물리학의 길 / 물리학

물리학의 길 - 별자리 시대에서 양자물리학까지
티모시 페리스 지음, 오세웅 옮김 / 생각의길 / 2021년 9월

 

별자리 시대에서 양자물리학까지 동시대 최고의 과하 저술가가 들려주는 우주 확장의 역사

오늘 소개할 책은 생각의길에서 출판한 티모시 페리스 지은이, 오세웅 옮긴이의 <물리학의 길>이다. ‘시간과 공간을 짓다’라는 부제를 가지고 있고, 뉴욕타임스 ‘20세기 가장 중요한 책’으로 선정되었다는 광고가 눈을 사로잡는다. 평소 뉴욕타임스의 공신력을 믿기에 설마 20세기 가장 중요한 책으로 선정되었는지 내 딴에는 인터넷을 검색했지만 그런 기사는 찾을 수 없었다.

하지만 책을 읽어나가며 내가 받은 충격은 칼 세이건의 <코스모스>를 읽고 난 느낌과 거의 흡사했다. 아니 더 감동적이었다. 우리가 살고 있는 우주의 크기를 현재까지 정의하기 위한 수많은 과학자들의 노력과 그들의 헌신을 페리스는 세심하게 배려하고 소개한다.

저자인 티모시 페리스(1944~ )는 버클리대 교수이다. 복잡한 것을 쉽게 설명하는 재능과 아름다운 문체로 워싱턴 포스트를 비롯한 언론들이 ‘동시대 최고의 과학 저술가’라 칭송한 티모시 페리스는 1956년부터 천체 관측을 시작했고, 1960년부터 천문학에 관한 글을 쓰기 시작했다. 베스트셀러가 된 여러 작품 중 『우주의 모든 것The Whole Shebang』과 이 책은 뉴욕 타임스의 ‘20세기에 출판된 중요한 책들’에 선정되었고 15개 언어로 번역되었다. 미국물리학협회의 과학 저술상, 미국과학진흥회상, 구겐하임 펠로십을 받았다.

[ 물리학의 길 책날개 중 ]

이 책은 1988년 초판이 발행되었고 과학전문가가 아니더라도 우주에 관해 알 수 있도록 쉽게 저술한 덕분에 대중의 지지를 얻었다. 15년이 지나 저자는 과학의 최신 연구와 탐구 결과를 수정해 달라는 제안에 2003년에 수정된 판본의 번역본이다. 이런 좋은 책이 좀 더 알려졌으면 좋겠다는 생각을 하게 된다. 굳이 비교하면 칼 세이건의 <코스모스>보다 더 일반인에게 맞춰진 책이다.

 

저자는 이 책을 통해 우리 인류가 과학적 성과를 바탕으로 어떻게 지금처럼 우주 공간의 크기과 시간의 길이에 도달했는지 소개한다.

현재 우리가 관측 가능한 우주의 크기는 지름이 930억 광년 (8835해 km)에 달한다. 883,500,000,000,000,000,0000,000 km이다. 우주 안에는 약 2조개의 ‘은하’가 있고, 은하는 약 2,000억 개의 별을 가지고 있다.

우주가 커진다고 생각하기까지 오랜 시간이 걸렸다. 저자는 이 책을 과학 일반서가 아닌 대중이 우주의 광활한 시공에 눈뜨게 하는 과정을 이야기한다.

우리 선조들에게 하늘은 머리 위에서 가까운 데 있었다. 고대 수메르, 중국, 조선의 천문학자들은 하늘을 연구하려고 돌로 만든 피라미드 형태의 탑 계단을 올라갔다. 그러면 별이 꽤 가까워지기에 보다 나은 관측이 가능하다고 생각했다.

태양, 달, 행성의 움직임에 관심을 가지고 두각을 드러낸 인물은 그리스의 에우독소스였다. 그는 이집트를 여행하면서 기하학 연구를 하는 한편 그 지식을 별에 응용했다. 나일강 변에 천문대를 만들고 거기서 하늘의 지도를 작성했다.

에우독소스가 만든 모델은 구 형태의 지구를 중심으로 그 주위를 동심원이 몇 겹으로 둘러싼 우주의 이미지였다.

이후 고대의 우주론을 정립한 사람은 아리스토텔레스였다. 아리스토텔레스는 논리학, 수사학, 시, 윤리학, 경제학, 정치학, 물리학, 형이상학, 자연사, 해부학, 생물학, 기상에 관한 글을 쓰거나 강연을 했다.

그가 작성한 ‘천체론’에 실린 모델은 지구를 중심으로 몇 개의 동심구로 이루어져 있다. 가장 바깥의 구 너머로는 아무것도 공간조차 존재할 수 없다는 인식론적 입장을 관철했다.

아리스토텔레스의 학문적 권위는 너무 영향력이 커서 이 모델은 이후 몇 세기 동안 인류를 잘못된 방향으로 끌고 갔다.

이에 대한 의구심을 가지고 지구가 아닌 태양이 중심이라는 생각은 코페르니쿠스에 의해 생겼고 갈릴레오, 케플러에 이르러서였다.

코페르니쿠스는 행성이 태양 주위를 돌고 지구 주위를 도는 것은 달 뿐이며 지구와 달이 함께 태양 주위를 돈다는 것을 설명했다.

갈릴레오는 네덜란드에서 망원경이 제작되었다는 말을 들었다. 망원경의 원리를 재빨리 파악한 그는 파도에 돌아와 스스로 망원경을 제작했다. 오목렌즈 가까이 눈을 대면 물체가 크게 보인다는 사실을 깨달았다.

갈릴레오는 망원경을 자신이 발명한 것처럼 행세했지만 네덜란드의 망원경이 수입되었을 때 평의원들의 조롱을 듣게 되었다. 하지만 갈릴레오는 망원경을 가지고 하늘로 올려다본 초장기 인물 중 한 명이다.

갈릴레오가 발견한 것은 꽉 막힌 지구 중심의 우주를 폐막하고, 심원한 우주의 개막을 의미했다.

뉴턴은 자신의 연구를 위해 유명해지기를 원하지 않았다. 혼자 자신의 집에서 밥을 먹는 것도 잊은 채, 때로는 해를 바라보기 위해 눈이 잠깐 멀 정도로 연구에 몰두했다. 심지어 프리즘을 통한 광선 연구를 위해서는 바늘에 자신의 안구 안쪽 뼈에 닿을 때까지 찔러 보기도 했다.

뉴턴의 명성을 크게 얻게 된 배경에는 그의 망원경 덕분이다. 갈릴레오와는 다른 방식의 망원경으로 사람들의 이목을 끌었던 뉴턴은 자신의 연구 결과를 조금 알릴 수 있었다. 연구 결과를 이해한 소수의 인물 중 핼리혜성의 궤도 및 귀환 시기를 예측한 에드먼드 헬 리가 있다.

그는 뉴턴의 연구 결과를 모아 프린키피아를 출간할 수 있도록 도왔다.

뉴턴은 지상의 현상과 천상의 현상 양쪽을 포함해 수학적으로 다룰 수 있는 중력의 설명을 만들어냈다. 달의 위, 달의 아래 두 가지 영역으로 나누어진 아리스토텔레스의 우주론을 분쇄하고 코페르니쿠스의 우주의 물리학적 기초를 정립했다.

이 과업을 완전하고 확실하게 이루었기에 그의 이론은 200년 이상이나 마치 신탁처럼 여겨졌다.

중력과 관성에 대한 뉴턴의 설명이 태양 중심의 태양계에서 움직이는 지구를 포용할 수 있을 정도로 물리학을 발전시켰듯이, 아인슈타인의 상대성 물리학은 더 넓은 은하 우주 안에서 만나는 훨씬 빠른 속도, 멀고 먼 거리, 훨씬 더 강력한 에너지를 취급하게 되었다. 뉴턴의 영역이 별과 행성에 있다고 치면, 아인슈타인의 영역은 은하계의 중심에서 우주 전체의 기하학으로 확대되었다.

오늘날에는 아인슈타인의 물리학이 규명하지 못했던 확률에 기반을 둔 양자물리학이 그동안 풀어내지 못한 문제를 해석할 수 있게 했다.

저자의 해박한 지식과 함께 뛰어난 번역 덕분인지 문학적 서사로 풀어가는 이야기는 과학 교양서의 품격을 높인 책이다. 난이도가 다소 있지만, 인간이 지금 알고 있는 과학 지식과 과학자의 노력에 관심을 가진 분은 한번 읽어보시길 추천합니다.

- 이 글은 출판사에서 도서를 지원받아 주관적으로 작성하였습니다.

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