모르는 것을 알아야 새로운 것을 알 수 있다

신의 입자를 찾아서 - 양자역학과 상대성이론을 넘어
이종필 지음 / 마티 / 2015년 4월

 이 책은 거의 3주에 걸쳐 읽었다. 읽을 시간이 부족했다는 핑계를 댈 수도 있지만, 가장 큰 이유는 책의 난이도였다. 작가는 서문에서 현대 물리학은 절대 한두 문장으로 요약할 수 없다며, 현대 물리학을 배우려면 엄청난 지적 고통을 감내해야 한다고 미리 말한다. 이 책은 결코 쉽지 않고, 머리를 꽤나 아프게 할 것이라는 일종의 경고인 것이다. 그리고 정말 작가의 말대로, 굉장히 어려웠다. 내가 아는 것들은 사실 극히 일부분에 불과했고, 알 수 없는 기호와 이해하기 어려운 개념들이 굉장히 많았다.

 저자는 이 책에서 우리에게 물리학, 그중에서도 입자물리학의 흐름을 알려준다. 입자물리학. 이 세계가 무엇으로 이루어져 있는가에 대해 연구하는 학문이다. 당장 내 앞에 놓인 책상, 종이는 무엇으로 이루어져 있을까? 물질은 쿼크와 렙톤이라는 기본입자들로 이루어져 있다. 이것이 ‘세계는 무엇으로 이루어져 있는가?’라는 질문에 대한 입자물리학의 간단한 대답이다.

 또한 어떤 힘, 예를 들어 자석과 자석 사이의 인력과 척력은 어떻게 작용할까? 현대 물리학은 이런 힘 또한 입자들이 만들어 낸다고 말한다. 자기력, 크게는 전자기력은 광자가 만들어내는 힘이라고 설명한다. 이렇게 입자물리학은 만물의 기본 원리를 찾아내는 학문이라고도 할 수 있을 것이고, 또한 세상을 잘 설명해 내고 있기도 하다.

 이런 유의 내용까지는 지금까지 나온 여러 과학 교양서적에서 쉽게 접할 수 있는 내용이다. 예를 들어 표준모형는 이 세계를 어떻게 설명하고 있으며, 얼마나 정교하고, 간단하며, 멋있는 이론인지를 소개하고 자랑하는 등의 내용 말이다. 그런데, 이 책에서는 현대 입자물리학이 부딪힌 문제점들을 굉장히 많은 페이지를 할애하며 이야기하고 있다. 당연히 현대물리학의 최전선에 서 있는 표준모형의 문제점들도 다루고 있고 말이다.

 그런데 왜일까? 왜 과학자들이 풀지 못하고 있는 문제들까지 이 책에서 우리에게 소개하고 있을까? 이미 인정되고, 널리 기본원리로 받아들여지는 사실만 소개해도 머리가 아플 텐데 왜 과학자들도 알지 못하는 문제까지 소개하는 것일까? 그 이유를 저자는 서문에서 소개하고 있다. 우리가 아직 모르는 것이 무엇인지를 알아야 새로운 것을 발견하고, 새로운 규칙을 구축할 수 있다고. 만일 아인슈타인이 뉴턴의 중력법칙이 절대 옳다고 생각했다면, 일반상대성이론이 탄생할 수 있었을까? 아니었을 것이다. 그 점을 작가는 강조하고 싶었고, 표준모형의 문제점을 극복한 새 이론이 탄생하길 기대했던 것이다.

 그래서 이 책은 쉽게 접하기 어려웠던 현대물리학이 직면한 과제들을 소개하고 있고, 과학도를 꿈꾸는 어린 학생들에게 큰 과제들을 던져주고 있다. ‘저 문제를 내가 해결하겠다’ 같은 도전을 받게 해주는 책인 것이다.

 물리학자를 꿈꾸는 젊은 학생이라면, 또는 지적 고통을 감수하면서 알아감의 쾌감을 느끼고 싶은 사람이라면 이 책을 읽어보기 바란다. 물리학의 흐름과 현재 직면한 문제, 앞으로 나아갈 길들을 볼 수 있을 것이다.