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모든 순간의 물리학 - 우리는 누구인가라는 물음에 대한 물리학의 대답
카를로 로벨리 지음, 김현주 옮김, 이중원 감수 / 쌤앤파커스 / 2016년 2월
평점 :
공상과학소설이나 영화 속에선 주인공이 우주여행 후 지구로 귀환하면 자신의 가족과 친구들이 알아보지 못할 정도로 늙었거나
이미 고인이 된 것으로 묘사되는 장면을 보게 된다. 이런 상황은 물리학의 상대성이론에서 말하는 빛의 속도로 우주를 여행하는 경우 공간의 이동만 존재하고 시간은 멈춘 듯한 효과가 발생한다는 이론을 기반으로 한 것인데, 지구의 입장에서는 시간은 계속 흘렀던 것이다. 이런 특수한 환경이 아니더라도 주변의 환경에서도 물리학의 법칙들이 적용됨을 쉽게 발견할 수 있다. 우리가 자동차를 운전하는 과정에서 석유에너지가 운동에너지로 전환되는 것을 경험한다. 다른 형태의 에너지 전환은 에너지 보존법칙 안에서 계산될 수 있으며 이렇듯 물리학은 사물의 이치를 설명하는 학문으로 우리의 생활과 밀접한 관계를 맺는다.
이 책에서는 우리가 살고 있는 지구라는 일반적인 환경이 아니라 우주라는 특수환경에서의 물리학을 주로 설명한다. '세상에서 가장 아름다운 이론'이라고 묘사하고 있는 상대성 이론과 양자역학, 우주의 구조, 입자, 공간 입자, 블랙홀, 마지막에는 인간이란 존재를 물리학으로 설명하려는 철학적 시도가 보인다. 책에서 언급되고 있는 물리학 이론들 각각을 설명하기 위한 책을 보더라도 엄청난 양일텐데 이 모든 것을 아주 가볍고 얇은 책 한 권에 기본적인 설명들로 이루어져 있다. 그것만으로도 놀라운 책이다.
첫번째 강의는 상대성 이론이다. 고전역학에서는 중력의 작용으로 행성들의 운동과 관계들을 설명했었다. 하지만 중력만으로 설명할 수 없는 현상을 발견하고, 물체들 사이에는 공간이 있으며 이 공간자체가 물질이며 휠 수 있는 유연한 존재라고 설명한다. 공간과 함께 시간도 휠 수 있으며 중력이 약한 곳과 강한 곳 사이에는 시간의 흐름도 다르다는 것이 주요내용이다.
두번째 강의. 양자역학은 원자폭탄을 가능하게 만든 이론으로 분자를 구성하는 원자는 양성자, 중성자와 전자로 이루어져 있다. 가장 안정된 상태인 원자를 특수한 환경에서 중성자와 양성자로 나뉘면서 엄청난 폭발력의 에너지가 발생하는데 그것을 원자력에너지로 사용하는 것이다. 이 과정에서 양자역학에서 말하는 핵심은 양자도약이라는 불확실한 현상이 발생한다는 것이다.
세번째 강의에서는 우주의 구조에 대해 과거의 과학자들의 주장의 변천사를 볼 수 있다. 과학자들이 이론으로 정립하는 과정은 관찰을 통해서 가설을 세우고 가설에 뒷받침할만한 실험을 통해 통계자료를 만들어 그것이 학계에서 이론으로 인정받는 수순을 따른다. 태양을 중심으로 지구가 공전과 자전을 동시에 하고 있음도 그와 같은 과정을 거쳐서 밝혀진 것이다.
다섯번째 강의는 저자의 연구분야이다. 서로 모순되는 상대성 이론과 양자역학을 연결시키기 위한 시도인 루프양자중력이론을 다루고 있는데, 역동적이고 서로 연결되어 있는 상대성이론의 공간개념과 미세한 양자로 불연속적으로 이루어진 양자역학의 공간 개념을 함께 공존시킬려는 시도를 한다.
그리고 마지막 강의는 물리학의 세계로 바라본 인간의 존재에 대한 고찰이다. 우주의 거시적인 관점에서 보면 아주 작은 부분의 먼지같은 인간은 변화에 대해 끊임없이 탐구하며 진화해가는 존재이다. 과거 지구에 존재하며 멸종해간 다른 종과 같이 우리 인간들도 언젠가 멸종할 위험에 놓여 있다. 하지만 그럼에도 불구하고 우리의 앎에 대한 호기심과 변화에 대한 노력은 계속될 것이다.
| '미켈레는 나보다 조금 더 일찍 이 기이한 세상을 떠났다. 이것은 아무 의미도 없다. 우리처럼 물리학을 믿는 사람들은 과거와 현재, 미래를 구분하느 것이 고질적으로 집착하는 환상일 뿐이라는 것을 알고 있다.' (본문 중, 아인슈타인이 친구의 죽음 후 그의 동생쓴 편지) |
최근 NASA의 우주비행사 스콧 켈리가 우주정거장에서 지구로 귀환했다. 340일만에 돌아온 그는 미국 뉴저지에 사는 형 마크 켈리와 일란성 쌍둥이이다. 그의 이번 우주여행은 인간이 우주에 체류중 인체에 어떤 변화가 생기는지를 알기 위함이었고, 그 결과를 바탕으로 앞으로 인류의 화성 탐사 준비는 진행될 것으로 보인다. 이 실험에서 개인적으로 궁금했던 것은 우주인과 지구인의 노화정도였는데, 빛의 속도로 여행하는 것이 아닌 경우라 그 차이는 미미한 것으로 예측되고 있다. 이렇듯 인류가 우주라는 미지의 세계에 대한 도전들이 세계 곳곳에서 현재도 이루어지고 있을 것이다.
과학이라는 학문이 전문가들만의 영역이란 생각에서 벗어나 일반인들이 과학에 관심을 가져야한다고는 것이 개인적인 생각이다.인재들이 기초과학을 기피하고 소위 취업이 잘되는 전공으로 진학하는 현실이 안타깝고 걱정스럽기도 하다. 기초과학의 부재가 결국은 응용과학의 영역까지 위태롭게 할 것이고, '미래의 가능성'이라는 기회에서 멀어지게 만들 것이기 때문이다. 현실을 도외시 할 수 없는 개인의 상황을 생각하면 정부와 기업이 함께 노력해야하는 영역이기도 하다.
일반인들이 물리학에 대해 쉽게 받아들이고 이해할 수 있는 책이 출간된 것은 상당히 고무적이다. 하지만 물리학이라는 영역이 워낙 어려운 분야라 이 책이 쉽다는 것은 전문적인 용어와 수식이 없다는 것, 가능하면 쉬운 말로 설명했다는 것 뿐이지 물리학의 개념이 쉽다는 것은 여전히 아니다. 그럼에도 불구하고 여느 다른 물리학 서적들 보다는 정말 간단하고 쉽게 설명하고 있다. 과학에 관심이 있는 분들, 과학을 쉽게 이해하고자 하는 분들에게 이 책을 권해주고 싶다.