일반인을 위한 물리교과서 시리즈

요즘 이른바 '일반인을 위한' 물리교과서 시리즈들이 출간되고 있다. 스타트를 끊은 것은 스탠퍼드 대학교의 레너드 서스킨드 교수이다. '일반인을 위한'이라고 내가 뭉뚱그렸지만, 결국 이것은 비교적 쉽게 쓴 '교과서'임에 유의해야 한다. 아마 주 대상은 물리를 공부하는 대학생일 듯 싶고, 그 외에는 이공계 학과를 전공한 졸업생이나 아니면 정말 물리에 갈망이 있는 고등학생 정도가 아닐까 한다. 하지만 미적분 정도의 지식이 분명히 있어야 하므로, 이에 대한 지식이 없는 정말 '일반인'에게는 이해가 어려우리라 생각한다. 아마 보통 고등학생에게도 마찬가지일 것이다. 

먼저 서스킨드 교수의 <물리의 정석The Theoretical Minimum> 시리즈이다. 

다음은 영문판 원서들.

이 시리즈는 '고전역학', '양자역학', '특수상대성이론과 고전장론', '일반상대성이론'의 4권으로 이루어져 있다. 서스킨드 교수가 스탠퍼드에서 일반 학생들을 대상으로 열었던 강의를 정리한 내용이다. 이론물리학자인 서스킨드 교수가 생각하는 '최소한의 이론theoretical minimum'이 이 정도이다. 

두 번째는 션 캐럴 교수의 <우주의 가장 위대한 생각들The Biggest Ideas in the Universe> 시리즈이다. 총 2권으로 이루어져 있는데, 서스킨드 교수의 책보다는 수식이 훨씬 적고 교과서 분위기가 덜 나서 '일반인'들이 그래도 시도해 볼만하다. 

마지막으로는, 국내 정완상 교수의 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈가 있다. 현재까지 19권 정도가 검색되는데, 앞으로 더 나올 수도 있을 것 같다[1]. '노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학'이 부제로 붙어 있다. 실제로 책 뒤에는 영어로 된 논문이 있다. 신선한 시도이고 도전의식을 자극한다. 하지만 '세상에서 가장 쉬운'이라는 말에 현혹되면 안된다. 아마 이론물리학자의 기준에서 '가장 쉬운'일 것이다. 앞에서 얘기했지만, 이 책도 거의 교과서에 준한다. 논문을 읽기 위한 내용을 앞에서 설명하므로, 표준적 교과서의 전개 방식과는 조금 거리가 있을 수도 있다. 하지만 정말 자세히 설명하려는 저자의 시도가 돋보이고, 설명을 통해 실제 어떻게 이러한 지식이 논문에 활용되는지를 볼 수 있다는 장점이 있을 듯 싶다. 개인적으로, 매우 신선한 시도라고 생각한다.

19권의 책을 나열하고 보니, 참 저자가 대단하다는 생각이 든다. 웬만한 사명감이 없으면 하기 쉽지 않은 일이다. 그런 면에서, 관심 있는 '일반인'들에게는 축복과도 같다. 좀 더 깊이 알고 싶은 분야가 있다면 한번 시도해 봐도 좋겠다.

정리하고 보니, 션 캐럴 교수의 책을 다른 두 시리즈와 묶는 것이 적절할지 의문이 들기도 한다. 좀 더 '딱딱하게', 정식으로 물리적 개념을 알고 싶은 이들은 캐럴 교수의 책으로 시작하는 것이 좋을 것 같기도 하다. 단 2권이므로! 

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[1] 2026-01-27: <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈의 20권 '쿼크모형'이 출간되어 추가한다. 

‘시간의 흐름‘에 대한 펜로즈의 생각

It seems to me that there are severe discrepancies between what we consciously feel, concerning the flow of time, and what our (marvellously accurate) theories assert about the reality of the physical world. These discrepancies must surely be telling us something deep about the physics that presumably must actually underlie our conscious perceptions--assuming (as I believe) that what underlies these perceptions can indeed be understood in relation to some appropriate kind of physics. At least it seems to be clearly the case that whatever physics is operating, it must have an essentially time-asymmetrical ingredient, i.e. it must make a distinction between the past and the future. (p. 304)

왜 시간대칭적인 물리법칙들이 우리가 인식하는 시간의 흐름과, 현재를 기준으로 과거와 미래를 만드는가? 보통 엔트로피를 이에 대한 답으로 많이 얘기하지만, 펜로즈는 그렇게 간단히 넘어가지 않는다. 낮은 엔트로피에서 시간을 과거로 돌려도 높은 엔트로피를 얻는다는 것이다. 위상공간을 이용한 논증이다. 그러니 시간의 흐름은 엔트로피의 증가 때문이라고 얘기하지 말자. 즉, 과거와 미래, 또는 시간의 방향은 엔트로피가 증가하는 방향이 아니다. 

칼 세이건 - Pale Blue Dot

칼 세이건의 목소리로 직접 듣는 'pale blue dot'의 의의. 우주 속 인간의 의미. 지구의 소중함. 

광대한 빈 공간의 우주, 그 속에 떠 있는 티끌 같은 먼지 위의 존재인 우리. 

That's here. That's home. That's us. On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was, lived out their lives. The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines, every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant, every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals, every corrupt politician, every "superstar," every "supreme leader," every saint and sinner in the history of our species lived there--on a mote of dust suspended in a sunbeam. 

The Earth is a very small stage in a vast cosmic arena. Think of the rivers of blood spilled by all those generals and emperors so that, in glory and triumph, they could become the momentary masters of a fraction of a dot. Think of the endless cruelties visited by the inhabitants of one corner of this pixel on the scarcely distinguishable inhabitants of some other corner, how frequent their misunderstandings, how eager they are to kill one another, how fervent their hatreds. Our posturings, our imagined self-importance, the delusion that we have some privileged position in the Universe, are challenged by this point of pale light. Our planet is a lonely speck in the great enveloping cosmic dark. 

In our obscurity, in all this vastness, there is no hint that help will come from elsewhere to save us from ourselves. The Earth is the only world known so far to harbor life. There is nowhere else, at least in the near future, to which our species could migrate. Visit, yes. Settle, not yet. Like it or not, for the moment the Earth is where we make our stand. It has been said that astronomy is a humbling and character-building experience. There is perhaps no better demonstration of the folly of human conceits than this distant image. To me, it underscores our responsibility to deal more kindly with one another, and to preserve and cherish the pale blue dot, the only home we've ever known.

- Carl Sagan, Pale Blue Dot, 1994

˝가속팽창 느려지는 중...˝

우주의 가속팽창을 설명하는 우주상수가 상수가 아닌 변수라는 연구결과가 점점 지지를 얻는 모양이다. 오늘 뉴스에 나온 연세대 이영욱 교수의 연구도 이를 지지하는 것처럼 보인다. 이영욱 교수는 예전에 가속팽창 자체를 부인--암흑 에너지의 비존재--를 주장한 바 있다. 오늘 뉴스에 따르면, 더 많은 데이터를 이용하여 얻어낸 결론은 우리 우주가 이미 감속팽창에 들어섰음을 시사하고 있다고 한다. 사실로 과학계에서 인정된다면, 가속팽창 발견에 수여됐던 노벨상을 부인하는 결과이니 엄청난 업적이 맞다. 

오늘 나온 연구결과를 설명하는 동영상은 아직 없지만, 관련 이슈를 설명하는 25.04.27에 올라온 '우주먼지'의 동영상을 올려둔다. 

뉴스 링크: 우주는 지금, 가속 아닌 감속팽창... 천문학계 파문

‘전략폭격‘의 탄생

엄청난 민간인의 살상을 낳았던 고고도 전략폭격은 2차대전 중 탄생했다. 처음으로 전략폭격을 수행했던 폭격기 승조원 또한 막대한 희생을 치렀다. 제트기와 미사일로 인해 다시는 반복되지 않을 역사이다. <Masters of the Air마스터스 오브 디 에어>는 영국에 기지를 두고 독일 점령 지역 및 독일 본토 폭격을 맡았던 미국 제8 공군에 대한 이야기이다. 국역판은 2권으로 나뉘어 출간됐다. 전쟁사 전문 번역가가 맡아서 번역은 전반적으로 깔끔해 보인다. 

  This was an air front. From recently built bases in East Anglia, a new kind of warfare was being waged--high-altitude strategic bombing. It was a singular event in the history of warfare, unprecedented and never to be repeated. The technology needed to fight a prolonged, full-scale bomber war was not available until the early 1940s and, by the closing days of that first-ever bomber war, was already being rendered obsolete by jet engine aircraft, rocket-powered missiles, and atomic bombs. In the thin, freezing air over northwestern Europe, airmen bled and died in an environment that no warriors had ever experienced. It was air war fought not at 12,000 feet, as in World War I, but at altitudes two and three times that, up near the stratosphere where the elements were even more dangerous than the enemy. In this brilliantly blue battlefield, the cold killed, the air was unbreathable, and the sun exposed bombers to swift violence from German fighter planes and ground guns. This endless, unfamiliar killing space added a new dimension to the ordeal of combat, causing many emotional and physical problems that fighting men experienced for the first time ever. (p. 2)

  이스트앵글리아는 항공전에 있어서 최전선이었다. 이곳에 세워진 지 얼마 안 된 항공기지들은 '고공 전략폭격'이라는 새로운 형태의 전쟁을 수행하는 곳이었다. 고공 전략폭격은 전쟁 역사상 유례도 없었고, 앞으로 다시 반복될 수도 없는 지극히 이례적인 사건이었다. 장기적이고 전면적인 전략폭격 전쟁에 필요한 기술은 1940년대 초반까지 아직 나오지 않았다. 그리고 이 전례 없는 전쟁이 끝나갈 무렵, 이 기술은 제트엔진 항공기, 로켓추진 미사일, 원자폭탄의 등장으로 이미 구식이 되었다.

  폭격기 승무원들은 북서 유럽 상공의 차갑고 희박한 공기 속, 역사상 그 누구도 경험하지 못한 혹독한 환경에서 피를 흘리며 죽어갔다. 제1차 세계대전에서 항공전은 1만 2,000 퍼트(3,600미터) 상공에서 벌어졌으나, 이 새로운 항공전은 그보다 2, 3배 높은 고도에서 벌어졌다. 성층권에 가까운 이곳의 환경은 폭격기 승무원들에게는 적보다 더 치명적이었다. 하늘은 눈부시도록 아름다웠지만, 기온은 살인적일 만큼 춥고, 대기는 숨을 쉴 수 없을 정도로 밀도가 낮았다. 그리고 눈부신 햇살 속에 노출된 폭격기들은 독일 전투기와 대공포로부터 공격을 받았다. 익숙지 않은 이 끝도 없는 살인 공간은 전투로 인한 시련과는 또 다른 차원의 시련을 안겨주었으며, 지금껏 그 누구도 겪어보지 못한 수많은 정신적 및 신체적 문제를 야기했다. (1권 11~12 페이지)

In October 1943, fewer than one out of four Eighth Air Force crew members could expect to complete his tour of duty: twenty-five combat missions. The statistics were discomforting. Two-thirds of the men could expect to die in combat or be captured by the enemy. And 17 percent would either be wounded seriously, suffer a disabling mental breakdown, or die in a violent air accident over English soil. Only 14 percent of fliers assigned to Major Egan's Bomb Group when it arrived in England in May 1943 made it to their twenty-fifth mission. By the end of the war, the Eighth Air Force would have more fatal casualties--26,000--than the entire United States Marine Corps. Seventy-seven percent of the Americans who flew against the Reich before D-Day would wind up as casualties. (p. 7)

한 가지 불편한 진실을 말하자면, 1943년 10월 당시 제8 공군 폭격기 승무원 중 무사히 파견 기간(비행 임무 25회)을 마친 것은 전체 인원의 4분의 1도 안 된다. 작전에 참가한 대원 중 3분의 2는 작전 중 사망하거나 적의 포로가 될 팔자였고, 17퍼센트는 심각한 신체적 또는 정신적 부상을 입거나 영국 내에서 항공기 사고로 사망할 운명이었다. 1943년 5월, 영국에 도착한 이건 소령의 폭격전대원 중 25회의 작전 임무를 무사히 마친 비율은 14퍼센트에 불과했다. 전쟁이 끝날 때까지 제8 공군의 전사자 수는 무려 2만 6,000명으로, 제2차 세계대전 당시 미 해병대의 전사자 수보다 많았다. '노르망디상륙작 전Normandy invasion 이전까지 독일에 대항해 출격한 미국 항공병 중 무려 77퍼센트가 죽거나 부상당했다. (1권 20 페이지)

애플 TV에 이 책을 기반으로 한 동명의 미니시리즈가 있다(2024년 1월 26일 처음 방영).