최무영 교수의 물리학 강의 개정판

<최무영 교수의 물리학 강의> 개정판이 드디어 출간됐다(오른쪽은 지금은 절판된 초판본). 책은 좀 더 두꺼워지고(560페이지에서 720페이지로 늘어남), 몇 개 장-강의-는 없어지고 일부 내용이 추가됐다. 가령 '전자기이론'은 예전에는 '고전역학' 강의의 뒷부분에 함께 언급되다가 개정판에서는 별도의 강의로 독립했고, 예전의 '엔트로피와 정보' 강의는 '엔트로피'와 '확률과 정보'로 분리됐다. '확률과 정보' 강의에는 요새 많이 회자되는 '베이스추론'에 대한 논의도 추가됐다. 책의 두꺼워짐은 이와 같이 내용이 늘어남에도 기인하겠지만 글자 크기가 커지고 한 페이지의 줄 수가 줄어든 것에도 영향을 받았을 것 같다(한 페이지의 줄 수는 25줄에서 23줄로 줄어듦). 전반적으로 페이지가 시원한(?) 느낌이 든다. 최무영 교수님은 '개정판을 내면서'의 글에서

개정판은 물리학을 소개하는 교과서로도 부족하지 않도록 표준의 '전문적' 내용을 꽤 추가하였습니다... 특히 최근의 연구로 얻은 새로운 결과들도 소개하였습니다. 그 대신에 부득이 물리학과 직접 관련이 없는 내용은 상당 부분 삭제하였습니다. 과학과 현대사회를 다룬 마지막 두 강의를 없앴고 곳곳에 담겨 있던 인문, 사회와 정치 관련 논의도 일부 지웠습니다. (16 페이지)

라고 개정판의 변화에 대해 설명한다. 그래서인지 전체적으로 예전의 교양강의 같은 느낌은 조금 줄어들고, 말씀대로 물리학 교과서의 느낌이 좀 더 강해졌다. 특히 '더 알아보기'라는 섹션이 생겨서 강의 마지막에 중요한 수식들을 보여주고 그 의미들을 논의하고 있다. 하지만 문학이나 예술과 연결 짓는 논의는 그대로이고 순우리말-"토박이말"-을 여전히 사용하여 읽는 맛이 있다.

예전에 이 책 초판본을 리뷰하면서 "우리에게 내려진 축복!"이라고 쓴 바 있다. 그 생각은 바뀌지 않았다. 여전히 "전공자와 비전공자 모두에게" 권한다. 책이 다시 발간되어 기쁘다.

  임의성이라는 성격에 나타나 있듯이 이론이라는 것은 인간의 창작물입니다. 하느님이 아니라 인간이 창조한 것이지요. 중요한 점은 상상력을 통해 창조되었다는 겁니다. 다시 말해서 개념과 기본원리 또는 가설 등은 상상력에서 출발했다고 할 수 있습니다. 이렇게 상상력으로 창조되었다는 점에서는 예술과 다를 것이 없습니다. 그러나 과학 이론은 물론 상상력만으로 다 이뤄지는 것은 아니지요. 진술을 이끌어 내고 자연과학의 구조를 정립하려면 당연히 논리 체계가 더해져야 합니다. 논리적 정합성이 유지되어야 함이 중요하지요. 

  널리 알려진 뉴턴의 중력법칙으로 예를 들어서 생각해 봅시다.... 이러한 뉴턴의 중력법칙은 어디에 존재할까요? 지구와 태양 사이에 있나요? 아니면 우리와 지구 사이에 있나요? 다시 말해서 자연에 내재해 있는 건가요? 자연과학의 법칙이 보통 자연에 내재해 있다고 생각하기 쉬운데, 엄밀히 말해서 이론 체계는 자연에 내재해 있다고 말할 수 없습니다. 그렇다면 어디에 존재하는 걸까요? 바로 우리 머리에, 곧 생각에 존재합니다. 물론 크게 보면 우리의 생각도 자연의 일부라고 할 수 있겠지만요.

  앞서 지적했듯이 이론 체계는 눈에 보이는 창조물은 아니지만 정신적 창조물입니다. 이러한 성격을 강조하는 뜻으로 ‘모형’이라는 표현을 씁니다. 다시 강조하면 이론 체계는 기본적으로 우리가 만든 모형이고 자연에 실재하지는 않습니다. (64~66 페이지)

  과학 이론은 기본적으로 상상력과 논리가 중요한 요소라고 할 수 있어요. 일반적으로 상상력에서 출발해 논리적 정합성을 유지하면서 이론을 구성해 갑니다. 그래서 아인슈타인이 “상상력이 지식보다 더 중요하다”고 말했지요. (71 페이지)

세계대전을 배경으로 한 그래픽 노블

그래픽 노블이란 한 마디로 만화책인데, 얼마 전 이런 멋진 그래픽 노블들이 있다는 것을 알게 됐다! 로맹 위고라는 프랑스의 젊은 작가가 세계대전을 배경으로 한 스토리에 그림을 입힌 것이다. 하드커버에 판형이 큼(220*297 mm^2)에 유의하면 좋겠다. 길이는 대개 150페이지 내외(<구름 저편에>는 104페이지)이니 한 시간 정도면 읽을 수 있다. 매우 사실적이고 정확한 세계대전 당시의 비행기 그림을 감상하면서 한 시간 정도를 즐길 수 있겠다. 마치 영화감상 하듯이... (물론 영화--움직이는 그림--은 아니다.) 세계대전이 배경이니 나름 연대에도 신경을 썼을 텐데도 불구하고(아닌가?), 묘사된 연도, 시기 등이 역사적으로 맞는지 갸우뚱할 때가 있다. 옥의 티? 하지만 이 책은 역사책이 아닌 만화책이다. 항공기와 세계대전에 관심 있는 분들은 그저 즐기시길... 그것으로 충분하다. 

스토리, 그림, 나오는 비행기 등등을 고려한 개인적 순위: 수리부엉이 > 에델바이스의 파일럿 > 앤젤윙스 > 구름 저편에.

원자는 실제로 존재하는가?

아톰 익스프레스 - 원자의 존재를 추적하는 위대한 모험 ㅣ 익스프레스 시리즈 1
조진호 지음 / 위즈덤하우스 / 2018년 12월

과학자들과 함께 원자를 찾아가는 흥미로운 여정을 그리고(문자 그대로!) 있다. 멋진 과학사 책이자, 과학이 어떻게 진보하고 만들어지는지를 생생히 보여준다. 살짝 아쉬운 점이 있긴 하지만, 다시 한 번 기립 박수를~!

살짝 아쉬운 점? 방정식 등호 앞 뒤와 단위 앞에 한 칸씩 띄지 않은 것, 온도를 나타내는 문자로 T를 썼다가 t를 쓰는 점, 칠판에 써 있는 식을 대충 그린 것,... ㅎㅎ

책의 마지막 부분 인용:

이 모든 과정을 보면 각자 다른 성향과 믿음을 품었지만 결국 이들[과학자들] 모두의 마음속에 같은 믿음 하나가 있었다는 것을 엿볼 수 있다. 우주가 어떤 법칙에 의해 돌아간다는 것이다.

'우주에는 인간의 의지나 희망과 관계없이 작동하는 법칙이 있으며, 그 법칙은 본질적으로 단순할 것이다.'

하지만 우주가 법칙에 의해 돌아간다는 것이 논리적으로 참인지 거짓인지 증명할 수는 없다. 그러니까 그것은 믿음의 문제인 셈이다.

이들 모두가 인정하는 F=ma라는 뉴턴의 식은 F=0이면(즉 외력이 0이면) 운동량이 보존된다는 것을 표현하고 있다. 이것은 진리인가? 이조차 진리인지 증명할 방법은 없다.

원자와 함께했던 고된 여정에서 우리가 보았던 것은 어쩌면 원자가 아닐지도 모른다. 우리는 그 여정을 통해 우리 자신을 본 것이다. 우리의 가능성을 보는 동시에 한계를 본 것이다. 

우리는 자연을 얼마나 있는 그대로 볼 수 있는가? 참된 실재를 보기 위해 우리는 어떤 선택을 해야 하는가? 완전히 신뢰할 방법은 무엇인가? 우리가 참된 실재를 보는 것은 가능한 일인가? (377~378페이지)

상당히 미묘하고 머리가 아프고 어쩌면 가당치 않은 마지막 질문을 던져본다. 

원자는 원래부터 존재했던 것이고, 그것을 발견한 것인가? 아니면, 우리 과학자들이 원자를 존재하게끔 만들어낸 것인가?

어떤 이들은 절대적으로 옳은 참된 세계는 우리의 인식과 별개로 존재한다고 믿고 있다. 이들이 감각 가능한 세계를 탐구하는 이유도 궁극의 참된 세계를 이해하기 위함이며, 도달하기 힘들지라도 그 참된 세계에 끊임없이 다가갈 수는 있다는 믿음을 가지고 있기 때문이다. 이런 믿음에 기초한 불굴의 노력이 원자의 발견이라는 찬란한 성과에 닿은 것이다. 이런 의미에서 원자는 원래부터 있었고, 분명하게 발견된 것이라고 할 수 있다. 볼츠만, 아인슈타인 같은 사람들은 이에 동의할 것이다.

다른 견해를 가진 과학자도 있다. 푸앵카레는 참된 실재는 알 수도 없고 알 바 아니라며, 인간의 정신이 만든 창조물이 있을 뿐이라고 말한다. 그는 뉴턴의 운동법칙 F=ma는 참인지 거짓인지를 판단할 수 없으며 실재의 우주와 무관한 인간의 자유로운 정신이 만든 창조물이라고 생각했다. F=ma 같은 법칙들은 일종의 규약인 것이고, 이 규약으로부터 유추한 원자도 본질적으로 우리가 만든 창조물이라고 생각했다. 일반적으로 규약은 인위적이며 쓰임의 영역이 비좁다. 그런데 규약으로서의 법칙은 너무나 유용했기에 살아남은 것이라고 했다. 법칙은 실재가 아니지만 생산적이라는 주장이다.

여러분의 생각은 어떠신지? (379페이지)

Space Oddity - Astronaut Chris Hadfield

우주비행사란 진정한 고독을 즐기는 사람들... 눈을 떼지 못하고 봤다. :) 우주 공간에 나가면 인간이란 얼마나 미약한 존재인가. 그럼에도 불구하고...

과학자와 과학철학자의 대화

과학은 논쟁이다 - 과학 vs 과학철학, 경계를 묻다
장대익 / 반니 / 2017년 11월

대화는 좋은 것이다. 대화가 겉돌고 논점이 다르더라도 상대방이 집중해서 들어주기만 하면... 관점과 관심사의 차이를 인정해 주기만 하면... 대화 또는 논쟁을 통해 설득 당하는 경우는 별로 없다고 들었다. 그래도 상대방의 관점을 알고 그 속에서 조금이라도 자기의 주장을 점검할 계기가 된다면 더 이상 바랄 것이 없을 것 같다. 

'양자이론은 세계를 완벽하게 기술하는가, 혹은 양자이론은 완벽한가'의 일부. 과학자인 김상욱 교수의 말이다.

  사람들은 오랫동안 양자역학을 이해할 때 인간을 중심에 두지 않고자 했습니다. 노벨 물리학상 수상자인 유진 위그너는 심지어 양자역학은 의식을 가진 생명의 존재를 필요로 하는 것 같다는 말까지 했습니다. 측정의 주체, 그러니까 인간과의 관련이 야기하는 많은 개념적 문제 때문에 아주 오랫동안 물리학자들이 괴로워했죠. 인간이 관여되면 자연법칙이 주관적이 되거나 유심론 같이 마음이 개입하게 될 여지까지 생길 수 있으니까요.

  그러다가 인간을 배제할 수 있는 방법이 존재한다는 걸 깨달았을 때 모두가 기뻐했습니다. 결어긋남 이론이라 불리는 거죠. 이 이론은 정량적 예측을 주기 때문에 실험으로 정확히 검증할 수 있습니다. 시스템이 결맞음을 잃어가는, 간섭무늬를 잃어가는 시간까지도 모두 계산하고 실험으로 확인할 수 있습니다. 20세기 말에 전자 한두 개로 직접 간섭무늬를 보는 실험들이 가능해졌습니다. 그래서 이론적인 예측을 실험으로 모두 검증할 수 있었죠. 현재 대개의 물리학자들은 결어긋남 이론을 양자측정에 대한 해석으로 받아들이고 있습니다.

  결어긋남이 단순히 해석을 보완하는 차원의 이론은 아니라고 생각합니다. 물론 크게 보면 코펜하겐 해석의 연장선상에 있기 때문에 여전히 코펜하겐 해석이 갖는 고질적인 문제들이 들어있습니다. 새로운 해석이 나오는 이유도 그래서이겠죠. 하지만 정량적인 이론이고 여기에는 인간의 인식이 필요하지 않습니다.

  왜 인간이 없는 것을 과학자들이 좋아하는지 물어보셨는데, 그게 더 자연스럽지 않나요? 인간은 우주의 아주 작은 일부에 불과하잖아요. 과학의 역사는 끊임없이 인간을 우주의 중심에서 변방으로 밀어내 온 역사가 아닐까 생각합니다. 지구가 우주의 중심이 아니고, 태양도 수많은 별의 하나에 불과하고, 인간은 신의 형상을 본 뜬 것이 아니라 진화의 산물이고 등등 말이죠. 사실, 과학자로서 인간이 그 이론의 중심에 있다는 것이 더 불편합니다. (118~119 페이지)

과학자들은 대부분 자신들이 하는 일이 '객관적'이길 바란다. 외계인이 과학을 해도 똑같은 이론이 나올 것이라고 믿는 것이다. 우리의 과학에 인간이라는 종의 인식과 사고체계, 생리적 특징이 반영되어 있을 가능성은 '0'이라고 생각한다. 하지만 그런 의미에서의 '객관적'이 아니라 다른 의미에서의 '객관적'도 있다. '재현가능한reproducible'의 의미에서이다. 과학이 '객관적'이어야한다고 할 때, 전자가 아니라 후자일 수도 있다. 어떻게 생각하시는지?