진격의 물리학

진격의 물리학 - 인류 문명을 끌어가는 숨은 거인
이광진 지음 / 북트리거 / 2023년 5월

《진격의 물리학》은 새로운 교양으로서의 물리학을 소개하는 책이에요.

우선 물리학이란 무엇일까요. 저자는 물리학은 자연과 우주의 이치를 탐구하여 자기 자신과 우주의 존재 이유를 통찰하는 학문이라고 이야기하네요. 이 책의 목적은 물리학이 21세기에 가장 중요한 필수 교양임을 알리는 거예요. 저자는 우리가 물리학을 통해 세상의 이치와 변화를 인지하는 혜안을 갖게 되기를 희망하며 이 책을 썼다고 해요. 사실 수학과 더불어 물리학은 어려워서 꺼려지는 학문이라 전공자가 아닌 경우에는 관심을 갖는 경우가 드물어요. 수학만으로도 골치 아픈데 과학 현상을 수학으로 설명하는 물리학이라니, 몇 배로 어렵다고 느끼는 거죠. 일단 고등학교 물리 교과서에 나오는 공식으로 푸는 문제에 질린 경우가 많을 거예요. 하지만 물리학은 수학뿐 아니라 역사와 철학을 아우르는 총체적인 학문이며, 인류 문명의 발전에 결정적 역할을 해왔어요. 끊임없이 제기되는 '왜'라는 질문에 대해 이성적이고 합리적인 논증에 기반하여 답을 찾기 위해 노력해왔고, 현재진행형이라는 점이 중요해요. 저자는 현대 물리학이 다른 학문과의 융합으로 성큼성큼 진격하고 있으며, 미래를 이끌어 갈 것으로 보고 있어요. 비단 물리학만을 강조하는 게 아니라 학문적 경계를 무너뜨리고 공동 연구와 융합 연구를 통해 발전할 수 있다는 걸 의미하는 거예요.

이 책은 물리학이라는 학문이 태어나고 성장해 온 역사를 과거, 현재, 미래로 나누어 설명하고 있어요.

물리의 세계로 들어가면 모든 자연과학과 철학을 비롯한 인문학과의 연결고리를 찾을 수 있어요. 일단 물리학에 대해 말하려면 수학을 빼놓을 수 없어요. 자연현상과 무관해 보이는 수학이 어떻게 물리학과 연관된 걸까요. 철저한 이성적 사유로 정립된 수학 체계가 나중에 물리법칙으로서 자연을 설명하고 해석하는 이론적 틀이 되는 경우가 많았고, 수학자들이 정립해 놓은 위상수학이 현대 응집물질물리학에서 중요 개념이 되는가 하면 물리학자들이 자연을 설명하기 위한 수학 이론을 개발하면서 새로운 수학 분야가 탄생하기도 했어요. 대표적인 예가 뉴턴이 개발한 미적분학이에요. 뉴턴은 미적분학을 이용해 미분방정식의 형태로 주어지는 운동방정식을 정립했고, 시시각각 변화하는 물체의 운동 상태를 정확하게 기술할 수 있었어요. 이후 미적분학은 수학에서 독립적인 학문으로 자리 잡으며 수학 발전에 기여했어요. 수학과 물리학의 연관성은 뉴턴의 저서 <자연철학의 수학적 원리>에서 수학이 과학과 불가분의 관계이며 수학이라는 언어를 통해 자연을 해독할 수 있다는 물리학의 본질을 보여줬어요. 물리학과 같은 자연과학의 이론은 반드시 관측이나 실험을 통해 검증을 받아야 비로소 그 지위를 인정받기 때문에 아무리 과학적으로 범접할 수 없는 명성을 지닌 과학자라고 해도 자연이라는 진실 앞에 얼마든지 그 권위가 무너질 수 있어요. 인류 역사상 가장 위대한 천재 과학자로 손꼽히는 뉴턴의 빛에 대한 학설도 영국의 토머스 영이라는 젊은 학자의 실험으로 뒤집혔어요.

그러면 수학과 물리학의 가장 큰 차이점은 뭘까요. 물리학에서 발견된 우주의 법칙은 엄밀한 수학 이론만으로는 부족하며, 그 이론을 입증할 수 있는 정밀한 실험적 결과가 반드시 수반되어야 한다는 점이에요. 수학적 우아함이 물리 이론에 필수 요소는 맞지만 충분조건은 아니라는 거죠. 따라서 과학자는 자연과 우주라는 대상을 마주하는 순간에는 개인적 신념이나 믿음은 모두 버리고 객관화된 수학과 엄밀한 실험적 증거를 기반으로 현상을 설명해야만 해요. 과연 '모든 것의 이론'이라 불리는 최종이론의 방정식을 찾을 수 있을까요. 또한 인공지능이 자연과학 분야의 난제들을 해결할 수 있을까요. 확실한 건 인간의 본능적인 호기심이 수많은 과학적 진보를 이뤄왔듯이 미래에도 그러할 거라는 믿음이에요. 우리는 과학자들과 더불어 전 인류적인 과제를 풀어야 할 책임이 있어요. 물리학부터 차근차근 과학을 이해해야 세상을 알 수 있어요.