물리학 쿼크에서 우주까지, 시간여행 상대성이론, 과학도서

물리학, 쿼크에서 우주까지 - 세상을 움직이는 법칙을 찾아서 ㅣ 굿모닝 굿나잇 (Good morning Good night)
이종필 지음 / 김영사 / 2023년 3월

알면 알수록 힘이 되는 물리학 강의, 물리학 쿼크에서 우주까지이다. 정말 놀라운 사실을 하나 알게 될 것이다.

이미 물리학이나 과학에 관심이 있거나 관련 일을 하는 분이라면 알고 있겠지만 일반인인 나는 그게 가능한 것인지 알고 놀랄 수밖에 없었다. '그것'은 포스팅 중간에 나올 것이다.

Q. '쿼크'가 무엇인가?

우주의 기본 단위를 이루는 입자를 우리는 원자라고 알고 있다. 원자는 더 이상 쪼개지지 않는다는 뜻을 내포하고 있다. 원자는 전자와 원자핵으로 구성되어 있다.

그런데 그것은 1960년대에 쿼크라는 개념이 제시되면서 지금 현재까지 우주를 구성하는 기본 단위는 쿼크와 전자가 자리 잡게 되었다.

물리학 쿼크에서 우주까지는 우주의 기본 단위부터 빅뱅이론까지 우리가 알고 있는 지구와 우주의 이론들을 일컬어 놓은 책이다.

물리학이라니 내가 과연 물리학 쿼크에서 우주까지를 읽으면 물리학에 관해 조금 알 수 있으려나 싶어 용기 내 선택한 서적이다.

내가 도서 블로거로서의 삶을 이끌어 주신 꿈꾸는 유목민 님이 해준 말이 생각난다. 좋아하는 책만 고집하지 말고 여러 분야의 책을 접하다 보면 그것들이 한 점 한 점 모여 선으로 연결되는 날이 올 것이라고 말이다.

그 말에 용기 내어 요즘은 나와 전혀 상관없고 관심도 없었던 책을 읽어보려고 노력 중이다. 그리고 선택한 책이 물리학 쿼크에서 우주까지이다.

예상을 전혀 빗나가지 않고 내겐 버거운 책이었다. 마지막 책장을 덮는 순간까지 과연 내가 무엇을 읽었던가 생각을 더듬게 되는 책이 맞다.

그러나 그럼에도 불구하고 난 물리학 쿼크에서 우주까지를 선택한 것이 너무 잘한 일이라고 자신에게 칭찬해 주고 싶다.

한 예로, 모두가 들어봄직한 상대성이론을 알게 된 것이 그것이다.

이 상대성이론을 주장한 사람은 갈릴레이와 아인슈타인이다. 이 정도는 금방 검색하면 알 수 있다. 그런데 영화 인터스텔라와 결합하여 설명하면 어마어마한 이야기가 나온다.

왜 인터스텔라가 상영될 때 엄마들이 아이들 손을 이끌고 영화관을 찾고 열광하였는지 알게 되었다.

Q. 상대성 이론이란?

갈릴레이가 주장한 (고전역학의) 상대성이론으로 지구의 자전과 공전을 말한다.

만약 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전한다면 나무에서 떨어지는 사과나 낙엽은 서쪽으로 치우쳐 떨어져야 하지 않을까? 하지만 그런 현상을 일상에서 볼 수가 없다. p86

한강 다리 위를 지하철과 자동차가 각각 시속 50킬로미터와 60킬로미터로 나란히 건너가고 있을 때, 지면에 대해 움직이고 있는 지하철의 입장에서 자동차를 관찰하면 어떻게 될까? (중략) 관찰자가 움직이는 속력을 빼면 된다. (60km/h - 50km/h) p87

지하철과 자동차가 같은 속도라면 정지해 있는 것처럼 보일 것이다.

여기에 나아가 아인슈타인은 과학이 우주를 설명하려면 인간의 언어가 아니라 우주의 언어로 서술해야 한다고 하면서 특수상대성이론을 제시한다.

기존의 시간과 공간을 인간의 언어로 보고 우주의 언어인 광속으로 번역하는 과정을 거쳐야 한다는 것이다. 아인슈타인은 우주 본연의 언어 '광속'을 찾은 것이다.

광속은 간단하게 진공 속에서 빛이 이동한 '거리'를 걸린 '시간'으로 나누면 얻을 수 있는 값이다. p97

지하철이 동쪽을 향해 광속의 90퍼센트로 진행하면서 서쪽을 행해 광속의 80퍼센트로 진행하는 자동차를 관측한다 하더라도, 지하철에서 바라본 자동차의 속력은 광속의 170퍼센트가 아니라 (0.9+0.8)/(1+0.9X0.8)=(1.7/1.72)가 되어 결코 광속을 넘어설 수 없다. p93

어려운 이야기 넘어가고, 이 새로운 계산법은 광속이 불변이 되게끔 시간과 공간을 조정한 결과라고 한다.

결론적으로 나는 지구의 굉장한 비밀 하나를 알게 된 느낌이었다. 이미 과학에서 알려진 특수상대성이론이다.

영화를 보았을 때는 영화니까 가짜라는 이미지가 있었는데 영화 인터스텔라를 예시로 들어 근거와 관련된 이론을 물리학 쿼크에서 우주까지에서 설명하니 일반인의 입장에서 신빙성이 갔다.

연출가는 도대체 이 상대성이론을 얼마나 많이 공부했을까 생각하니 그 영화가 과학 이론에 입각한 영화구나 혀를 찰 수밖에 없었다.

인터스텔라 상영 시 몇 주 연속 예매율 1위를 기록했는데 물리학 쿼크에서 우주까지가 그때 맞춰 출간되었다면 무조건 베스트셀러였겠구나 아쉬운 마음이 든다. 그래도 지금이라도 이 책을 접할 수 있어서 얼마나 다행인지.

이 특수 상대성이론에 등가원리를 이용하면 중력에 관해 놀라운 결과가 나온다고 한다. 가속운동을 하는 상황까지 더해져 시공간의 모양이 심하게 뒤틀린다고 하니, 인터스텔라의 후반부 장면(영화에서 딸은 지구에 아버지는 우주에 있는데 부녀상봉이 이뤄진다. 이때 말도 안 되는 이야기라며 나는 심한 허탈감을 느꼈던 기억이 난다)이 모조리 가짜는 아니구나 싶었다.

이론상으로 진짜 시간여행이 가능한 거였다니 정말 놀라지 않을 수 없었다. 이제 여러분도 나와 같이 지구 비밀 하나를 알게 된 것이다.

이래서 사람은 지식을 쌓아야 하나 보다. 물리학 쿼크에서 우주까지의 표지에 보면 '알면 알수록 힘이 되는 물리학 강의'라고 적혀 있는 이유가 있었다.

갈릴레이에 이어 아인슈타인의 상대성이론을 알지 못했다면 이런 어마어마한 지구와 우주의 신비로움을 몰랐을 것이다.

점점 물리학, 과학, 이과 계열이 궁금해진다. 내가 모르는, 이미 세상에 나와있는 이런 멋진 이론들이 얼마나 더 많을까?

사람들이 가보지 못한 미지의 공간에 호기심을 느껴 여행을 떠나듯이 나는 지구와 우주의 신비가 내 구미를 당기고 있다.

이론 대로라면 미래와 과거로 가는 시간여행이 충분히 가능하다는 것인데, 그다음 이야기는 무엇일까?

저자가 말하길, 물리학을 연구하는 작업은 인간의 가장 창의적인 분야 중 하나라서 인공지능이 대체할 수 있는 마지막 영역이라는 추측이 많다고 한다. 또한 그런 기계의 도움을 받더라도 자연의 비밀을 좀 더 많이, 하루라도 빨리 알아낼 수 있길 기뿐 마음으로 받아들일 것이라고도 하였다.

인간의 창의성 분야는 호기심에서 발현된 것이 아닌가 싶다. 나 또한 지구와 우주의 비밀을 하나씩 알아갈 수 있는 기쁨이 주어진다면 영광으로 생각하며 인공지능의 순기능을 기대해 보겠다.

이런 호기심이 있는 사람들에게 물리학 쿼크에서 우주까지를 추천한다.

왜 하늘은 파랄까, 아침저녁으로 붉은 노을을 볼 수 있는 이유는?

우회전하는 버스 안에서 몸은 왜 왼쪽으로 쏠릴까?

영화 인터스텔라는 정말 실현 가능할까?

우주는 영원불멸할까, 빅뱅에서 생겨난 것일까?

우주 출생의 비밀은?

우주는 어디로 가고 있나?

오늘은 세상만사 모든 것의 작동 법칙을 찾아내는 물리학의 힘, 물리학 쿼크에서 우주까지를 읽어 보았다.

<출판사에서 도서를 지원 받아 작성하였습니다>