‘우주‘에 대한 만화 입문서

인피니티 - 만화로 배우는 우주와 블랙홀의 비밀 ㅣ 한빛비즈 교양툰 17
로랑 셰페르 지음, 이정은 옮김, 과포화된 과학드립 물리학 연구회 감수 / 한빛비즈 / 2022년 6월

로랑 셰페르Laurent Schafer라는 스위스 프리랜서 일러스트레이터의 과학 만화이다. 원서는 프랑스어로 출간됐는데 프랑스 아마존 과학 분야 베스트셀러였다고 표지에 나와있다. 150페이지도 안 되는 분량이지만 다루는 내용은 엄청나다. 

책은 크게 2개의 파트로 구성되어 있다. 첫 번째는 우주이고 두 번째는 양자이다. 각각 "우주의 무한"과 "양자의 무한"이라는 제목이 붙어 있다. "인피니티"는 우리말로 '무한'이므로 혹시 무한의 수학적 성질을 다루는 것일까 읽기 전에 생각했는데, 여기서는 '엄청나게 큰(또는 작은)'이라는 의미로 보면 되겠다. "우주의 무한"은 '엄청나게 큰' 우주에 대해 우리가 알고 있는 사실, "양자의 무한"은 '엄청나게 작은' 원자와 소립자에 대해 우리가 알고 있는 사실을 알려준다. 단순한 교과서적 설명을 넘어서서 아직 우리가 잘 알지 못하고 있는 사실들에 대해서도 여러모로 언급하는 수준을 보여준다. 예컨대 자연계의 4가지 힘이라는 강력, 약력, 전자기력, 중력 중 중력만 현재 통합되지 않았다는 사실과 그것이 어려운 이유도 언급된다. 자연계의 이 4가지 힘을 네 명의 총사(musketeer)에 비유하는 것도 재밌다. 여기서도 일종의 프랑스어권 전통을 엿볼 수 있다.

읽으며 내게 인상 깊었던 2가지를 다음에 정리해 놓는다.

1. 색깔은 존재하지 않는다: 색깔은 우리의 뇌가 광자의 신호를 처리해서 만들어내는 것이므로, 자연계의 본질적 특성은 아니다. 눈에 보이는 대로 세상이 존재한다고 보통 우리는 생각하지만, 이러한 이미지는 우리 뇌가 만들어내는 것이다. 사실, 우리는 우리 뇌가 만들어내는 '가상현실'에서 살고 있다.

2. 진공의 역할: 진공은 자연계에서 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 큰 역할을 맡고 있다. 진공은 가상 입자들로 꽉 차 있는데(또는 가상 입자들이 순식간에 생겨났다가 없어지기를 반복하는데), 이 가상 입자들은 (놀랍게도) 물질의 질량뿐만 아니라 물질이 붕괴하지 않는 이유에 대한 설명을 제공한다. 물질을 구성하는 입자들(쿼크, 전자) 간의 힘을 매개하는 입자들은 가상 입자인데, 이 매개 입자들의 에너지가 질량으로 환산되어 핵자의 질량을 만들어내고, 또한 가상이므로 힘만 매개할 뿐 물질 밖으로 (파동으로) 새어나가지는 않기 때문이다.

만화라고 얕볼 설명들은 당연히 아니다. 오히려 짧은 분량이 이해를 어렵게 만들 수도 있다. 이를 보완하기 위한 용어설명도 뒤에 있다. 이 책의 내용으로 맛보기한 다음, 좀 더 자세한 논의는 마지막에 나오는 참고문헌을 찾아 읽는 것도 좋으리라는 생각이 든다. 참고문헌에는 우리말로 번역된 책 제목도 나온다.

본문에 "근대 물리학"이라는 말이 나오는데 modern physics(불어에 대응하는 영어 문구)를 번역한 것으로 보인다. modern이라는 말이 맥락에 따라 '근대'로 번역되기도 하지만, 물리학에서는 modern physics를 '현대 물리학'이라고 한다. 20세기 초에 발전된 상대성이론과 양자역학을 뭉뚱그려 부르는 말이다. 역자는 modern을 계속 "근대"로 번역했다.

불만족스러운 점이 없지는 않지만, 그럼에도 좋은 입문서로 추천한다.

‘상대성이론‘이 보여주는 세계

... 우주는 지금 몇 시일까요? 상대성이론에 따르면 우주를 이루는 요소들은 '지속되는 시간 속'에 존재하는 3차원의 대상이 아니라, 시간이라는 요소가 공간적 요소에 통합된 4차원의 대상입니다. 시간은 공간과 마찬가지로 흐르지 않지요. 따라서 과거, 현재, 미래는 일종의 블록우주(block universe) 안에서 서로 뒤섞이고, 그 안에서 모든 순간은 시간적인 순서 없이 똑같은 가치를 지닙니다. 

   이 '우주 케이크'를 설명하는 아인슈타인의 상대성이론은 이제껏 반증되지 않았습니다. 따라서 이것은 시간을 설명하는 가장 확고한 이론이긴 하지만 확실히 불완전하지요. 과학자들 대부분은 시간이 경직된 블록을 닮았다는 생각에 불만족해합니다. 시간이 실제로는 존재하지 않고, 미래가 미리 결정되어 있으며, 자유 의지가 없다는 사실을 받아들이기란 힘들지요.

   이 기이한 그림을 완성하려면 새로운 물리학을 발견해야 할 것 같습니다. 하지만 과연 어떤 물리학일까요? 가령 시간이 흐른다고 인식하는 우리의 감각을 어떻게 설명해야 할까요? 이 질문에 대해 우리 시대의 가장 명민한 물리학자이자 수학자 중 한 사람인 로저 펜로즈는 이렇게 말했습니다. "나도 정말 알고 싶네요." (46~47 페이지)

... 초심자에게 상대론적 세상은 위험한 퍼즐과 믿기 힘든 역설로 가득 찬 이상하고도 경이로운 유령의 집입니다. 하지만 그 여정이 힘들어질 때면 우리가 거기서 여러분의 손을 잡아 줄 겁니다. 미적분과 선형 대수학의 몇 가지 기본적인 기초 지식만 있으면 앞길을 헤쳐나가기에 충분합니다. (15 페이지)

레너드 서스킨드를 한 번 믿어볼까? ^^

[100자평] Stories of Your Life and Others

Stories of Your Life and Others (Paperback) - 영화 '컨택트' 원작 소설, 『당신 인생의 이야기』원서
테드 창 / Vintage Books / 2016년 6월

영화화 됐던 <Story of Your Life>를 포함한 테드 창의 단편 소설집이다. SF라기보다는 저자의 사고실험을 기록해 놓은 느낌이 들기도 한다. 종종 그의 스마트한 결말에 무릎을 쳤다. 저자의 ‘치기‘가 엿보인다고 말하고 싶기도 하지만...

<파란하늘 빨간지구> 밑줄 긋기

   자연에서 일어나는 현상 중 이유 없는 것은 없다. 태풍은 지구의 에너지 불균형을 조정하기 위해 발생하는 현상이다. 태양열이 극지방보다 적도에 더 많이 내리쬐므로 남북 간 에너지 차이가 발생한다. 이 차이를 해소하지 않으면 적도 지방은 점점 뜨거워지고 극지방은 점점 추워져 생명이 살 수 없게 된다. 극단적인 빈부 격차가 일어나면 공동체가 붕괴하는 것과 같은 이치다.

   남북 간 에너지 불균형을 없애는 과정에서 모든 기상 현상이 발생한다. 중위도에서 발생하는 고기압과 저기압은 열대지방의 따뜻한 공기를 북쪽으로, 극지방의 차가운 공기를 남쪽으로 보낸다. 이와 함께 해양에서도 열대의 따뜻한 물이 북쪽으로 이동한다. 이렇게 해도 열대 해양에서 발생한 과한 에너지가 해소되지 않는 경우가 있다. 태풍은 이 과한 에너지를 직접 북쪽으로 옮긴다.여러 피해를 일으키지만 태풍은 지구의 생명력을 위해 꼭 필요하다. 그래서 우주에서 바라본 소용돌이치는 태풍의 모습은 지구가 살아 있다는 증표이기도 하다.

   태풍은 따뜻한 해양에서 나오는 열에너지를 이용해 소용돌이 바람을 일으키고 대기로 열을 방출하는 거대한 자연 엔진이다. 자동차 엔진이 휘발유를 폭발시킨 에너지로 바퀴를 돌리고 배기가스로 열을 배출하는 원리와 같다. 자연이 만들어낸 태풍 엔진의 효율은 약 33퍼센트 정도로 인간이 정교하게 만든 자동차 엔진의 효율과 거의 같다.

   해양 수온이 26도를 넘어야 태풍이 생길 수 있다. 바다가 따뜻해야 그 위 공기가 수증기를 많이 품을 수 있기 때문이다. 수증기는 '하얀 석탄'이라는 별명을 가지고 있는데, 이 수증기가 곧 태풍의 연료다. 해양 열이 수증기 안에 숨은 상태로 대기에 공급된다. (83~84 페이지)

인공지능의 현황 및 정치적 위험성

T-Minus AI: Humanity's Countdown to Artificial Intelligence and the New Pursuit of Global Power (Hardcover)
Michael Kanaan / Benbella Books / 2020년 8월

인공지능(artificial intelligence, AI)의 역사와 현재 그리고 정치적 남용에 대해 경고하는 글이다. 전체 구성은 이렇다: 1부는 대략 컴퓨터의 역사, 2부는 AI의 역사 및 현황, 3부는 AI의 정치적 함의 및 위협, 특히 권위주의 정권(ex. 중국)이 어떻게 AI를 남용하고 있는지에 대한 설명과 민주주의 국가에서 어떻게 AI 정책을 세우고 있는지에 대한 논의이다. 컴퓨터의 역사부터 시작해서 정리해주니 좋기는 한데, 사실 AI 자체에 대해 알고 싶으면 2부만, 또는 2부의 9장만 읽으면 될 것 같다.

책을 통해 내가 알고 싶은 인공지능에 대한 궁금증을 해소한 부분은 다음과 같다.

1. 의식(consciousness)과 지능(intelligence)은 다르다. 인공지능은 의식과는 아무런 상관 없이 의도한 업무를 인간보다 훨씬 빨리 할 수 있다. 원문을 인용하면 "In this new world of ours, intelligence and consciousness are not interdependent." (6장, p. 66)

2. 현재 급격한 진보를 이루고 있는 AI는 의도한 특정한 업무만을 잘 할 수 있으며, 인간과 같이 모든 영역에서 판단을 내릴 수 있는 범용 인공지능(artificial general intelligence, AGI)이나 모든 영역에서 인간을 초월하는 초지능(superintelligence)은 앞으로 새로운 돌파구가 생기지 않는 한 나타날 가능성이 없다(9장의 내용). 한 마디로, <터미네이터>는 (현재로서는) 영화일 뿐이다. 특정한 업무만을 하는 현재의 인공지능을 좁은(narrow)[또는 약한(weak)] AI, 범용 인공지능이나 초지능을 강한(strong) AI라고 한다. 인류의 인공지능에 대한 두려움은 강한 AI에 대한 것이다.

(약한) AI는 이미 널리 사용되고 있으며, 앞으로도 지속적으로 그 적용 범위가 확대될 것이다. 민주주의 국가는 개인의 자유와 프라이버시를 보호하기 위해 노력하겠지만, 이러한 서구적 가치를 공유하지 않는 독재 또는 권위주의 국가는 이미 개인의 자유를 침해하는 수준으로 AI를 남용하고 있다. 이러한 인권 침해적 AI 알고리즘의 타국으로의 수출에 대해 저자는 주의를 촉구하는데, 사실 쉽지 않은 문제라는 생각이 든다. 예컨대 저자의 주장을 해석해서 적용하면, 중국에서 만든 앱은 사용하면 안 된다. 의문의 해소와 또 다른 과제를 받은 느낌으로 독서를 마쳤다.