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엘러건트 유니버스
브라이언 그린 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2002년 3월
평점 :
ㅋㅋ 책은 무슨 성경책처럼 생겼습니다. 저는 책 커버를 벗겨놓고 보는 편인데(걸리적 거려요~) 그렇게 해놓으면 그저 '검은책'으로 무슨 책인지 알아보기가 쉽지않아 손에 달고 다닐 수 있어서 편했습니다. ^^
책의 넓이는 약간 넓은 편인데 두께가 손에 딱 맞고 활자도 안정감이 있어서 책 자체를 잡고 보시기에는 불편함이 없을 것입니다. 그림들을 삽입하는데 신경 쓴 꽤 많은 흔적이 보입니다만 나중에 고차원 이야기가 나올 때는 사실상 지면에 표시하기가 불가능 하기 때문에 (종이는 2차원에 가까워요~;;) 도식적으로 이해하는 것은 포기해야 합니다.
하지만 작가가 물리학자인지 전문 집필가인지 헷갈릴만큼 유창한 글솜씨로 설명을 잘 해놓았기 때문에 주의 깊게 읽는다면 내용을 이해할 수 있으리라 생각합니다
(물론 내용이 내용이니 만큼 머리가 아프긴 합니다만 이런 식으로 풀어쓸 수 있다는건 정말 대단한 일입니다.)
1장에 들어가기 전 1장제목 옆에 작은 인용문이 보이는데 러더포드 아저씨의 글입니다.
대략 "전문용어를 배제하고 그 문제를 설명할 수 없다면 그건 그 문제에 대해 제대로 이해하지 못했다는 말과 같다"
라는 내용의 글인데 이와 같은 생각은 이 책의 전반에 녹아있습니다.
그만큼 작가는 되도록이면 전문용어를 자제하려 노력하였으며 전문용어가 등장할 때는 꼭 설명을 붙여놓았습니다. 이는 매우 중요한데 일반 독자들은 전문용어로 이야기 해보아야 도무지 알아먹질 못하는 것입니다.(이는 불만으로 쌓이겠죠 ;;)
이 책에서 가장 마음에 들어야 할점은 책의 저자가 다른 분야의 전문가가 아닌 바로 이론 물리학의 최전선에서 활약하는 사람이라는 것입니다. 과학교양도서라 함은 대게 일반인들이 읽을 수 있는 책이어야 하기 때문에 깊이가 그리 깊지 않아도 된다고 생각하기가 쉽습니다.
그러기에 그 분야의 전문가가 아니어도 충분한 조사가 뒷받침되면 도움이 될만한 글을 만들 수 있습니다. 하지만 역시 잘못된 이해가 섞이거나 겉핥기를 할 수밖에 없는 것은 어쩔 수 없는 부분입니다. (대부분의 교양서적이 그렇죠 ^^;;)
하지만 이 책의 저자는 약력을 보면 알겠지만 그 화려한 경력만큼이나 물리학에 대한 이해도 뛰어났고 그것을 일반인에게 알리려 노력도 아끼지 않는 사람처럼 보입니다.(책에서 보건데..) 자기 분야에 대해 전문가인 것과 그것을 잘 설명하는 것은 조금 다른 문제입니다.
(연구 실적이 우수한 교수라 해서 꼭 강의를 잘 하는 것은 아닌 것처럼 말이죠)
두번째로 마음에 드는 것은 옮긴이입니다. 사실 이것은 의아해 하실지 모르겠지만 의아할 것이 없습니다. 대학 다녀본 사람은 압니다. 얼마나 형편없는 번역서들이 사방에 굴러다니는지... 한국말인데도 원서보다 해석하기 힘들어서 애먹었던 적이 한두번이 아닙니다(제 영어실력이 실력인지라...ㅜㅜ)
만일 이 책이 그렇게 번역된다면 독자는 가뜩이나 어려운 내용에 암호해독하듯이 읽어야 할지도 모릅니다. 하지만 역자는 감탄할만큼 명쾌하게 해석을 잘 해놓았고 거기에 부족한 수식들과 이해를 돕는 짤막한 글들도 덧붙여 놓았습니다.
이쯤되면 주석서가 별게 아닙니다. 이것은 옮긴이가 물리학과 교수일뿐 아니라 여러 번역 경험이 있는 분이시기에 가능했다고 생각합니다.
(그래서 저는 이분이 번역한거 위주로 몇개 읽었습니다 ^^;; - 책 홍보 아녜요 ㅋ)
책에 대한 불만사항은 현재 저에게는 별로 없군요. 한 3번정도 더 읽은 뒤에야 얘기할 수 있을 것 같습니다.
하지만 후주가 마음에 들지 않는군요. 좀더 자세한 내용을 원하는 사람에게 도움이 되도록 책에서 후주를 제공하는데 왔다갔다 하기가 보통 까다로운게 아닙니다. 하지만 일단 몇번씩 읽을 각오를 하셨다면 처음엔 그냥 쭉~ 읽고 다음부터 참고하시면 좋을 듯 합니다. ^^
시간을 아까워 하실 필요는 없습니다. 지금 물리학계에서 진행중인 이 경이로운 사건에 대해서 알게 됐다는 것만으로도 충분한 가치가 있습니다. 더불어 사람들이 그렇게 두려워하고 어려워하는 것에 대해 알게 되었다는 지적 만족감도 가질 수 있을 것 같습니다.
이제부터 책 내용입니다
그럼 책 내용에 대해 이야기 해야겠군요. 개인적으로 애착이 많이 가는 책이라 흥분했습니다. 책 내용은 간단합니다. 초끈이론에 대한 책입니다.
그러나 생각처럼 간단하지가 않습니다. 저자는 욕심이 꽤 많은 사람이었던지 단순히 초끈이론이 아니라 거의 현대물리개론서에 가까운 수준으로 책을 지었습니다. 왜 그러냐구요?
답은 또 간단합니다. 초끈 이론은 상대성이론과 양자역학의 충돌을 해소하여 모든 힘을 서술할 수 있는 통일장 이론의 청사진이기 때문입니다. 때문에 상대성이론과 양자역학이 무엇인지를 4장에 걸쳐서 설명하고 있는데(각각 2장씩) 이 둘은 바로 현대물리의 두 기둥입니다.
어떤 학문을 공부하기 전에는 학생은 그 학문에 문외한입니다. 또 여러분과 저와같은 일반인들도 문외한입니다. 그런 문외한들이 읽을 수 있는 책(그러면서 핵심적 내용을 담은 책)이야말로 진정한 교양서적이자 입문서일 것입니다.
1장은 대략 서문정도로 이해하시면 될것 같습니다. 하지만 여기에 물리학의 대략적인 역사가 모두 포함되어 있다고 하면 눈에 불을 켜고 읽겠지요? 그렇습니다. 여기엔 현대물리학의 태동까지의 대략적 역사와 현재알고 있는 것들에 대해 서술해 놓았습니다.
시작을 하기에 상당히 바람직한 형태의 장입니다.
여기서는 과학의 발전방식(실험-이론 물리관계, 이론-이론 물리의 충돌 등)과 모든 물질의 거동을 4가지 힘(중력,약력,강력,전자기력)으로 표현할 수 있다는 것을 아는 것이 핵심일 것 같습니다.
4가지 힘을 통합하는 것이 바로 통일장 이론입니다.
만일 통일장 이론이 정말로 발견 된다면 우리의 삶에 어떠한 영향을 끼칠까요? 아마 물리학계는 통일장 이론의 증명에 수십년을 보내겠지만 그로부터 얻어지는 결과는 아마 전 과학을 뒤엎을 수 있을 것입니다.
통일장 이론은 단지 4가지 힘의 통합뿐 아니라 광대한 우주를 설명하는 상대성 이론과 눈에 보이지도 않는 미시세계를 설명하는 양자역학을 아우르는 이론이기 때문입니다. 따라서 우리의 우주관은 다시 한번 재수정을 겪어야 할 것입니다.
그 과정에서 수학의 발전은 거의 필수적이며 재정립된 우주관은 화학의 기반을 형성할 것입니다.(지금의 양자역학이 그러하듯이) 나아가 화학의 접근방법을 뒤바꿔 버릴 수도 있고 생물도 마찬가지 입니다.
뿐만이 아닙니다. 새로운 우주관은 철학에도 지대한 활력을 불어넣을 것이고 이는 전 학문에 확산되어질 것입니다.(철학에서 시들해진 주제인 고대의 '존재론'이 다시금 주 쟁점이 되겠죠)
더 나아가 이제 할일이 없어진(물론 그렇지 않다고 보는게 타당하겠지만) 과학자들이 인간에게 눈을 돌리고 인간과 자연, 우주를 하나로 아우르는 그야말로 '대통일'학문에 눈을 돌리게 될지도 모르겠습니다.
2장은 특수 상대성 이론에 대해, 3장은 일반 상대성 이론에 대해 설명하고 있습니다.
자! 드디어 머리가 회전하는 세계의 시작입니다. 특수상대성 이론은 등속운동을 하고 있는 특수한 경우에 대한 상대성 이론이고, 일반 상대성 이론은 가속도 운동에도 적용을 하는 이론이라 생각하시면 되겠습니다.
상대성 이론의 출발은 '빛의 속도의 불변성'이고 두번째 핵심 개념은 '상대성'입니다. 상대성의 개념은 쉽게 이해되었지만 '빛의 속도의 불변'은 정말이지 이해하기 힘든 일입니다.
이 부분을 몇번 반복해서 읽었는데 우리의 일상적 경험으로는 정말이지 황당할 뿐입니다. 하지만 저자는 '빛의 속도의 불변성'의 근거를 실험적 증거로 언급할 뿐 구체적인 원리에 대해서는 회피하고 있다고 생각됩니다.(아니면 제가 잘못 읽었겠지요 -_-;;)
일단 이 두가지를 받아들이면 다음 논의를 따라가는 것은 그리 어려운 일이 아닌데 여기서 광자시계로 부터 도출되는 결과는 정말이지 황당 그 자체입니다.
"정지해 있는 관찰자 입장에서 등속운동을 하는 다른 물체의 시간은 느리게 가고, 물체는 움직이는 방향으로 수축한다"
말하자면 시간의 속도가 느려지고 공간이 줄어들은 셈입니다. 더 나아가 아인슈타인의 "모든 물체는 빛의 속도로 이동한다"라는 주장은 그 절정입니다. 책을 잘 보시면 아시겠지만 이는 시간과 공간의 통합을 즉, '시공간'의 개념을 이루는 설명입니다.
정말 머릿속 복잡해지는 장이 아닐 수 없습니다. 왜 사람들이 그토록 상대성이론에 진절머리를 내는지 알 것 같습니다. 우리의 경험에 위배되기 때문입니다. 하지만 일단 이것을 받아들이고 난뒤에 이것저것을 상상해보는 것 역시 즐거운 일입니다.
3장은 일반 상대성 이론으로 이 이론의 가장 중요한 핵심 포인트는 '등가원리'입니다. 이는 중력가속도와 운동가속도를 구분할 방법이 없다. 즉, 동등하다는 원리인데. 이로써 중력을 가속도의 개념으로 바꾸어 설명할 수 있게 되었습니다.
두번째 열쇠는 '리만 기하학'입니다. 이는 가우스 부터 시작한 비유클리드 기하학을 리만이 발전시켜 놓은 형태의 기하학인데 고전역학이 우리의 물리학적 사물 인지의 틀이 였던 것처럼 수학에서는 유클리드 기하학이 그러하였습니다.
그러다가 비유클리드 기하학이라는 전혀 새로운 기하학이 생겨났는데 아인슈타인은 이것을 상대성이론에 사용하여 효험은 보았습니다. 대단한 인연이지요. 이로부터 도출되는 결론은 다름아닌 중력이 시공간의 휨 현상이라는 것입니다.
황당하기는 이것역시 못지 않지만 그래도 특수 상대성이론에 비할바는 아니었습니다. 몇가지 상상을 추가 시키다 보면 재밌는 망상을 많이 하게 되니 주의 하세요 ㅋㅋ
4장부터는 양자역학입니다. 이것은 시작부터가 아주 웃긴데 유쾌한 과학자로 이름나있고 제가 좋아하는 물리학자 파인만의 말 때문이죠. 양자역학을 이해하는 사람은 '아무도 없다'고 자신있게 말할 수 있다는 것입니다. 그야말로 무지를 부끄럽게 여기지 않는 파인만다운 말입니다.
자 그럼, 그 알 수 없는 양자역학을 파고들어 봅시다. 책에서 보이는 양자역학은 상대성 이론과는 정반대의 길을 걸었던 것처럼 보입니다. 일단 실험 결과를 설명하기 위해 노력하다는 점에서는 같지만 상대성 이론이 단지 영감을 얻어 사고를 발전 시킨 것에 비해서 양자역학은 실험결과를 설명하기 위해 각종 '편법'을 도입한 후 그것들을 적절히 섞은 모양같습니다.
아인슈타인이 양자역학을 거부했던 것도 이해가 됩니다. 저도 아인슈타인의 말이 믿고 싶어졌습니다. "신은 주사위 노름따위는 하지 않는다"는 내용의 말인데 양자역학에서 전자(내지는 다른 입자)의 존재를 '확률'로 표현한 것을 반대하는 말입니다. 정말 확률밖에 알 수 없다면 정확한 물리는 물건너 간 셈입니다.
양자역학의 핵심 키워드는 몇개가 있는데 제 생각에는 '양자','물질파','확률','불확정성의 원리'인 것 같습니다.
'양자'는 물질의 최소에너지 단위를 말합니다. 에너지가 연속적이지 않고 최소단위를 넘느냐 넘지 못하느냐로 끊어져 있다는 것입니다.
두번째 '물질파'는 더 황당한데 모든 물질은 입자이기도 하고 파동이기도 하다라는 것입니다. 우리가 단지 출렁임일 뿐이라는 것은 이해하기가 쉽지 않겠지요
가장 골때리는 것은(죄송합니다. ;;) 역시 '불확정성의 원리'인데 여기서 일반상대성 이론과 양자역학이 정면으로 충돌됩니다. 이 이론은 나아가 관측자체의 한계를 만들어 버렸습니다. 과학은 실험으로 증명하는 학문인데 증명 할 수 있는 길이 사라져 버린 겁니다.
이제 실험물리학자들은 더이상 증명해낼 것이 없게 되어 버렸습니다. 이론 물리학자들이 대발견을 해서 실험물리학자들에게 실험거리를 주기를 기다리는 딱한 상황에 처해 버린 것입니다. 이론 물리학자들 역시 그러지 못해 끙끙대고 있는 사정입니다.
양자역학에서 제일 불만이었던 것은 이것이었습니다. 이것은 전혀 철학적이지 못합니다(제 멋대로 철학의 정의를 내렸습니다) 단지 계산 결과가 맞다는 이유로 칭송받을 수는 없는 것입니다. 이에 대해서 알아먹을 수 있게 설명이 가능하여야 합니다.
불확정성의 원리는 한술 더 뜹니다. 이는 우리가 더이상 알 수가 없다라고 공언하는 것과 같습니다. 우주의 궁극원리를 찾으려 했던 아인슈타인 할아버지한테 동정이 가는 부분이 아닐 수 없습니다.
5장에서 언급되기 시작해서 그 뒤부터는 이제 이 책의 주요 주제인 초끈 이론입니다. 저는 상대성이론과 양자역학을 우선 이해하고 싶어서 그 부분을 주로 반복해서 읽었고 이 부분은 그저 소설읽듯이 죽~ 읽어서 다시한번 볼생각입니다.
아직은 정립되지 않은 이론을 받들기 보다는 기존 이론을 잘 이해하고 싶었던 것이지요.
때문에 자세한 내용을 언급하기 보다는 (이미 질릴 정도로 길게 글이 써졌지요 ^^;;) 초끈이론에 대한 제 생각을 말해볼까 합니다.
초끈이론의 '초끈'은 무엇일까요? 책의 저자는 진정한 의미의 '원소'라고 표현하고 있습니다. 그리스 시대의 철학자들은 세상이 모든 같은 근본을 두고 구성되었다고 생각하였고 그에대해 '원소'라는 이름을 붙였습니다.
지금 우리가 알고 말하는 '원소'는 모든 물질을 단지 세가지의 집합(양성자,중성자,전자)으로 표현할 수 있기에 놀랍다고 말할 수 있는 개념임에 틀림이 없지만 그리스 시대의 학자들이 보기엔 '같은' 궁극이 아니므로 엄밀한 의미의 '원소'는 아닙니다.
하지만 초끈이론의 가장 큰 전제는 초끈이 만물의 최소단위라는 것입니다. 비록 그 크기가 비할바 없이 작고 있는지조차 모르지만 그것은 분명 '크기'를 가지고 있으며 그것으로 부터 모든 물질이 표현될 수 있습니다.(초끈 이론이 정말 맞다면) 즉, 진정한 의미의 '원소'입니다.
기하학에서 제가 정말 이해하기 어려웠던 것은 '점'에 대한 공리입니다. '위치'는 있는데 '크기'가 없다는 것입니다.(이는 여러 책들에서 자주 언급되었던 문제입니다) 헌데 점이 크기가 없다면 그걸 아무리 더해봤자 우리세계의 크기는 0이 아니겠습까?
우리의 우주는 이렇듯 '점입자론'에 근거하고 있기 때문에 근본적으로 충돌이 생길 수 밖에 없고 지금 그 영역의 끝을 향해 달려가는 시점에서 원소론이 다시 대두된 것은 어찌보면 당연하다 할 수 있겠습니다.(제 생각입니다 ^^)
두번 째 질문은 첫번째 질문의 연장인데 왜 하필 끈 일까요?
그냥 공간을 적당히 차지하는 입체도형을 내걸면 편할텐데 말이죠(물론 지금은 초끈이론의 초창기와 같은 개념의 끈이 아닙니다. M-이론을 읽어보셔요 ^^)
제 의견이지만 그것은 양자역학에서 이해하기 힘든 문제중 하나인 '물질파'의 개념을 설명하기 위함이 아닐까요? 입자이며 파동이다. 누가들어도 뭔소린지 모를 말입니다.
하지만 애초에 '원소'는 끈 형태이고 그것이 어떻게 '진동'하느냐에 따라 다른 물리적 특성(전자가 될 수도 있고 양성자가 될 수도 있는)을 가진다면 쉽게 설명되는 문제입니다.
끈이 '진동'하기 때문에 그러한 입자가 될수 있는 것입니다. "우리가 입자라고 하는 것은 사실은 진동의 특수한 형태이다"라고 하는 말과 같습니다. 어찌보면 진동이야말로 물질의 존재를 나타내는 것입니다.
(이것으로 절대영도가 왜 존재하지 않는지 알 수 있습니다. 절대영도는 물질이 더이상 움직이지 즉, 진동하지 않는다는 뜻이고 초끈이론의 입장에서는 그것은 존재하지 않는 것과 별반 다를 것이 없는 것입니다.)
헷갈리시다면 제 논의를 좀더 확장시켜 보겠습니다. 이런식의 설명이 가능합니다. 초끈은 '원소'이므로 우주 그 자체이고 그것들이 각각 '진동'함에 따라 사물이 존재할 수 있다는 것입니다.
어찌보면 도덕시간에 배운 '이기론'과 매우 비슷하다 할 수 있겠습니다.(건성으로 들었기에 잘 알지 못해요 ^^)
여기에 물리적 지식을 더 첨가시키면 '양자화'가 가능한 이유도 알 수가 있습니다. 파동이기에 특정 파장에 따라 가질 수 있는 에너지가 불연속적인 것입니다. 자세한 논의는 피하기로 하지요 (슈슝~~ ^^;;)
어쨌건 저자의 논의를 따라가 보면 초끈이론에 대한 희망으로 가득차 있습니다. 저자는 초끈이론이 우리세대에 완성되지 못할 수도 있겠지만 한번만 대혁명이 일어나 준다면 그야말로 물리학의 서광이 비추는 날이라고 얘기하고 있습니다.
초끈이론이 위에서 제가 간략히 언급했듯이 양자역학의 가려운 부분(만들어 놓고 이해하지 못한다는..)을 속시원히 긁어주고 상대성이론과 조화를 이루거나 포괄시켜서 우리의 궁극적 우주관을 형성하는데 크게 기여하리라는 것입니다.
정말 그런 세상이 온다면 이는 전 인류의 복일 것입니다. 그리고 그런 세상이 열릴 수 있다고 소개하는 이 책이야말로 제가 생각하기에 추천받아 마땅할 책이라 생각합니다.
물론 어렵고 복잡한 내용의 책이지만 저자의 입담과 전문용어 및 수식을 쓰지않는 노력이 부담을 줄여주니 이만한 수준의 현대물리 입문서를 찾기가 어려울 것이라 감히 생각해봅니다.
글이 너무 길었습니다. 아직 몇번 보지도 않고 이런 글을 길게 써놓아 심기가 불편하시 겠지만 글을 끝까지 읽어주신 분이 있다면 고맙겠군요 ^^