우리 모두는 토머스였다

과학이 가르쳐준 것들 - 자유롭고 유쾌한 삶을 위한 17가지 과학적 태도
이정모 지음 / 바틀비 / 2020년 3월

과학을 어려워하는 사람들은 믿지 않겠지만, 우리는 모두 한때 과학을 좋아했다. 어린 시절 누구나 한 번쯤 열광하고 사랑에 빠지게 만드는 존재가 있었으니, 그것은 바로 공룡이다. 어린이들이 공룡을 좋아하는 이유는 지금은 사라지고 없는 존재에 대한 호기심 때문일 것이다. 아마도 공룡에 푹 빠진 어린 시절은 우리 인생에서 가장 처음으로 과학 공부를 재미있게 하던 시기였다. 발음하기 어려운 공룡 이름을 줄줄 외워서 부모에게 알려주고 싶은 소박한 배움의 동기는 아이들을 행복하게 만든다. 어른이 되면 공룡에 대한 호기심만 사라지는 건 아니다. 과학을 공부하는 즐거움도 사라져버린다. 공룡 박사가 되는 꿈을 가졌던 아이는 학교에서 치른 과학 시험의 초라한 성적표에 실망하고, 그때부터 과학 공부를 포기한다.

학교에서 배우는 과학은 호기심과 흥미를 불러일으키지 않는다. 학생들은 자연현상과 사물을 관찰하는 경험과 과학실험을 하지 못한 채 시험 문제의 정답이 돼버린 과학 이론들을 달달 외운다. 좋은 습관을 갖는 것보다 나쁜 습관을 바로잡는 것이다. 공부하는 습관도 마찬가지다. 한 번 몸에 잘못 밴 습관으로 인해 공부에 대한 흥미와 성취도가 떨어진다. 과학을 기피하게 만드는 잘못된 공부 습관은 과학에 대한 부정적인 편견을 만든다. 암기 위주로 과학 공부를 해왔거나 주입식 과학 수업을 받은 경험이 있는 사람은 ‘과학은 어렵고 재미없는 학문’이라는 편견을 가진다. 이들은 호기심이 많았고, 과학을 좋아했던 시절을 생각하지 못한다.

《과학이 가르쳐준 것들》은 그저 과학을 좋아했던 어린 시절의 향수를 느끼게 해주는 책이다. 이 책의 뒤표지에 보면 ‘우리 안에 숨어 있는 과학자를 끄집어내는 안내서’라는 소개 문구가 있다. ‘우리 안에 숨어 있는 과학자’는 과학적 태도를 의미한다. 이 책에 나오는 과학적 태도는 총 17가지다. 실패, 비판적 사고, 질문, 관찰, 모험심, 현실적인 목표, 측정, 개방성, 수정, 겸손, 공감, 검증, 책임, 공생, 다양성, 행동, 협력. 과학적 태도는 과학을 공부해서 습득되는 마음가짐이 아니다. 과학을 공부하기 전에 반드시 기억해야 할 마음가짐이다.

과학자는 실패를 밥 먹듯이 하는 사람이다. 너무 쉽게 결과가 나오는 연구 분야를 선호하는 과학자는 그 분야와 관련된 지식에 의심하거나 질문할 기회가 줄어든다. 노벨상을 받은 과학자들은 실패할 확률이 높은 연구 분야에 평생 연구해온 사람이다. 그들은 이미 알고 있는 지식에 의문을 품는다. 조금이라도 지식에 어긋난 실험 결과가 나오면 가설이 ‘자신만의 답’이 될 때까지 철저히 검증한다. ‘자신만의 답’이 사실로 받아들여진다면 그것은 새로운 지식이 된다. 과학자들의 꾸준한 호기심과 의심은 새로운 과학 지식을 탄생하는 씨앗이다. 그것이 새로운 ‘지식의 나무’가 되어 무럭무럭 자라면 과거에 녹음이 우거지던 지식의 나무는 시든다. 저자는 과학을 ‘정답 없는 학문’이라고 말한다. 아이러니하게도 학생들은 시험 문제의 정답이 된 과학을 공부한다. 사실 그러한 교육 방식은 제대로 된 공부의 정의에 어울리지 않는다. 진짜 공부는 ‘일시적인 답’이 된 지식에 끊임없이 의심하고, 질문하는 과정이 이루어진다. 학교에서 하는 공부는 아주 기본적인 과학적 태도인 호기심, 질문, 비판적 사고 등이 허용되지 않는다. 저자는 과학 지식을 습득하는 일보다 제일 중요한 것이 우리의 삶을 자유롭게 해주는 과학적 태도라고 강조한다.

《과학이 가르쳐준 것들》을 읽으면 과학에 대한 편견이나 오해를 풀 수 있다. 과학을 모르고 살면 행복하지 않다. 과학을 외면하는 사람은 자신뿐만 아니라 타인을 힘들게 한다. 과학적 사실에 맞지 않는 허위 정보를 믿고 산 사람이 행복한 적이 있던가. 그 사람의 잘못된 믿음은 타인의 목숨을 빼앗는 흉기가 되기도 한다.

우리는 어린 시절부터 과학적 태도를 가지면서 자랐다. 과학자가 되지 않더라도 과학과 친숙해질 기회는 분명히 있었다. 그런데 학교에 입학하면서부터 교육 환경이 달라지고, 과학을 바라보는 인식도 달라진다. 모든 과학 교사가 다 그런 건 아니겠지만, 일부 교사들은 우리에게 과학적 태도가 과학 지식보다 얼마나 더 중요한지 알려주지 않았다. 이런 교사에게 과학을 배우는 아이들의 호기심은 죽는다. 과학적 태도를 죽이지 않으려면 ‘토머스(Thomas)’처럼 학교를 그만두어야 한다. 그러나 우리 사회는 호기심 많은 토머스를 학교 교육에 적응하지 못한 아이로 단정한다. 모든 것에 대해 호기심이 넘치고 질문이 많은 토머스는 별난 아이가 아니다. 우리는 토머스처럼 살았던 시절이 있었다. 그런데 학교에 다니기 시작하면서 행복했던 그 시절의 모습을 잊어버렸다. 우리나라의 토머스들이 과학적 태도를 중시하는 교육을 받았으면 그들 중에 누군가는 ‘에디슨(Edison)’이 되었을지도 모른다.

※ Trivia

* 7악장은 수족관입니다. 생상은 수족관을 도대체 어떻게 표현했을까요? 물고기는 소리도 내지 못하는데요. 하모니카가 등장해서 환상적인 멜로디를 연주합니다. 산호초 속을 쏜살같이 달리는 물고기가 그려지지요. 다시 8악장부터는 노새, 뻐꾸기, 큰 새를 연주합니다. (『공감』 편, 155~156쪽)

→ 생상(Saint-Saëns)의 관현악곡 『동물의 사육제』에 대해서 소개한 내용 일부이다. 『동물의 사육제』는 인간을 포함한 여러 종류의 동물들을 표현한 총 14곡으로 구성되었다. 그 중 7악장(7번째 곡)의 제목은 수족관이다. 이 곡을 연주할 때 사용하는 악기는 (입으로 부는) 하모니카가 아니라 ‘글라스 하모니카(glass harmonica)’다.

글라스 하모니카는 물이 들어 있는 통에 크기가 다른 둥근 유리컵들이 가로로 놓인 형태로 되어 있다. 페달을 밟으면 통이 회전하는데, 젖은 손으로 유리컵을 문질러 소리를 낸다. 이 악기를 발명한 사람은 벤저민 프랭클린(Benjamin Franklin)이다. 하모니카는 관악기, 글라스 하모니카는 체명악기에 속한다.『동물의 사육제』 8악장 제목을 ‘귀가 긴 인물’ 또는 ‘귀가 긴 노새’라고 부르기도 한다.

궁극의 이론을 찾아서

초끈이론: 아인슈타인의 꿈을 찾아서 ㅣ 살림지식총서 126
박재모.현승준 지음 / 살림 / 2004년 9월

우리가 사는 세상에 네 가지 힘이 존재한다. 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이다. 중력은 질량을 가진 물질들이 서로 끌어당기는 힘이다. 여기서 퀴즈. 네 가지 힘 중에 가장 약한 힘을 무엇일까. 하나 찍어보시라. 대부분 사람은 ‘약한 핵력’을 고를 것이다. ‘약한(weak)’이라는 단어가 있으니까 말이다. 하지만 정답은 중력이다. 중력이 약하다 보니 중력을 전하는 파동인 중력파(gravitational wave)의 효과도 약할 수밖에 없다. 그래서 2015년에 중력파의 실체가 알려지기 전까지 과학자들은 중력파를 검출하지 못해 고전했다.

전자기력은 전기력과 자기력을 합친 힘이다. 서로 다른 힘으로 생각됐던 전기력과 자기력을 전자기력으로 통합한 사람은 스코틀랜드의 물리학자 맥스웰(Maxwell)이다. 강한 핵력은 원자핵을 구성하는 입자인 양성자(proton)와 중성자(neutron)를 만드는 힘이다. 양성자와 중성자는 쿼크(quark)라는 소립자로 이루어져 있다. 강한 핵력은 쿼크를 결합한다. 약한 핵력은 강한 핵력의 역할과 반대로 작용하는데 원자핵을 붕괴시킨다.

맥스웰은 전기의 힘과 자석의 힘을 ‘전자기력’으로 통일하는 데 성공했다. 1967년에 전자기력과 약한 핵력을 통일한 이론이 발표되었고, 1974년에 강한 핵력까지 통일한 이론이 나왔다. 문제는 중력이다. 중력까지 통일한 ‘궁극의 이론’은 아직 발견되지 않았다.

소립자는 만물, 그리고 네 가지 힘을 구성하는 가장 기본적인 물질이다. 과학자들은 소립자를 ‘점(point) 형태의 입자’로 생각했다. 그러나 ‘초 끈 이론(super-string theory)’에 따르면 만물과 네 가지 힘의 기본 요소는 소립자가 아니라 아주 작은 끈이다. 초 끈의 종류는 두 가지다. 고리 형태의 ‘닫힌 끈’과 두 개의 끝점이 있는 ‘열린 끈’이다. 초 끈 이론을 지지하는 과학자들은 소립자의 형태를 초 끈이 진동하면서 생기는 파동이라고 생각한다. 그래서 이들은 초 끈 이론이 ‘궁극의 이론’을 밝히는 데 결정적인 역할을 하리라 기대한다.

초 끈 이론이 성립하려면 우주를 ‘10차원 공간’으로 이해해야 한다. 그동안 과학자들은 ‘궁극의 이론’을 완성하기 위해 차원을 추가했다. 초 끈 이론의 최신 버전이라 할 수 있는 ‘M 이론’은 우주를 ‘11차원 공간’으로 본다. 하지만 초 끈 이론과 M 이론은 학계에서 인정받고 있지만, 실험으로 확실하게 검증되지 않은 상태다.

살림지식총서 시리즈의 126번째 책 《초 끈 이론: 아인슈타인의 꿈을 찾아서》는 특수상대성이론, 일반상대성이론, 양자역학, 그리고 초 끈 이론과 M 이론에 대한 내용을 모두 담고 있다. 하지만 《초 끈 이론》의 분량이 적다고 해서 만만하게 보면 안 된다.

이 책을 참고할 때 꼭 짚고 넘어가야 할 사실이 있다. 책 11~12쪽에 중력자(graviton)에 관한 내용이 나온다. 중력자는 중력을 매개하는 소립자다. 그런데 이 책을 쓴 두 명의 저자는 중력자가 실제로 존재하는 물질인 것처럼 설명했다. 중력자는 존재 여부가 확인되지 않은 물질이다. 중력자를 설명할 땐 반드시 ‘존재 여부가 확인되지 않은’, ‘이론상의 물질’이라는 식으로 부연 설명을 해줘야 한다. 중력파와 중력자를 혼동하지 말 것!

중쇄를 찍을 때 외국어 표기를 고쳤으면 한다. ‘밍코브스키’(17쪽)는 ‘민코프스키(Minkowski)’로, ‘슈뢰딩어’(23쪽)는 ‘슈뢰딩거(Schrödinger)’로, ‘보즈 입자’(35쪽)는 ‘보손 입자(boson particle)’로 써야 한다. 독일어로 발음하면 ‘슈뢰딩어’에 가깝지만, 국립국어원의 외국어 표기법에는 ‘슈뢰딩거’로 규정하고 있다.

차원이란 무엇인가?

프랑스의 철학자 데카르트(Descartes)는 어려서부터 몸이 약했다. 몸이 안 좋을 땐 교장의 허락을 받아 집으로 돌아온 후, 침대에 누워 휴식을 취하곤 했다. 이때부터 데카르트는 침대에 누워 사색하는 버릇을 가지게 된다. 20대의 데카르트는 전쟁에 참여하기 위해 자원입대를 한다. 어느 날 그는 막사 침대에 누워 있다가 바둑판 형태의 무늬가 그려진 천장 위에 달라붙은 파리를 발견한다. 데카르트는 천장에서 움직이는 파리의 위치를 나타내기 위해 ‘좌표평면’을 생각한다.

* 김승태 《데카르트가 들려주는 좌표 이야기》 (자음과모음, 2008)

좌표평면은 x축과 y축으로 이루어져 있다. 좌표평면의 가장 큰 특징은 한 점의 위치를 수치로 도출해 낼 수 있게 해준다는 점이다. 가로축(x축)의 숫자와 세로축(y축)의 숫자만 있으면 점의 위치를 표시할 수 있으며 점이 어디에 있는지 측정할 수도 있다.

* [절판] 《차원이란 무엇인가?》 (아이뉴턴, 2009)

* 《차원의 모든 것》 (아이뉴턴, 2019)

좌표의 개념을 이해하면 ‘차원’의 정의도 이해할 수 있다. 좌표를 고안한 데카르트가 차원을 정의한다면 ‘한 점의 위치를 정하기 위해 필요한 수치의 개수’라고 말할 것이다. 앞서 좌표평면에 있는 점의 위치는 가로축의 숫자와 세로축의 숫자에 의해 결정된다고 언급했다. 가로축의 숫자, 세로축의 숫자는 한 점을 위치를 정하기 위해 필요한 수치이므로 2개이다. 따라서 좌표평면은 2차원이다. 그렇다면 좌표평면이 아닌 곳에 있는 점은 몇 차원일까? 0차원이다. 왜냐하면 이 점의 위치를 표시할 수 있는 수치가 없기 때문이다. 직선은 1차원이다. 임의의 두 점 사이를 연결하면 직선이 된다. 두 점 사이의 거리만 알면 직선 위에 있는 점의 위치를 알 수 있다. 우리가 살아가는 공간은 3차원이다. 기준점으로부터 ‘가로’, ‘세로’, ‘높이’ 방향을 나타내는 세 가지 수치로 위치를 파악할 수 있다.

말로 풀어쓴 차원의 정의는 단번에 이해하기 쉽지 않다. 그림을 이용해 차원의 정의를 설명하는 방식이 머릿속에 쏙쏙 들어온다. 그러므로 도판과 일러스트가 가득한 일본의 과학 잡지 <뉴턴(Newton)>을 추천한다. 매달 나오는 잡지를 구독하지 않아도 <뉴턴>을 접할 수 있는데, 기본적으로 우리가 알아야 할 과학의 핵심 내용을 정리한 <뉴턴 하이라이트(Newton Highlight)>는 잡지 정기 구독자가 아닌 독자들을 위한 ‘오아시스’와 같은 존재이다.

필자가 데카르트의 좌표 개념을 이용해 차원의 정의를 설명한 내용은 2009년에 나온 《차원이란 무엇인가?》와 작년에 나온 《차원의 모든 것》을 참고하여 요약한 것이다. 《차원이란 무엇인가?》 인쇄본은 현재 절판되었다. 그런데 전자책(e-Book)은 판매 중이며 지금도 구매할 수 있다. <뉴턴 하이라이트> 편집자들이 언급하지 않았지만, 사실 《차원의 모든 것》은 《차원이란 무엇인가》의 개정판이다. 그래서 두 권의 책 초반 내용은 거의 비슷하다. 처음에 차원의 정의에 대한 내용이 나오는데, 독자들의 이해를 돕기 위해 그려진 일러스트도 똑같다. <뉴턴 하이라이트> 편집 방식은 ‘복사하기, 붙여 넣기(Ctrl+C, Ctrl+V)’ 수준에 가깝다.

일러스트가 많다고 해서 <뉴턴 하이라이트>를 과학에 관심을 가지기 시작한 초보 독자들에게 적합한 책이라고 생각해선 된다. 어떤 과학자들은 우리가 알고 있는 4차원 공간(3차원 공간과 시간을 합친 개념)을 넘어선 고차원 공간이 우주에 있다고 주장하는데, 그 사람들이 내세우는 이론이 바로 브레인 이론(brane theory)과 초끈 이론(superstring theory)이다. 이 두 개의 이론은 과학자들도 이해하기 어려워한다. 이론으로는 설명이 가능하지만, 실험으로 증명되지 않았기 때문이다. 그래서 검증을 중요하게 여기는 과학자들은 브레인 이론과 초끈 이론을 부정적으로 보기도 한다. 《차원이란 무엇인가》와 《차원의 모든 것》에 브레인 이론과 초끈 이론에 대한 설명이 나오는데, 난해한 내용을 독자들이 알기 쉽도록 압축한 편집자의 노력이 돋보인다. 하지만 이론물리학에 생소한 독자들은 어렵게 느껴질 수 있다.

<뉴턴 하이라이트>를 수집하는 마니아가 아니라면 절판된 《차원이란 무엇인가》를 굳이 살 필요가 없다. 《차원이란 무엇인가》는 2009년에 나온 책이라서 당연히 2010년대에 발견된 과학적 성과가 반영되어 있지 않다. 2009년은 중력파와 힉스 입자가 발견되지 않았던 시절이다. 지금 시점으로 보면 《차원이란 무엇인가》는 오래된 책으로 느껴지지만(이 책이 나온 지 십 년이 지났으니 그렇게 느껴지는 건 당연하다), 이 책에 그냥 지나칠 수 없게 만드는 ‘특별한 내용’이 있다. 그것은 바로 미국의 이론물리학자 리사 랜들(Lisa Randall)의 인터뷰 내용이다. 그녀는 네 가지 힘(중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력) 중의 하나인 중력이 약한 이유를 설명하기 위해 ‘휘어진 여분 차원 모델’을 주장했다. 리사 랜들의 ‘휘어진 여분 차원 모델’은 《차원의 모든 것》에도 언급된다. 그러나 리사 랜들의 인터뷰 내용은 《차원의 모든 것》에 수록되지 않았다.

<뉴턴 하이라이트>가 일본에서 만들어진 책이라서 그런지 ‘직소 퍼즐(jigsow puzzle)’이 ‘지그소 퍼즐’로 표기된 점이 눈길이 간다. 《차원이란 무엇인가》와 《차원의 모든 것》을 보면서 발견한 사실인데, ‘초끈 이론’에서 말하는 초끈 길이의 수치가 다르다. 그런데 초끈 이론을 설명한 책이나 인터넷에 있는 자료를 살펴보면 초끈 길이가 제각각 다르게 나온다는 것을 알 수 있다. 초끈은 관측되지 않았기 때문에(설사 존재한다고 해도 아주 미세해서 현재의 측정 기술로는 정확하게 측정하기 어렵다) 초끈 길이에 대한 전문가들의 의견이 다를 수밖에 없다.

기록보다 중요한 것

코로나19의 여파로 미국 메이저리그(MLB) 정규시즌 개막이 기약 없이 연기된 상태다. MLB 사무국과 선수협회는 시즌을 단축해 7월에 개막하는 방안에 대해 논의 중이다. 메이저리그 정규시즌 경기 수는 총 162경기인데 많게는 100경기까지 축소될 수 있다. 경기 수가 얼마나 줄어드느냐에 따라 0점대 평균자책점(ERA: Earned Run Average), 4할 타율 등 꿈의 기록들이 나올 가능성이 있다.

1941년 테드 윌리엄스(Ted Williams, 0.406)를 끝으로 메이저리그 78시즌 동안 4할 타자가 나오지 않았다. 1876년에 시작된 메이저리그에서 4할을 기록한 타자는 총 20명이다. 국내 프로야구(KBO) 유일의 4할 타자는 백인천(0.412)이다. 이 기록은 프로야구 원년인 1982년 시즌에 나왔다. 백인천은 72경기에 나와 250타수(298타석) 103안타(홈런 19개)를 기록했다. 프로야구 첫 시즌이 팀당 80경기라서 정식 기록으로 인정받을 수 있었다.

* 스티븐 제이 굴드 《풀 하우스》 (사이언스북스, 2002)

4할 타자가 잘 나오지 않고 있다면, 시간이 지날수록 타자들의 타격 기술이 퇴보한 것일까? 그렇지는 않다. 미국의 진화생물학자 스티븐 제이 굴드(Stephen Jay Gould)는 자신의 저서 《풀 하우스》에 4할 타자가 사라진 이유를 진화론적 관점으로 설명한다. 그는 4할 타자가 사라진 것이 오히려 프로야구 선수들의 전반적인 수준 향상을 증명해주는 현상이라고 주장한다. 4할 타자가 사라진 원인은 ‘외부 요인 이론’과 ‘내부 요인 이론’으로 나누어서 설명할 수 있다. 외부 요인은 타자들의 컨디션에 영향을 주는 것들을 의미한다. 빡빡한 경기 일정과 경기장 이동 경로는 선수들의 체력 회복을 더디게 한다. 언론의 열띤 관심과 취재 열기는 타자의 집중력을 방해한다. 4할을 눈앞에 두고 있는 선수는 기자들과 대중의 관심이 오로지 자신에게 향해 있다는 것을 잘 알고 있다. 그래서 그들은 타석에 들어설 때마다 심리적 압박감을 느낀다.

굴드가 《풀 하우스》에 언급하지 않은 외부 요인이 있다. 나는 심판의 일관성 없는 스트라이크 판정과 오심도 선수들의 기록에 영향을 주는 외부 요인이라고 생각한다. 2010년에 메이저리그 투수의 퍼펙트게임(선발 투수가 한 명의 타자도 진루시키지 않고 끝낸 게임. 홈런을 포함한 안타, 볼넷, 사구, 수비 실책 등 어떤 경우에도 타자를 진루시키지 않아야 한다) 기록이 심판의 오심에 의해 무산된 적이 있다. 그것도 경기 종료를 눈앞에 둔 9회 초에. 경기 중에 볼(ball) 판정을 받을 수 있는 공이 스트라이크가 되는 경우가 있다. 관중들도 납득하지 못하는 공 하나의 판정은 타자들의 기록 달성을 방해하는 요인이다.

내부 요인은 투수의 투구 실력과 야수들의 수비 실력이다. 투수들은 타자들이 치기 어려운 다양한 구질을 구사하게 되었으며 구속도 증가했다. 야수들의 수비력도 많이 향상되었다. 날렵한 야수들은 안타가 될 수 있는 타구를 몸을 날려서 글러브로 잡아낸다.

* 정재승, 백인천 프로젝트 팀 외 《백인천 프로젝트》 (사이언스북스, 2013)

정재승 교수는 굴드의 주장에 영감을 받아 역대 국내 프로야구의 데이터를 수집하여 백인천 이후 4할 타자가 나오지 않는 이유를 분석했다. 2012년에 시작한 일명 ‘백인천 프로젝트’는 자발적으로 지원한 100여 명과 함께 시작된 집단 연구 활동이다.

* 벤 올린 《이상한 수학책》 (북라이프, 2020)

타율은 수학 공부를 포기한 사람들도 좋아할 수 있는 통계 지표다. 야구를 잘 모르는 사람도 타율이 높을수록 좋다는 사실을 잘 알고 있다(이와 반대로 투수의 평균자책점은 낮을수록 좋다). 대중은 통계 수치가 객관적인 정보라고 믿는다. 그래서 타율이 높은 타자일수록 실력이 뛰어나다고 생각한다. 대부분 야구팬들은 3할을 기록하지 못한 타자를 비난한다. 그러나 타율 하나만으로 타자의 실력을 설명할 수 없다. 요즘 야구 전문가들은 타자를 평가할 때 타율보다는 장타율과 출루율(OPS: On base Plus Slugging, 장타율과 출루율을 합한 수치)을 중요하게 본다.

《이상한 수학책》의 17장(‘마지막 4할 타자’)은 타율이 공식 야구 통계 지표로 만들어지는 과정과 타율을 대체하는 통계 지표에 대한 내용이다. 야구 규정의 역사까지 포함되어 있어서 숫자에 공포를 떠는 독자들도 부담 없이 읽을 수 있다.

통계학자들은 타율을 오래된 유물 정도로 취급하지만, 타자들은 여전히 타율을 중요하게 생각한다. 그들의 개인적인 목표는 타율 3할로 기록하면서 정규 시즌을 마치는 것이다. 타율은 구단의 연봉 고과 산정 기준이다. 타율 2할 9푼의 선수와 타율 3할 1푼의 선수가 받는 연봉 액수는 다르다. 물론 연봉을 많이 받으려면 타율뿐만 아니라 앞서 말한 출루율을 높여야 하고, 도루 성공 횟수도 많아야 한다. 타자는 여러 가지 개인 기록 관리에 신경을 쓰면서 경기에 임한다. 이러한 선수들의 마음가짐 또한 4할 타자가 나오지 않는 이유로 볼 수 있다.

* 테드 윌리엄스 《타격의 과학》 (이상미디어, 2011)

홈런을 치지 못해도 출루율이 뛰어난 타자가 있다. 테드 윌리엄스는 《타격의 과학》이라는 책에서 자신만의 타격기술을 설명했다. 그는 눈으로 스트라이크 존을 77개의 구간으로 나눈 다음에, 투수가 던지는 볼이 자신이 좋아하는 구간으로 들어올 때까지 기다렸다고 한다. 테드 윌리엄스는 공을 오래 볼 줄 아는 선수였다. 즉, 그는 선구안(batting eye)이 좋았다. 공을 장타로 만들어낼 수 있는 능력이 있는데도 선구안이 나쁜 타자가 있다. 이런 선수들은 출루율과 장타율이 생각보다 그리 높지 않다. 박종윤(前 롯데 자이언츠, 은퇴)은 155타석 연속 무(無) 볼넷을 기록했다. 김동엽(삼성 라이온즈)은 장타력이 뛰어나지만, 선구안이 좋지 못해 삼진을 많이 당하는 편이다.

방망이를 투구에 잘 맞추는 능력도 좋지만, 그에 못지않게 제일 중요한 것은 선구안이다. 대중은 ‘4할’이라는 수치를 단순히 ‘공을 잘 치는 능력’을 보여주는 지표로 생각한다. 그러나 아무리 안타와 홈런을 많이 쳐도 4할을 기록할 수 없을 것이다. ‘공을 잘 보는 능력’도 중요하다.

˝거울 속에 공간 있어요˝

거울 속의 물리학
로렌스 크라우스 지음, 곽영직 옮김 / 승산 / 2020년 3월

엉뚱한 발언이나 행동으로 주변 사람들의 실소를 자아내는 사람을 우리는 ‘4차원 인간’이라고 부른다. 이들은 보통 사람이 이해할 수 없는 행동을 한다. 우리는 3차원 세계에 살고 있다. 차원(dimension)은 공간의 성질을 나타내는 수를 뜻하는 용어이다. 공간의 차원은 그 공간 속에 있는 점의 위치에 따라 결정된다. 0차원은 오직 하나의 점만 있는 공간이다. 그러나 0차원 속의 점은 이동할 수 없다. 1차원은 선의 형태로 되어 있다. 점은 이 한 개의 선에 따라 움직일 수 있다. ‘n차원’의 ‘n’ 은 공간 속에 있는 점이 이동할 수 있는 방향의 개수다. 2차원은 면의 형태로 되어 있는데, 우리에게 가장 익숙한 2차원은 x축과 y축으로만 구성된 좌표이다. 2차원 속의 점은 x축과 y축 방향으로 이동할 수 있다. 3차원에 z축이 있다. 따라서 3차원은 선(1차원), 면(2차원)이 포함된 입체 형태이다. 그래서 3차원을 ‘3D’라고 불린다. 우리는 가로(x축), 세로(y축), 높이(z축)를 이용해 3D 형체를 표현하거나 만들 수 있다.

선과 면, 공간을 넘어선 새로운 세계는 오래전부터 과학자에게 호기심의 대상이었다. 과학자는 한 번도 경험하지 못한 새로운 차원의 세계를 수학이나 물리학 법칙으로 설명하기 위해 노력했다. 아인슈타인(Einstein)은 3차원에 시간을 추가한 4차원 공간을 상상했다. 시간과 공간이 합쳐져 있어서 ‘시공’ 또는 ‘시공간’이라고 한다. 아인슈타인은 영원히 고정된 절대 시간과 절대 공간의 정의를 뒤흔드는 특수상대성이론과 일반상대성이론을 제시했다.

4차원 속에 있는 우주의 힘은 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이다. 2016년에 중력파의 존재가 밝혀졌다. 물리학자들은 이 네 가지 힘을 단 하나의 이론으로 설명할 수 있는 일명 ‘궁극의 이론’을 찾고 싶어 한다. ‘궁극의 이론’ 연구는 아인슈타인도 해결하지 못한 물리학계의 최대 난제다. ‘궁극의 이론’이 가능하게 하려면 우리 눈에 보이지 않는 고차원 우주를 생각해야 한다. 물리학자들은 4차원 너머의 세계를 ‘잉여 차원’ 또는 ‘여분 차원’이라고 말한다. 고차원 우주의 실체를 이론적으로 증명한 물리학자들은 우주가 11차원으로 이루어져 있다고 주장한다. 그 사람들의 주장이 맞으면 우리를 둘러싼 공간은 3차원이라는 믿음이 깨지게 된다. 정말 우리가 알지 못하는 다른 차원이 어딘가에 또 있을까.

《거울 속의 물리학》은 숨어 있는 ‘또 다른 차원’을 밝혀내려는 과학자들의 여정을 보여준다. 이 책에 고차원 우주 연구와 관련된 초끈 이론(super-string theory)과 M이론, 브레인[Brane, 뇌를 뜻하는 ‘Brain’이 아니다. ‘Brane’은 막(膜)을 뜻하는 ‘Membrane’의 조어이다] 이론에 대한 설명도 나온다. 다만 과학에 대한 배경지식이 없는 독자에게는 이 책이 어려울 수 있다. 책의 두 번째 추천사를 쓴 정광훈 박사는 물리학을 전공하지 않은 독자에게 《거울 속의 물리학》을 추천하지 않는다고 솔직하게 밝혔다.

읽다가 내용이 이해하기 어려우면 책을 덮으면 된다. 그러나 주눅들 필요 없다. 독자는 자신의 입맛에 맞는 쉬운 내용만 골라 읽을 수 있다. 《거울 속의 물리학》은 ‘체리 피킹(Cherry picking: 상품 가치가 있는 체리만 골라 따는 것처럼 어떤 대상에서 좋은 것만 고르는 행위를 뜻하는 관용어)’을 할 수 있는 책이다. 이 책의 7장(‘평평한 세상에서 피카소로’)과 12장(‘다른 차원에서 온 외계인’)은 과학 비전공 독자들이 편하게 읽을 수 있다. 7장과 12장의 주제는 작가와 예술가들이 생각해낸 다양한 고차원 세계이다. 작가와 예술가의 상상력이 만들어낸 고차원 세계는 흥미진진하다. 7장과 12장에 차원을 주제로 한 문학 작품들이 소개되는데, 여기서 가장 유명하면서도 국내에 알려진 작품은 에드윈 애벗(Edwin Abbott)의 《플랫랜드》와 허버트 조지 웰스(Herbert George Wells)의 《타임머신》, 그리고 로버트 하인라인(Robert Heinlein)의 단편소설 『그리고 그는 구부러진 집을 지었다』(And He Built a Crooked House) [주] 등이 있다. 《거울 속의 물리학》을 읽다가 책을 덮은 독자에게 방금 소개한 세 편의 작품을 읽어볼 것을 권한다.

《거울 속의 물리학》의 저자 로렌스 크라우스(Lawrence Krauss)는 또 다른 세상을 찾으려는 인간의 원초적 욕망과 이를 충족시키는 데 필요한 상상력의 중요성을 예찬한다. 하지만 그는 지나친 상상을 경계한다. 초끈 이론과 M이론, 브레인 이론은 실험으로 검증이 불가능하다. 사실 세 가지 이론 모두 ‘이론’이라고 말할 수 없을 정도로 아직 밝혀지지 않은 것들이 너무도 많다. 저자는 초끈 이론의 한계를 강조하면서 초끈 이론의 매력(복잡한 우주를 단순하게 이론으로 설명할 수 있도록 하는 것)에 푹 빠진 과학자들의 태도를 비판한다. 초끈 이론을 비판한다고 해서 저자를 새로운 이론을 받아들이지 못하는 보수적인 학자로 단정해서는 안 된다. 그는 회의적인 시각을 유지하면서 고차원 우주론을 설명한다. 저자는 고차원 우주론 연구가 신비주의 또는 종교의 영역으로 변질되는 것을 염려한다. 그는 고차원 우주론을 불신하는 입장을 드러내지만, 고차원 우주론을 연구하는 학자들의 노력을 깎아내리지 않는다.

지금으로부터 100여 년 전에 물리학자 윌리엄 톰슨(William Thomson)은 과학이 모든 현상의 수수께끼를 완전히 풀어내는 데 성공했다고 확신했다. 그러나 상대성이론과 양자론이 등장함으로써 그의 예언은 틀렸다. 오늘날 과학자들이 풀어야 할 숙제가 한둘이 아니다. 그 숙제의 답이 ‘현실적으로 불가능한 이론’으로 나올 수 있어도 과학자들은 실패를 두려워하지 않고 호기심과 탐구 정신을 이어나갈 것이다.

[주] 국내 번역명은 ‘그리고 그는 비뚤어진 집을 지었다’이며, 《하인라인 판타지》(시공사)에 수록되어 있다.