개화기, 옛것과 새것 사이의 조선

압록강은 흐른다 - 이미륵의 자전 소설 ㅣ 올 에이지 클래식
이미륵 지음, 이옥용 옮김 / 보물창고 / 2009년 10월

 소설의 여러 부분에서, 작가는 구학문과 신학문, 동양의 유교적 사상과 서양의 과학적 사상이 충돌하던 당시 상황을 보여준다. 그중 하나는 ‘나’가 신식학교에 대해 ‘어진이 누나’와 이야기 하는 부분이다. ‘나’는 조선의 전통적 학교였던 서당에 다니다 서양학문을 가르치는 신식 학교에 진학한다. 하지만 가운데 누나였던 ‘어진이 누나’는 신식 학교의 교과서를 보고는, “한자도 없고 깊은 뜻을 지닌 문장도 없어”라며 ‘나’가 쓸모없는 것에 재능을 낭비하고 있다고 말한다. 하지만 ‘나’는 새로운 학문을 공부하면 기차를 만들 수 있고, 전력을 이용해 불을 켤 수도 있기 때문에 의미 있다고 생각한다.

 ‘용마 형’과 마을을 돌아다니며 신식 학교의 좋은 점을 말하며 아이들을 신식 학교에 보내도록 설득할 때에도 당시 조선인들의 신학문에 대한 인식이 드러난다. ‘용마 형’과 ‘나’는 한 집에 가서 신식 학교의 좋은 점을 말하려고 한다. 하지만 집주인은 곧바로 문을 닫아버리고, 열어주지 않았다. 당시 조선인들은 신학문을 나쁜 것으로 여겼던 것이다. 그리고 신학문과 함께 나쁜 시대가 찾아온 것이라고 생각했다. 반면 ‘용마 형’은 나쁜 시대가 아닌, 새로운 시대가 찾아온 것이라고 여겼다. 따라서 새로운 시대에 발맞춰 변화해야 한다고 생각했던 것이다.

 어느 관점이 옳은지는 쉽게 말할 수 없지만, 우리나라의 당시 상황과 결과를 생각해보면 새 것을 받아들이는 입장이 더 현명했다고 생각한다. 그리고 이것은 빠르게 변화하는 현대사회를 사는 우리에게도 적용된다고 느꼈다. 따라서 우리는 새로운 것을 받아들이는 능력을 키워야 하고, 사고의 유연함과 습득력을 가져야 한다고 생각했다. 그래야 사회의 변화를 따라가고, 더 나아가 주도할 수 있을 것이기 때문이다. 학문을 할 때에도 이 능력은 중요한 역할을 할 것이다. 정보통신기술의 발달과 교통수단의 발달로 전 세계에서 새롭게 발견된 내용들이 쏟아지는데, 이 지식들을 따라가라면 당연히 새로운 내용이라도 잘 받아들일 수 있어야 하기 때문이다.

 압록강은 흐른다는 읽으며 개화기 당시 옛것과 새것 사이의 갈등을 알 수 있었고, 이 갈등 속에서 새것을 받아들이기로 한 지식인들에 의해 조선이 움직여졌다는 것을 알 수 있었다. 따라서 생소하고 처음 접해보는 지식이라도 그것이 논리적으로 옳고 근거가 있으면 받아들일 수 있는 능력이 중요하다고 느꼈다.

순수학문이 인류에게 지대한 영향을 준 대표적 사례: 양자역학과 트랜지스터

퀀텀 유니버스 - 발생 가능한 사건은 왜 반드시 일어나는가?
브라이언 콕스 외 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2014년 1월

 리처드 파인만은 “양자역학을 제대로 이해하는 사람은 이 세상에 아무도 없다”라고 말했다. 그만큼 양자역학은 상식에 위배되고, 난해한 이론이다. 하지만 이 책에서 두 저자 브라이언 콕스와 제프 포셔는 독자들이 이해할 수 있도록 수식을 최소화 하며 독자들에게 양자역학이 무엇인지 알려주고 있다.

 저자들은 시계이론을 통해 양자역학의 내용들을 전개해 나간다. 이는 파인만의 접근법인데, 비교적 직관적으로 쉽게 양자역학을 이해할 수 있는 좋은 방법이다. 가장 먼저, 입자들은 어디에서든 발견될 수 있다고 가정한다. 그리고 입자가 어떤 위치에서 발견될 확률을 시계로 표현하는데, 바늘 길이의 제곱이 바로 그 확률이고, 바늘은 작용량에 비례해 반시계 방향으로 돌아간다. 시계끼리 더할 때는 벡터의 합성을 하듯 더하고, 곱할 때는 각각의 확률을 곱해주면 된다. 이렇게 시계라는 도구를 약속하고 나면 양자역학의 세계를 마음껏 탐구할 수 있다. 이 책은 이 시계를 이용해 하이젠베르크의 불확정성 원리와 파울리의 베타원리를 유도하고, 반도체의 원리까지 설명해낸다. 그런데 여기서, 트랜지스터는 순전히 양자역학이 있었기에 존재할 수 있었다는 점이 흥미로웠다.

 트랜지스터는 현대 문명의 일등공신이다. 모든 컴퓨터에는 트랜지스터가 수없이 많이 들어가 있으며, 컴퓨터에게 있어서 트랜지스터는 가장 핵심적인 역할을 한다. 즉 우리 주변의 수많은 전자기기들은 모두 수많은 트랜지스터를 통해 계산을 수행하므로 트랜지스터 없이는 현재 대부분의 기술은 존재하지 못했을 것이다. 그런데 이 트랜지스터는 양자역학의 산물이다. 양자역학을 통해 고체 속에서 전하입자가 어떻게 행동하는지 알게 되었고, 이를 통해 트랜지스터라는 20세기 최고의 발명품이 탄생하게 되었던 것이다.

 그런데 이렇게 양자역학이 현대 문명을 이룩했다고 해서 양자역학의 목적이 트랜지스터 발명이고, IT사회의 도래였다고 말할 수 있을까? 아니, 그럴 수 없다. 양자역학이 등장한 배경은 기존 고전역학으로 설명할 수 없었던 이중슬릿실험을 설명하기 위한 것이었고, 양자역학을 발전시킨 물리학자들의 목표는 기술적용이 아니라 순수하게 자연을 더 아름답게 설명하는 방법을 찾는 것이었다. 심지어 트랜지스터를 발명해 1956년 노벨상을 받은 윌리엄 쇼클리도, 트랜지스터를 발명하고 발전시킨 과정은 전자의 거동에 대해 더 잘 이해하고, 자연에 대한 새로운 지식을 쌓기 위해서였다고 말한다.

 나는 이를 통해 어떤 분야에 응용하기 위한 것이 아니었던, 어디에 쓰일지 상상도 못했던 지식들이 시간이 지난 후에는 큰 역할을 한다는 것을 느꼈다. 상대성 이론도 마찬가지였다. 아인슈타인은 순수하게 중력에 대해 탐구하고 그 현상과 원리를 알아낸 것이지만, 그중 중력에 의한 시간 팽창은 GPS라는 역시 훌륭한 기술을 만들어낼 수 있었다. 즉 순수하게 자연을 더 잘 이해하기 위한 연구가 이후에는 새로운 기술의 개발에 큰 영향을 미칠 수 있는 것이다. 이에서 나는 순수학문 연구의 중요성을 알게 되었다. 순수과학을 하는 것은 마치 미래에 투자하는 것과 같다. 물론 순수과학의 목적은 기술 개발이 아니라 자연을 더 잘 이해하는 것이지만, 자연을 더 잘 이해하면 미래에는 이를 바탕으로 인류에 큰 이익을 가져다줄 기술을 개발할 수 있을 것이다. 따라서 순수학문을 연구하는 연구자는 반드시 필요하고, 그 연구자들에 대한 투자와 지원도 더 활발해져야 한다는 생각이 들었다.

소재를 지배하는 자가 세계를 지배한다

첨단과학의 신소재 - 화학으로 들여다본
전창림 지음 / 자유아카데미 / 2009년 2월

 소재를 지배하는 자가 세계를 지배한다는 말이 있다고 한다. 즉, 과학기술과 산업의 발전을 이루기 위해서는 반드시 소재기술을 갖춰야만하기에 이 같은 말이 있는 것이다. 그래서 기존소재에 대한 연구·개발뿐만 아니라 신소재 개발·연구도 매우 중요한 것이다. 이 책은 그러한 신소재가 무엇이고, 어떠한 종류들이 있는지 소개하고 있다.

 신소재는 기존 재료에 배해 높은 부가가치를 갖는 새로운 재료를 말한다. 즉, 특이한 기능을 가지는 신소재를 개발하면, 그러한 기능을 가지는 소재가 필요한 기업의 입장에서는 신소재의 값이 비싸더라도 사용할 수밖에 없기 때문에 신소재를 개발, 판매하는 사람은 큰 이익을 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 신소재에는 많은 종류의 플라스틱, 반도체, 광섬유 등이 있고, 이뿐만 아니라 탄소나노튜브, 실리카에어로겔 등 새로운 신소재 또한 계속해서 연구·개발되고 있다. 그야말로 소재를 지배하기 위해 신소재 개발에 많은 힘을 쏟고 있는 상황인 것이다.

 위와 같은 많은 신소재의 개발은 매우 직접적으로도 우리의 삶에 관여한다. 먼저 자연 분해성 고분자가 있는데, 이 물질은 수술과정을 대폭 줄이는데 큰 기여를 하였다. 자연 분해성 고분자는 곰팡이로부터 얻은 고분자물질로, 일반 고분자물질(플라스틱)과는 달리 일정시간이 지나면 스스로 분해되어 사라진다. 이 고분자로 수술 시 수술부위를 꿰매는데 사용하는 실을 만들면, 일정 시간이 지나면 실밥이 스스로 사라기기 때문에 며칠 후 실밥을 푸는 과정이 사라져 환자도, 의사도 매우 편해지게 되었다.

 둘째로, 인공장기 또한 신소재로 만들어져 있다. 우리 몸은 외부의 물질이 들어오면 크게 저항한다. 따라서 이전까지는 장이식이 사람과 사람 간에 이루어져야 했지만, 우리 몸의 단백질 인식체계를 뛰어넘는 신소재가 개발된 지금은 이, 뼈, 관절, 힘줄과 같은 것들뿐만 아니라 내장기관까지도 인공적으로 만들어 이식할 수 있게 되었다.

 위와 같은 예들은 우리 주변에서 신소재가 이용되는 부분 중 매우 일부일 뿐이다. 그러니 신소재가 우리의 삶을 얼마나 윤택하게 만들어 주고 있는지는 충분히 알 수 있을 것이다. 이 책을 읽은 나도 신소재가 인류의 삶은 바꿔놓았고, 앞으로 더 바꾸어 놓을 것이며, 따라서 계속해서 신소재 개발이 이루어져야 한다는 것을 알게 되었다. 또한 신소재는 고부가가치를 가지므로 국가의 이익을 위해서도 신소재개발이 매우 중요하다고 생각할 수 있었다.

도전을 즐긴 파인만

파인만 이야기 - 순수한 호기심으로 세상을 바꾼 과학자 ㅣ 청소년 롤모델 시리즈 (명진출판사) 15
해리 러바인 3세 지음, 채윤 옮김 / 명진출판사 / 2013년 5월

 지금까지 파인만의 책들, ‘파인만 씨, 농담도 잘하시네!’, ‘리처드 파인만의 여섯 가지 물리 이야기’ 등을 읽고 또 파인만 다이어그램에 대해 조사, 공부, 발표하면서 파인만이라는 과학자, 인간에게 굉장한 관심과 존경심을 가지게 되었다. 이 책, 해리 러바인 3세의 ‘파인만 이야기’를 읽으면서도 리처드 파인만에 대해 더 잘 알게 되었고, 그의 삶을 더 이해할 수 있었다.

 리처드 파인만은 물리학에서의 업적을 인정받아 노벨물리학상을 수상했을 뿐만 아니라 가벼운 취미 이상으로 음악, 미술 등의 분야에서 활약했다. 봉고 연주자로 밴드와 함께 공연을 하기도 하고, ‘오페이’ 라는 예명으로 그림을 그려 전시회를 하고 작품들을 판매하기도 했다. 마치 레오나르도 다빈치가 생각날 정도로 여러 분야를 섭렵한 리처드 파인만 이었다.

 그런데 리처드 파인만은 어떻게 다양한 분야를 즐기고, 또 그 각각의 분야들에서 상당한 수준에 도달할 수 있었을까? 이에 대한 답은 이 책에서 찾을 수 있었다. 먼저 리처드 파인만은 새로운 도전을 매우 즐겼다. 즉 새로운 것을 두려워하지 않고 지금까지 경험해 보지 못한 것을 경험하는 것에 큰 즐거움을 느꼈다. 그랬기에 브라질에서 악기를 배워 공연도 하고, 친구에게 그림을 배워 화가로도 활동할 수 있었던 것이다. 또 고대 마야문명의 문자에 흥미를 느껴 스스로 공부해 결국 해독할 수 있는 능력을 가질 수 있었고, 일본에 방문했을 때도 서양식 호텔이 아닌 일본 전통호텔을 고집했던 것이다.

 또한 파인만은 새로운 것에 도전할 때마다 엄청난 집중력과 노력을 쏟았다. 예로 브라질에서 처음 타악기를 배울 때 자신의 연주가 형편없다는 소리를 지휘자로부터 듣고 이후부터 시도 때도 없이 연습해 결국 밴드 지휘자로부터 인정을 받아 밴드를 대표해 파티에서 연주를 하기 까지 했다. 이전까진 그림이라곤 그려본 적 없었지만 친구에게 그림을 배우면서 그림을 더 잘 그리기 위해 학교에도 등록하고, 혼자서 열심히 연습해 나중엔 개인 전시회까지 할 정도로 그림에 재능을 드러내기도 했다. 이렇게 파인만은 모험을 즐기는 자세와, 한번 시작한 일은 최선의 노력을 하는 자세를 가지고 이렇게 정말 다양한 분야를 즐길 수 있었던 것이다.

 사실 파인만의 이러한 자세들은 파인만이 음악, 미술, 고대문자 등 다양한 분야들을 탐색하게하기도 했지만 무엇보다 자신의 본업, 물리학자로서의 삶에 큰 영향을 미쳤다. 파인만은 과학자로서의 삶을 살면서도 항상 모험과 도전을 즐겼다. 그리고 그러한 도전을 할 때마다 진심으로 즐거워했다. 파인만 에게 노벨상을 받게 해 준 양자전기역학의 중요한 개념을 파인만이 찾게 된 것도 뜬금없는 파인만의 도전이 시작이었다.

 하루는 파인만이 근무하던 코넬대학교 식당에서 밥을 먹고 있었는데 한 학생이 접시를 공중으로 던지며 장난을 치고 있었다고 한다. 그런데 접시가 좌우로 흔들리는 속도보다 접시 가운데에 그려진 코넬대학교 마크가 도는 속도가 훨씬 더 빨라 보였다. 보통의 사람이라면 그냥 그렇구나 하며 넘어가겠지만, 파인만은 그 이유를 매우 알고 싶었고, 복잡한 방정식을 이용해 그 이유를 설명하게 된다. 이후 계속해서 요동방정식에 대해 연구했고, 관련성이 짙은 전자궤도의 움직임도 연구했다. 이는 바로 양자전기역학과 연관된 문제였다.

 호기심을 가지고, 그 호기심을 해결하기 위해 도전하고, 한번 도전한 문제에 대해서는 포기를 모르는 사람. 바로 파인만 이었다. 이렇게 이 책, ‘파인만 이야기’를 읽고 파인만이라는 사람을 정말 잘 이해할 수 있었고, 또 그랬기에 굉장히 닮고 싶다는 생각 또 한 가질 수 있었다. 파인만처럼 삶을 즐기고, 물리를 즐기는 사람이 되고 싶다.

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.