다정한 물리학

다정한 물리학 - 거대한 우주와 물질의 기원을 탐구하고 싶을 때
해리 클리프 지음, 박병철 옮김 / 다산사이언스(다산북스) / 2022년 8월

거대한 우주와 물질의 기원을 탐구하고 싶을 때

다산사이언스에서 출판한 해리 클리프의 <다정한 물리학>은 우주와 물질의 기원을 다루는 도서이다. 해리 클리프는 칼 세이건, 리차드 도킨스의 뒤를 이을 과학 커뮤니케이터로 주목받고 있는데, 이 책은 그의 진가를 유감없이 드러낸 책이다.

해리 클리프는 케임브리지대학교의 물리학 교수로 입자물리학의 권위자이자 20대 중반의 나이로 유럽입자물리연구소(CERN)에서 진행되는 세계에서 가장 큰, 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 프로젝트의 멤버가 되었다. 2013년 역사적인 힉스 입자 발견의 순간에 한 축을 담당했으며 이때의 경험을 토대로 TED에서 ‘현대 물리학의 끝과 다음’이란 주제로 강의를 했다.

[ 다정한 물리학 책날개 중 ]

 

                     Photo by Tengyart on Unsplash

아무것도 없는 무의 상태에서 사과파이를 만들려면, 먼저 우주부터 만들어야 한다 - 칼 세이건( Carl Sagan) p.5

사실 이 책은 한글 제목보다 영어 원제목인 How to make an apple pie from scratch 가 훨씬 인식하기 쉽게 다가온다. 칼 세이건이 과학 실험을 통해 사과파이를 몇 번이나 자르면 가장 작은 원자가 될까 실험을 했다. 그는 29번을 자르면 사과파이가 가장 작은 물질인 원자가 된다는 것을 보여줬다. 저자는 이에 의문을 품고 자신도 직접 사과를 잘라 보고 실제 가장 작은 입자를 만들기 위해서는 81번을 잘라야 한다는 사실을 알게 된다.

이 책은 인류가 가장 작은 입자를 통해 우주의 탄생 기원을 찾아가는 과정을 그리고 있다. 사과파이를 만들기 위해서는 빅뱅을 통한 우주부터 만들어야 한다는 의미는 그렇게 탄생했다.

지금까지 인간이 발견한 가장 작은 입자는 힉스입자이다. 이는 스위스는 CERN에서 입자가속기에서 원자핵 두 개를 진공상태에서 충돌시켜 발견하게 되었다. 저자는 이 실험에 참여한 결과를 TED 강연을 통해 대중에 널리 알렸다.

학창 시절을 돌이켜보면, 화학 시간에 가장 작은 입자는 원자라고 배웠고, 이를 모형으로 정립한 이는 돌턴이었다. 너무 오래된 이야기처럼 들린다. 물론 이전의 그리스 철학자의 원소설을 지나 톰슨과 러더퍼드의 실험을 통해 전자를 발견하게 된다.

러더퍼드의 알파 입자 산란실험으로 원자핵을 발견하게 되었다. 헬륨과 철 금속박에 알파 입자를 쏘았을 때, 대부분의 알파 입자는 통과했지만 몇 개의 알파 입자는 튕겨 나와 다른 곳에 박혔다. 중간에 단단한 게 있다. 원소보다 작은 단위인 원자핵이 발견되는 순간이었다.

현대 과학은 지속적인 발전을 통해 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어졌다는 사실을 알아냈다.

 

                Photo by Greg Rakozy on Unsplash

양성자는 다시 쿼크로 이루어졌다는 사실을 가설을 통한 실험으로 발견했다. 업쿼크 +2/3 전하량을 가지고 다운쿼크는 ?1/3의 전하량을 가진다. 양성자는 업쿼크 2개 다운쿼크 1개로 이루어져 있으며 중성자는 업쿼크 1개 다운쿼크 2개로 이루어져 있다.

6개로 이루어진 쿼크는 1세대에서 3세대에 걸쳐 새로운 이름으로 명명되었다.

우리가 발견한 이러한 물질은 보통물질이고 CERN의 입자가속기 강입자 충돌기 실험에서 힉스입자와 반물질과 암흑에너지로 이루어져 있다. 우리가 발견한 보통물질은 우주 전체에 있어 고작 5%에 지나지 않다는 사실은 미지의 과학 분야가 얼마나 많은지 가늠하게 한다.

<다정한 물리학>은 어려워 보일 수 있는 물리학의 최신 현황을 실생활에서 활용하는 요리를 빗대어 재미있게 소개하고 있다. 물론 내용이 쉽지는 않아 낯선 용어와 과학의 방대함에 놀랍기도 하지만, 독서의 목적이 교양을 쌓는 과정이라면 이 도서는 교양을 쌓기 위한 독서의 목적에 가장 부합하는 도서이다.

<다정한 물리학>'은 커커스 선정 2021년 최고의 과학책으로 과학 전공자가 아닌 지적 호기심에 목마른 일반독자를 위한 매혹적인 과학책임이 틀림없다.

이다.

- YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.

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