어린 시절 가지고 놀았던 실전화기는 실의 진동으로 소...

어린 시절 가지고 놀았던 실전화기는 실의 진동으로 소리를 전달한다. 공간이 전자기장으로 가득하다면 장을 진동시켜 무언가 전달할 수도 있을 거다. 맥스웰이 전자기장의 진동을 기술하는 수식을 구하고 보니, 놀랍게도 이 진동은 바로 ‘빛’이었다. 장이라는 아이디어가 뜻하지 않게 "빛은 무엇인가?"라는 오랜 난제의 해답까지 준 것이다. 1887년 하인리히 헤르츠는 전자기파의 존재를 실험으로 입증한다. 핸드폰의 무선통신은 바로 이 헤르츠의 전자기파를 이용하는 것이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P212

전하가 있으면 그 주위에는 눈에 보이지 않는 전기장이 펼쳐진다. 중력도 마찬가지다. 질량을 가진 물체 주위에는 중력장이 펼쳐진다. 전기장을 흔들면 전자기파가 생기듯, 중력장을 흔들면 중력파가 발생한다. 우주에 빈 공간은 없다. 존재가 있으면 그 주변은 장으로 충만해진다. 존재가 진동하면 주변에는 장의 파동이 만들어지며, 존재의 떨림을 우주 구석구석까지 빛의 속도로 전달한다. 이렇게 온 우주는 서로 연결되어 속삭임을 주고받는다.

이렇게 힘은 관계가 된다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P213

전기의 역사에서 결정적인 국면은 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 생긴다는 발견이다. 전류電流는 말 그대로 전하의 흐름이다. 즉, 도선에 전류를 흘려주면 자석이 된다. 이름하여 전자석이다. 사실 전기로 움직이는 기계는 대부분 이 원리를 이용한다. 전기모터가 한 예다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P216

맥스웰 방정식에는 이것 말고도 다른 흥미로운 내용이 들어 있다. 자기장이 시간에 따라 변해도 전기장이 만들어진다. 전하 말고도 전기장을 만드는 방법이 있었던 거다. 어려운 내용 같지만 ‘패러데이 법칙’이라 불리는 것으로 학창 시절에 들어본 적 있을 거다. 쉽게 말해서 자석을 흔들면 주위에 전기장이 만들어진다. 아니, 이렇게 쉽게? 그렇다. 전기장이 만들어지면 전하가 힘을 받아 움직인다. 전류가 흐른다는 의미다. 결국 도선 근처에서 자석을 흔들어주면 도선에 전류가 흐르기 시작한다. 마술 같은 이야기로 들릴 수도 있지만, 이것이 오늘날 발전소에서 전기가 만들어지는 원리다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P218

패러데이 법칙이 없으면 전기도 없다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P218

전하가 있거나 자기장이 변하면 전기장이 만들어진다. 전류가 있거나 전기장이 변하면 자기장이 만들어진다. 맥스웰 방정식은 단지 이것을 수식으로 쓴 것에 불과하다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P219

맥스웰은 이것에 ‘전자기파’란 이름을 주었다. 놀랍게도 전자기파가 정말 존재한다. 바로 ‘빛’이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P220

맥스웰 방정식이 아니었으면 눈에 보이지 않는 빛, 즉 전파가 존재한다는 사실을 알 수 없었을 것이다. 물론 핸드폰도 없을 것이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P221

20세기 중반 트랜지스터가 발명되기 전까지 전기의 이용은 기본적으로 맥스웰 방정식에 기반을 둔 것이다. (트랜지스터를 이해하려면 양자역학이 필요하다.) 맥스웰 방정식이 다루는 것은 전기장과 자기장이다. 따라서 전기를 이용한다는 것은 전기장과 자기장을 제어한다는 것에 다름 아니다. 에너지를 전기장 형태로 저장하는 장치를 ‘축전기’라고 하고, 자기장 형태로 저장하는 장치를 ‘코일’이라고 한다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P224

에너지보존법칙에 따라 에너지는 전기에너지에서 자기에너지로 형태만 바뀐다. 전기를 이용하여 불을 밝히거나 전열기를 뜨겁게 하려면 전기에너지를 빛이나 열에너지로 바꿔야 한다. 이렇게 해주는 장치를 ‘저항’이라 한다. 만물이 원자들의 조합으로 되어 있듯이, 결국 모든 전기 장치는 축전기, 코일, 저항의 조합으로 구성된다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P225

라디오나 핸드폰 같은 장치는 전파를 보내거나 받을 수 있다. 전자기파를 송수신할 수 있어야 한다. 앞에서 전자기파는 전기장이 자기장으로, 자기장이 전기장으로 바뀌며 진행한다고 했다. 따라서 (전기장을 저장하는) 축전기와 (자기장을 저장하는) 코일을 서로 연결해주면 송수신기가 된다. 보통 코일을 L, 축전기를 C라고 쓰는데, 이런 연결회로를 ‘LC 공진회로’라고 부른다. 모든 핸드폰에는 LC 공진회로가 들어 있다. 여기서 만들어지는 전자기진동은 용수철에 달린 추의 진동과 수학적으로 동일하다. 단진동이라는 의미다.

뉴턴이나 아인슈타인은 알아도 맥스웰은 모르는 사람이 많다. 뉴턴은 물리학의 토대를 세우고 아인슈타인은 그것을 뒤집었다. 맥스웰은 현대 문명을 지금과 같은 모습으로 만들었다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P226

물리학자는 모든 물질을 이루는 궁극의 단위와 이들을 기술하는 법칙을 찾으려 한다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P228

이렇게 대상을 쪼개어 부분으로 나눈 다음, 이들로부터 전체를 이해하려는 방법을 ‘환원주의’라고 한다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P229

증기기관의 움직임은 눈에 보이지 않는 작은 기체 분자들의 운동으로 이해할 수 있다. 증기기관이야말로 기계가 인간의 일자리를 대규모로 대체한 첫 사례다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P229

알코올은 인간 역사에서 가장 중요한 유기화합물의 하나다.
술에 들어 있는 알코올은 효모라는 세균이 설탕을 분해할 때 부산물로 나온다.
산소 없이 에너지를 만드는 이 과정을 발효라 부르는데, 루이 파스퇴르가 발견했다.
인간의 경우 산소를 이용하여 음식에 들어 있는 포도당을 분해한다. 우리가 숨을 쉬고 음식을 먹어야 하는 이유다.
파스퇴르는 발효가 단순한 화학반응이 아니라 생명의 고유한 현상이라며 여기에는 어떤 목적이 있을 거라고 확신했다.
이것을 생기론生氣論이라 한다.
화학으로 환원할 수 없는 생명의 고유한 현상이 있다는 생각이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P230

발효는 생명의 고유한 작용이 아니라 효소들이 일으키는 화학반응에 불과하며 효모는 일종의 화학공장이었던 것이다. 이 발견으로 생기론은 종말을 맞았으며 생명을 환원주의로 설명하는 시각이 득세하기 시작한다. 환원주의는 현대 과학의 첨단무기였다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P231

환원주의는 이렇게 주장한다. 원자물리는 입자물리의 응용에 불과하고, 화학은 원자물리에 불과하고, 생물학은 화학에 불과하고, 인간은 생물학으로 설명할 수 있다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P232

만약 입자에서 원자, 화학, 생명, 인간으로 층위層位가 높아짐에 따라 이전 층위에서 예측할 수 없었던 새로운 법칙이 출현한다면, 환원주의처럼 단순히 말하기는 힘들 거다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P233

이처럼 기체가 액체나 고체로 상相이 바뀌는 현상을 ‘상전이相轉移’라 부른다. 철 기체로부터 철 고체의 특성을 유추해낼 수 있을까? - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P234

물질에서도 상전이를 통해 얼음이 물이 되거나 물이 수증기가 되듯이, 상전이 이전에 물질이 갖지 않았던 속성이 새롭게 생겨난다. 이처럼 구성요소에서 없던 성질이 전체 구조에서 나타나는 현상을 ‘창발創發’이라 부른다. 창발의 예를 찾아보기는 쉽다. 당신 주위를 둘러보라. 수많은 자연현상이 일어나고 있다. 나뭇잎이 바람에 흔들리고 자동차가 움직이고 커피가 끓고 있다. 인간행동, 사회현상도 모두 여기 포함시킬 수 있다. 이것들 가운데 원자로부터 설명할 수 없는 것은 모두 창발이라 보면 된다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P236

환원주의에 대립되는 말로 ‘전일주의holism’가 있다. 전체를 부분으로 나누어 이해할 수 없다는 주장이다. 창발은 전일주의의 가장 강력한 무기다. 그래서 창발주의라 부르기도 한다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P236

많은 이들이 환원 대 창발 논쟁에 혼란스러워한다. 부분으로 쪼개서 이해해야 하나, 전체를 그대로 두고 이해해야 하나. 필자의 생각에 이 논쟁은 ‘본성 대 양육’ 논쟁과 비슷하다. 사람의 성격이나 지능이 유전자와 양육 중 어느 것에 더 많은 영향을 받느냐는 과학논쟁이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P239

현대 과학의 역사는 환원주의의 위력을 보여준다. 눈에 보이지 않아서 몰랐던 진실을 환원주의가 찾아냈기 때문이다. 우주에는 0.00000000000000000000043킬로미터의 쿼크에서 440,000,000,000,000,000,000,000킬로미터의 우주까지 그 이전의 층위로 환원될 수 없는 수많은 층위들이 있다. 각 층위는 자신만의 언어와 법칙을 가지고 있지만, 동시에 인접한 위아래 층위와 긴밀히 연결되어 있다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P241

이렇게 구성 원자들이 규칙적 배열을 갖는 물질을 ‘결정crystal’이라 부른다. 투명하고 아름다운 수정水晶이 그 예다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P244

두 전하 사이에 존재하는 전자기력은 어떻게 전달되는 ...

두 전하 사이에 존재하는 전자기력은 어떻게 전달되는 걸까? 뉴턴이 살아 있었다면 중력과 마찬가지로 ‘원격작용’이라 답했을 것이다. 공간을 넘어 단번에 전달된다는 뜻이다. - < 떨림과 울림 , 김상욱 (지은이) > 중에서

두 전하 사이에 존재하는 전자기력은 어떻게 전달되는 ...

두 전하 사이에 존재하는 전자기력은 어떻게 전달되는 걸까? 뉴턴이 살아 있었다면 중력과 마찬가지로 ‘원격작용’이라 답했을 것이다. 공간을 넘어 단번에 전달된다는 뜻이다. - < 떨림과 울림 , 김상욱 (지은이) > 중에서

질량을 가진 ‘모든’ 물체는 중력이라는 힘으로 서로 ...

질량을 가진 ‘모든’ 물체는 중력이라는 힘으로 서로 끌어당긴다. 그래서 중력을 만유인력萬有引力이라고도 부른다. 사과가 (지구의) 바닥으로 떨어지는 것은 지구와 사과 사이에 중력이 작용하기 때문이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P194

낙하에 대한 단순하고 아름답고 심오한 설명이다. 모든 물체는 서로 끌어당긴다. 따라서 서로가 서로에게 낙하한다. 지구는 태양으로 낙하하고 있지만 태양에 닿지 않는다. 인공위성은 지구로 낙하하고 있지만 바닥에 닿지 않는다. 태양은 우리은하 중심의 블랙홀을 향해 낙하하고 있지만 블랙홀에 닿지 않는다. 뉴턴은 이 모든 사실을 수학적으로 증명하였다. 그 과정에서 F=ma라는 운동법칙을 정립했음은 물론, 이 식을 풀기 위해 미적분이라는 수학마저 만들어냈다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P196

운동법칙의 질량과 중력의 질량은 완전히 똑같다. 그래서 중력을 받으며 운동하는 물체를 기술할 때, 두 개의 질량이 상쇄되어 운동방정식에서 사라진다. 지구상의 물체가 모두 같은 속도로 낙하하는 이유다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P199

질량이 있으면 주변에 중력장이 존재한다. 마치 거미가 있으면 주위에 거미줄이 있는 것과 같다. 달은 지구를 직접 느끼는 것이 아니라 지구가 만든 중력장을 느낀다. 질량이 움직이면 중력에 변화가 생기며 이 변화는 중력장의 진동으로 전달될 것이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P199

뉴턴의 운동법칙 F =ma에는 세 개의 알파벳이 등장한다. 힘(F ), 질량(m), 가속도(a)다. 뉴턴에 따르면 이 수식은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 해석된다. 물체에 힘(F )을 가하면 가속(a)된다. 속도가 바뀐다는 의미다. 같은 힘에 대해 질량(m)이 클수록 가속은 작다. 문제는 왜 질량이 여기 있냐는 것이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P200

가속되는 사람은 (존재하지도 않는) 힘을 느낀다. 뉴턴의 운동법칙 F =ma를 이번에는 오른쪽에서 왼쪽으로 가며 해석해보자. 그 사람이 느끼는 가속도에 질량을 곱하여 힘을 얻는다. 결국 이 힘은 질량이 만드는 것처럼 보인다. 질량이 만드는 힘은 중력이다. 결국 운동법칙에 질량이 등장하는 이유는 가속되는 사람이 느끼는 힘이 중력과 같기 때문이다. 아인슈타인은 이것을 ‘등가원리’라고 불렀다. 가속과 중력을 구별할 수 없다는 것이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P201

이제 아인슈타인의 특수상대성이론이 필요하다. 정지한 사람과 움직이는 사람의 시간과 공간이 다르다는 의미다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P201

특수상대성이론에 따르면 속도가 있는 사람은 정지한 사람과 시공간이 다르다. 속도가 점점 줄어들면 시공간의 다른 정도가 점점 변할 것이다. 가속되는 동안 시공간에 연속적인 변형이 생긴다는 말이다. 둘레길이가 연속적으로 변하면 콜라병과 같이 휘어진 곡면이 만들어지듯이 시공간이 휘게 된다. 등가원리에 따르면 가속은 중력과 구별되지 않는다. 결국 중력은 시간과 공간을 휘어지게 만든다. 중력파는 시공간이 휘어지고 변형되며 만들어내는 진동이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P202

『전락』의 클라망스는 추락하는 여인을 보고 전락한다. 물체가 왜 추락하는지는 문명의 역사만큼이나 오래된 의문이었다. 아리스토텔레스는 추락에서 물질의 본성을 보았고, 뉴턴은 두 물체 사이에 작용하는 힘을 보았으며, 아인슈타인은 시공간의 변형을 보았다. 인간이 추락의 본질을 이해하거나 말거나, 오늘도 날개가 있는 것들이 추락한다. 날개가 없는 것들은 말할 것도 없다. 추락하는 것은 질량이 있다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P202

우주에는 네 종류의 힘이 존재한다. 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이 그것이다. 일상생활에서 핵력을 느끼려면 태양을 보면 된다. 태양이 빛을 내는 이유는 핵력과 관련된 핵융합반응 때문이다. 원자력발전소에 가봐도 핵력의 위력을 볼 수 있다. 이처럼 핵력은 방사능과 관련된 힘이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P203

사실 우리 주위에서 일어나는 대부분의 자연현상은 전자기력 때문이다. 지금 당신이 이 글을 읽을 수 있는 것도 전자기력 때문이다. 신문 또는 스마트폰에서 출발한 전자기파, 즉 빛이 당신의 눈에 도달한다. 눈의 망막에 있는 분자들이 빛 때문에 변형을 일으키고, 그 결과 화학신호가 발생하고, 그것이 전기신호가 되어 뇌로 전달되는데, 이 모든 것이 전자기력 때문이다. 심지어 당신이 글을 인식하고 이해하는 것도 뇌 속의 전기적 작용, 즉 전자기력 때문이다. 우리가 실용적 목적으로 사용할 수 있는 힘은 모두 전자기력이다. 우리 주변 대부분의 기계들이 전기를 이용하는 이유다. 전기가 예뻐서 그러는 것이 아니다. 다른 가능성이 없기 때문이다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P205

중력을 일으키는 것은 입자의 ‘질량’이다. 전자기력은 ‘전하’가 일으킨다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P205

전하에는 양(+)과 음(-)의 두 종류가 있는데, 대개 이들이 같은 양만큼 있어 상쇄되어 전하가 없는 중성으로 존재하기 때문이다. 반면에 양(+)의 질량을 상쇄시킬 음(-)의 질량은 존재하지 않기에 질량은 상쇄되는 법이 없다. 질량은 언제나 양(+)의 값을 갖는다. 그래서 중력을 숨길 방법은 없다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P206

힘은 두 입자 사이에 작용한다. 입자가 혼자 있을 때 힘은 존재하지 않는다. 즉, 힘은 상호관계다. 인간 사이의 상호관계는 얼마나 오래 만났는지, 성격이 얼마나 일치하는지에 따라 결정된다. 힘에서는 입자 사이의 거리가 중요하다. 놀랍게도 중력과 전자기력의 크기는 모두 거리 제곱에 반비례한다. 즉, 거리가 2배, 3배로 멀어지면 힘의 크기가 4배, 9배로 작아진다. 우리가 멀리 있는 블랙홀을 걱정하지 않아도 되는 이유다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P206

[오늘의 한문장] 떨림과 울림

그렇지만 인간은 의미 없는 우주에 의미를 부여하고 사는 존재다. 비록 그 의미라는 것이 상상의 산물에 불과할지라도 그렇게 사는 게 인간이다. 행복이 무엇인지 모르지만 행복하게 살려고 노력하는 게 인간이다. 인간은 자신이 만든 상상의 체계 속에서 자신이 만든 행복이라는 상상을 누리며 의미 없는 우주를 행복하게 산다. 그래서 우주보다 인간이 경이롭다. - <떨림과 울림> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/179487212 - P313