내 방에서 우주 끝까지, 세상의 온갖 법칙과 현상을 찾아 보자

그림으로 보는 모든 순간의 과학 - 내 방에서 우주 끝까지, 세상의 온갖 법칙과 현상을 찾아서
브라이언 크레그.애덤 댄트 지음, 이종필 옮김 / 김영사 / 2022년 7월

19세기 영국의 시인 존 키츠는 뉴턴의 <만유인력의 법칙>을 두고 자연의 순수한 아름다움을 단순한 수학 공식으로 환원 시켜서 '무지개 색을 이리저리 뒤섞어버린'죄를 저질렀다고 비판했다.

언어의 음율과 규칙을 사랑했던 시인은 자연의 법칙을 수학 공식으로 단번에 도출 할 수 없을 정도로 인간의 눈에 보이지 않는 아름다움이 있다고 믿었다.

수학자와 과학자들은 대 자연의 원리, 순환의 법칙을 간단한 공식과 규칙으로 도출 해서 세상의 모든 이치가 어떻게 움직이고 작동하는지 알기 위해 노력 했다.

1170년 무렵에 피사에서 태어난 수학자 피보나치는 북 아프리카로 여행을 갔다가 현지 아랍인들이 물물 교환을 할 때 사용 하는 숫자를 처음 접하게 되었다.

1202년 고향 피사로 돌아온 후 자신의 저서 <계산 판의 책>에서 처음으로 인도에서 유래 해서 아랍인들 사이에서 널리 쓰였던 숫자 0을 서양에 소개 했다.

이후 서양에서는 각종 질병과 전염병, 자연 사로 죽는 가축이나 사람을 숫자로 표기 하면서 수리학과 통계학 분야를 발전 시켜 나갔다.

1665년 캠브리지 대학을 졸업 한 직후 전염병에 감염 되어 약 2년 동안 집안에서 옴짝 달싹하지 못했던 아이작 뉴턴은 우연히 자신의 집 앞 마당에 심어둔 사과 나무에서 사과가 떨어지는 장면에서 영감을 얻고 '중력', 즉 <보편 중력의 법칙> 이론을 성립 한다.

그는 이 법칙에 수학 기법인 유율법(무한히 작은 시간 간격 사이에 발생하는 두 증분량의 비와 같은 것)을 사용해서 미적분학으로 발전 시켰다.

뉴턴이 사망 한 후 40여년의 세월이 흘러 런던의 제본사 수습생으로 일하며 불철 주야로 과학과 수학을 독학한 청년 마이클 패러데이는 뉴턴이 <자연 철학의 수학적 원리>라는 논문을 발표했던 영국 왕립 연구소 화학 조수로 채용이 된다.

그는 이곳에서 우연한 실험을 통해 전동기 이면의 현상을 발견하고 발전기 매커니즘을 제시 했다.

그는 어둠의 시간이 긴 영국 땅을 환하게 밝혀야 한다는 사명감을 품고 전국을 순회하며 전자기 개념과 원리 유도 현상에 대해 강의를 펼치며 과학의 대중화를 이끌었다.

인류 역사의 발전 속에는 곳곳에서 우연한 여행과 발견의 산물로 탄생한 과학과 수학이 있다.

세포를 분리 하다가 발견한 세균을 통해서 인류의 생명을 위협 하는 치명적인 바이러스 균을 제거하는 성분을 추출하기 도 하고 문명을 파괴하는 핵 공학에서 암을 치유하는 기기로 발전 시켜 나가기도 했다.

지구의 나이를 계산해보다가 광합성물질로 지구에서 멀리 떨어져 있는 행성을 관찰 할 수 있는 망원경을 발명 하기도 하고 암석과 화석 탐사를 통해 지구의 판이 이동 했다는 대륙 이동과 판 구조의 원리를 발견 하기도 했다.

과학자들과 수학자들의 부단한 노력과 열정으로 성립되고 발전 시켜 나간 일련의 자연 법칙과 현상들을 통해 21세기의 세상은 19세기와 전혀 다른 삶의 질을 향상 시킬 수 있었다.

하지만 20세기 초 부터 확립되었던 양자 역학과 카오스 이론을 제외 하고 현재 21세기에 통용 되고 지속 적인 연구가 이루어진 과학들은 전부 20세기 이전에 이미 이론적으로 확립된 규칙과 법칙들이 였다.

과학이란 우주의 구성 원리와 요소들이 어떻게 작동해서 지구의 자연과 인간에게 어떤 영향을 주는지 연구하는 학문이다.

과학적 원리나 현상은 추상적인 개념이나 상상에서 출발 할 수 있고 인간의 눈으로 바로 식별 할 수 있는 사물과 생명체의 모습과 습성에서 발견 될 수 있다.

과학이라는 학문을 통해 발전 된 응용 과학의 원리들은 우리가 살고 있는 세상이 어떤 모습으로 발전 되고 있는지 어떻게 유지 하고 지탱 할 수 있는지 원리를 알고 미래에 발생 할 수 있는 여러 문제들을 미리 방지 할 수 있다.

우주는 인간들이 고안한 수리적 규칙이나 법 체계와 달리 특정한 상황에 딱 들어 맞는 규칙이 없기 때문에 과학이 제시하는 법칙을 통해 반복되는 자연 현상의 양상을 분석 하는 방법으로 우주가 품고 있는 비밀에 한 층 더 다가갈 수 있는 것이다.

흔히들 과학자들은 이런 것들 저런 것들을 관찰 하고 분석한 끝에 이런 규칙과 이론을 성립 시켰다는 논문을 발표 한다.

관찰을 통해 발견한 현상에서 이끌어낸 물리적 법칙으로 자연의 주기와 인간 생명의 비밀을 알아내고 있는 과학에 아무런 관심이 없다면 인생 그리고 우주 세상 만물에 아무런 관심이 없다는 것일지 모른다.

여기 놀라운 한 권의 그림 책 속에 모든 순간의 과학이 담겨 있다.

부엌 - 집 - 정원 - 과학관 - 병원 - 광장 -거리 - 교외 - 해안지대 - 대륙 - 지구 -태양계 - 대우주의 장으로 나눠져서 각 장마다 46개의 과학 법칙과 현상을 다루고 있다.

그림 한 장 속에는 놀라울 정도로 일상과 세상의 모든 과학적 법칙과 현상을 보여준다.

각 장마다 삽입된 그림 속에는 물리학,생물학, 지질학, 화학, 천문학, 기상학, 생태학등 거의 모든 과학 분야가 담겨 있고 모든 과학 법칙을 단 두어 개의 문장으로 핵심만 간결하게 서술 했다.

어떤 규칙이나 법칙의 이름을 학교 수업을 통해 실험이나 암기로 배웠지만 정작 일상 생활에서 어떻게 적용 되고 작동 되는지 설명 하기 힘들다.

하지만 이 책에 수록된 그림에는 과학을 전혀 모르는 이들도 이해 할 수 있게 우리 일상 생활 주변을 둘러싼 현상 부터 각종 주방 기기들, 화장실 용품과 청소 도구들 부터 거대한 우주까지 확장 시켜서 세상이 어떤 규칙과 법칙으로 움직이고 작동 되고 있는지 한 눈에 파악 할 수 있다.

각종 체험 학습과 실험, 박물관 탐사를 통해 과학의 흥미를 키워 나가지만 실제로 자연 법칙과 이론, 수학적 원리를 배우기 시작 하면서 쉽게 접근 하기 힘든 장벽이 눈 앞에 세워진다.

과학을 몰라도 수학 공식을 몰라도 일상 생활을 헤쳐나가는데 별 다른 어려움이나 지장은 없다.

하지만 어디선가 날아오는 샴페인 마개에 얼굴을 맞아 뒤로 넘어지기도 하고(‘헨리의 법칙’). 서서히 멀어지는 구급차 사이렌 소리에 귀를 틀어 막거나(‘도플러 효과’), 갑작스럽게 발생한 자동차 엔진 이상으로 긴 지렛대로 차를 힘겹게 들어 올리기는 (‘아르키메데스의 지레 원리’) 순간에도 여러 과학적 규칙과 원리가 적용되고 있다.

야외에서 햄버거를 먹고 있을 때 어디선가 햄버거 냄새를 맡은 강아지들이 달려 들기도 하고 (‘확산’), 어느 날 유원지 한 가운데서 날아 다니는 종이 비행기를 보기도 한다.(‘베르누이 원리’).

우리 일상의 이런 자잘한 행동 속에 숨겨진 이런 과학적 법칙과 현상을 알게 된다면

어느 날 문득 보게 된 영화 속 소설 속 한 장면에서 '양자의 법칙'을 발견하게 될지 모른다.

과학은 세상 만물이 작동하는 규칙으로 과학의 원리를 알게 된다면 이전과 다른 시선으로 일상을 관찰 하게 된다.

코로나 팬데믹이 발발 하지 않았다면 인류의 생명을 위협 시킬 정도로 전파력이 강한 바이러스라는 존재는 그저 영화에서 나 있을 법한 일이라고 생각 했을 것이다.

끝이 보이지 않는 코로나 변이로 인해 지구 온도 변화에 민감해 졌고 환경 오염에 대해 심각하게 생각 하게 되었다.

과학이 단지 학교에서만 배우는 과목으로 치부 해버리고 그저 전문가들이 각종 실험실이나 연구소에서나 수행하는 것이라고 생각 한다면 지구 환경의 오염과 이상 기후 현상으로 인해 병들어가는 대 자연을 영원히 복원 시켜 나갈 수 없을 것이다.

우리가 살아가고 경험하는 모든 순간에 숨어 있는 514개의 법칙과 현상 그림책이면서 과학책이고, 수준은 낮추지 않되 진입 장벽을 획기적으로 낮춘, 기존 과학 분야에서는 볼 수 없었던 새로운 그림 <모든 순간의 과학> 책을 통해 내 방에서 우주 끝까지, 세상의 온갖 법칙과 현상을 찾아 보자.

​​[자연의 현상 사이에는 우리 눈에는 명확하게 보이지 않는 오직 분석을 통해서 만 볼 수 있는 그런 리듬과 양상이 있다. 우리가 물리 법칙이라 부르는 것은 바로 그런 양상들 이다.]

-리처드 파이만