겼다. 점점 더 멀리 떨어진 입자들도 서로 관계를 맺게 되는 것이 유리상전이의 주된 특성이라는 이야기다. (-63-)
천체현상을 뺀 대부분의 자연현상에 대해 전자기 상호작용이 답이 되는 이유는 간단하다. 강한 상호작용과 약한 상호작용은 작용거리가 너무 짧아 우리가 마주하는 대부분의 현상과는 관계가 없고, 중력은 워낙 약하기 때문이다. 현대 문명을 만든 것은 십중팔구,아니 백중 구십구는 전자기 상호작용이다. (-65-)
바다에서 머리 떨어진 일정 지역에 매년 모여 번식하는 황제펭귄 다큐멘터리를 인상깊게 본 적이 있다. 날씨가 아주 추워지면,황제펭귄은 다닥다닥 가깝게 모여 높은 밀도의 무리를 이룬다. 바람 없는 캄캄한 밤, 동서남북 어느 방향이나 환경이 똑같은 상황에서 황제펭귄의 밀집대형은 어떤 모습일까?이 질문에 대한 답은 간단한 사고실험으로 찾을 수 있다. 내가 바로 무리의 맨 바깥 가장자리에서 추위에 떠는 펭귄이라고 상상해 보는 거다. 무리 안쪽에서 주변 펭귄이 온기를 나누고 있는 다른 친구 펭귄이 나는 참 부럽다. 무리의 안쪽으로 쏙 들어가고 싶다. 나만 추운 게 아니다. 밀집대형의 바깥 둘레에 있는 모든 펭귄의 수가 최소가 되는 상태에서 밀집대형의 모습이 결정된다. 긴 막대 모양보다는 정사각형 모양일 때 추위에 떠는 펭귄이 적고, 정사각형 보다도 원 모양이 더 낫다. 2차원에서 면적이 일정할 때 두레의 길이가 가장 짧은 도형이 바로 원이기 때문이다. 바람 없는 추운 밤, 황제 펨귄 무리가 선호하는 밀집대형의 모습은 원이 될 것을 예상할 수 있다. (-94-)
물리학자로서 나는 사이넷의 등장을 기대와 우려가 섞인 시선으로 본다. Ai물리학의 발달에 대해 큰 기대를 할 수 있는 분야는 양자젹학이다. 현재의 양자역학 체계는 물리학자들에게 여전히 불만이다. 만약 아무런 선입견 없이 관찰 데이터에만 기반해 양자역학을 인공지능이 처음부터 다시 구성한다면 과연 어떤 모습이 될지 나는 무척이나 궁금하다. 사이넷에 대한 나의 우려는 '물리학의 미래'에 있다. 논문의 저자들이 의도했는지 알수 없지만 ,영화 <터미네이터>에 등장하는 인류의 종말을 바라는 미래 인공진믕의 이름이 '스카이넷'이다. (-148-)
어미 달마티안과 강아지 여럿이 담긴 사진을 보자. 어린 달마티안 강아지가 성장하면서 얼룩덜룩한 무늬의 모습이 변한다는 것을 알수 있다. 어린 강아지의 작고 검은 반점은 시간이 지나며 점점 성장하고, 전체 반점의 숫자는 줄어드는 것처럼 보인다. 도대체 달마티안의 얼룩덜룩한 무늬는 어떻게 형성되는 것일까? 튜링이 1952년 출판한 논문의 제목은'The Chemical Basis of Morphogenesis(형태 발생의 화확적 근거)'이다. 제목에서 짐작할 수 있듯이,생명체가 보여주는 형태가 만들어지기 위한 화학적 근거를 제안한 논문이다. (-206-)
물리학은 변화, 혹은 운동에 대한 것이다. 물리학에서 운동을 기술할 때는 시간과 공간을 보통 함께 이용한다. 조선시대의 상치제는 공간적인 의미다. 나는 현재 우리나라에서 필요한 것은 공간이 아닌 시간의 상피제가 아닐까 생각해본다.가까운 미래에 대한 결정은 현재 자신의 속한 집단의 이해관계에 의해 너무나 쉽게 영향을 받기 때문이다. 시간상으로 떨어진 두 시점 사이에도 공간에서 했던 것과 마찬가지로 상관관계를 측정할 수 있다. (-266-)
동양의 철학은 이치에 맞게 행동하는 것을 소중히 여긴다.이치에 맞게 행동하면, 원망이 적고, 평온한 상태를 유지할 수 있다 말하는 이유도 그러하다. 여기서 이치란 물리학자에겐 물리학을 의미하며, 물리학은 세상의 움직임, 변화 흐름을 이해하는 학문이다.
책 『김범준의 이것저것 물리학』에 관심을 가진 이유는 ,그가 주로 나오는 유투브 과학 채널 때문이다. 김범준 박사의 과학적인 유식함에 반해서, 이 책을 읽게 된 이유였다. 즉 책을 통해서, 한 사람을 이해하고,그 다음엔 세상의 변화를 이해한다. 인간은 언젠가 죽을 수 있는 필연적인 운명에 놓여지며, 네가지 힘에 의해서, 우주가 움직이고 있다는 걸 물리학의 원칙으로 앞세우고 있다. 약한 핵력, 강한 핵력, 중력, 전자기력, 물리학을 이해하는 기본적이 네가지 힘에 해당한다.
즉 사람이 죽는 이유도, 컴퓨터가 만든 원리도, 우주로 여행을 할 수 있는 이유도, 지구가 태양을 공전하는 힘 또한 물리학을 이해하는 과정 속에서 포함되고 있으며,이 세상의 문명이 만들어지게 된 계기는 전자기력의 힘에 의해서였다. 원자 단위의 입자는 강한 핵력과 약한 핵력에 다라 움직이고 ,결합한다 중력은 상대적으로 힘이 약하지만, 전 우주의 보편적인 힘이다.추가적으로 우리는 이 책을 통해서, 영자역학의 문을 열수 있다. 시간의 개념에 대한 이해,아인슈타인이 상대성 이론과 중력파, 광전 효과 등등,우리의 삶에 영향을 미치는 물리학에 대해 알아볼 수 있다. 추가적으로 우리 스스로 눌리학을 이해함으로서, 나아가야 할 방향을 알 수 있고, 컴퓨터 기술이 발달하게 되며, 결국 인간의 뇌 매커니즘이 정복될 가능성은 점점 커져가고 있다.