삶이 물리학을 만나는 순간들

당신의 지적 호기심을 자극하다 “과학이 이렇게 쉽다니, 심지어 재미있기까지!” tvN 「알쓸신잡」 과학박사 김상욱 추천서! “물리를 공부하면 이렇게 작가가 되고 시인이 되는 모양이다.”

과학자, 문학평론가, 시인, 소설가, 분야를 아우르는 인사들의 극찬! 물리학자의 시(詩)가 있는 과학 에세이 ‘물리학’, 단어만 들어도 어렵고 멀게 느껴지는 당신을 위해 보다 따스하고 부드러운 시선으로 우주를 이야기하는『우주를 만지다』가 출간되었다. 이 책은 지구의 모든 모래알을 합친 것보다 훨씬 더 세밀하고 작은 원자 단계의 미시세계부터 감히 그 끝을 가늠할 수 없는 우주 너머의 거시세계까지, 우리가 발을 딛고 살고 있는 세상을 물리학자의 시선으로 바라본 과학 에세이다. 독자들의 지적호기심을 자극하는 과학 이야기뿐만 아니라 노물리학자의 연륜이 담긴 인생에 대한 고찰, 모든 이야기의 끝에 배치된 짧고 인상적인 시편으로 감성까지 이끌어내었다. 무한한 우주 세계에 관한 탐구로 호기심을, 또 머나먼 우주를 우리의 삶과 연결 짓는 시로 문학성을 동시에 잡은 『우주를 만지다』는 tvN 「알쓸신잡」의 과학박사 김상욱 교수부터 『시간을 파는 상점』 김선영 소설가, 유성호 문학평론가, 『오렌지 기하학』 함기석 시인 등 분야를 아우르는 인사들의 극찬을 받았다. 과학으로부터 전해지는 문학적 감동이라니, 불가능할 것만 같은 두 분야의 조화를 저자는 성공적으로 빚어냈다. 과학과 문학이라는 별미 같은 조화 속을 유영하다 보면 막연히 어렵게만 느껴졌던 물리학과 우주라는 매력에 빠져들며 인생을, 또 삶을 돌아보게 될 것이다.

추천사
머리말

1장 별 하나 나 하나
별 하나 나 하나
방랑자들
과거를 보다
별 헤아리기
머나먼 별
경계는 없다
창백한 푸른 점
삐딱한 지구
일식을 보는 마음
둥근 땅
이름이라는 폭력
외계인 찾기
외계인과의 조우(遭遇)

2장 원자들의 춤
원자들의 춤
라부아지에의 불멸(不滅)
아보가드로수의 비밀
보이는 것의 안쪽
필멸의 존재
원자의 모양
이기적 원자
맥스웰의 도깨비
분자들의 여관방
엔트로피
암흑물질

3장 신의 주사위 놀이
입자인가 파동인가
오직 생멸(生滅)이 있을 뿐
우주적 인연
하느님 속이기
슈뢰딩거의 고양이
신의 주사위 놀이
체셔 고양이의 웃음
양자 얽힘
바꿔치기
선택, 존재 이유
진공, 우주의 난장판
숨겨진 차원

4장 시간여행
299792458
메멘토 모리
시간과 공간의 탄생
동시성의 상대성
이상한 나라
시간여행
만들어진 아인슈타인
우주여행, 애인의 손을 놓지 마라
상대론은 상대적이지 않다
여기가 4차원이다
휘어진 공간
블랙홀은 아주 검지는 않다
지평선

부록
미시세계, 작은 우주
거시세계, 큰 우주
세상을 설명하는 이론

감사의 말

지구에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)는 약 4광년 떨어져 있다. 1광년이란 빛이 1년 동안 가야 하는 거리다. 빛은 1초에 지구 7바퀴 반이나 되는 거리를 갈 수 있고, 1억 5,000만 킬로미터 떨어져 있는 태양까지도 8분이면 갈 수 있다. 그런데 그런 빛으로 한 시간도 아니고, 하루도 아니고, 한 달도 아니고, 1년도 아니고 4년을 가야 한다니. 얼마나 멀리 있는가? 그래도 이것이 가장 가까운 별이고 대부분은 이보다 어마어마하게 더 멀리 있다. (…)
여러분은 상상이 가는가? 하늘 저 멀리 아득히 수억 광년, 아니 수백억 광년에 걸쳐 있는 별들을 상상해보라. 우주는 얼마나 광활한가? 여러분은 우주가 어마어마하게 크다고만 생각할 것이다. 하지만 이 우주는 여러분이 생각하는 그 어마어마한 것보다 정말 어마어마하게 더 크다는 것을 알아야 한다. 우주여행? 100년도 채 살지 못하는 인간이 감히 몇억 년의 여행을?
그래도 인간은 그 꿈을 꾸고 있다. (본문 19~21쪽)대기는 분자들의 여관방이다. 그 여관방에는 종류와 관계없이 한 방에 한 분자만 들어간다. 분자의 크기나 질량을 따지지 않는다. 여관방이 손님의 키나 몸무게를 따지지 않듯이 분자들의 여관방도 마찬가지다.
하지만 인간들의 여관방인 고급 호텔에는 아무나 들어갈 수 없다. 돈이 있어야 하고 사회적 지위도 높아야 할지 모른다. 인간들의 여관방에는 차별이 있다. 하지만 분자들의 여관방은 출신 성분을 따지지 않는다. 인간들의 여관방과는 달리 아무런 차별이 없다. 자연은 인간보다 더 공평하다.
자연에서 배워야 할 것이 한둘이 아니다. (본문 137쪽)빛이 직선으로 나아가고, 무엇에 부딪히면 반사를 하고, 유리나 물을 통과할 때 굴절하는 것을 본 뉴턴은 빛을 입자라고 주장했다. 하지만 빛은 장애물이 있으면 돌아서 가고, 두 빛이 서로 만나면 간섭을 해서 무지개와 같은 색깔이 나타난다. 이런 현상은 빛이 파동이라는 것을 의미한다. 그리고 맥스웰에 의해서 빛이 전자기파라는 사실이 밝혀지면서 빛이 파동이라는 것이 확실해졌다.
하지만 빛은 그렇게 쉽게 자기의 정체를 드러내는 호락호락한 존재는 아니었나 보다. 빛을 금속에 비추면 금속에서 전자가 튀어나온다. 이 현상을 광전효과(photoelectric effect)라고 한다. 아인슈타인은 빛이 입자라는 가설로 광전효과를 성공적으로 설명했다. 이 공로로 그는 노벨상을 받았다. 빛은 회절하는 것으로 보아 분명히 파동인데 또 광전효과를 일으키는 것으로 보아 분명히 입자다. 그러면 도대체 빛은 입자란 말인가 파동이란 말인가? (…)
빛은 파동도 아니고 입자도 아니다. 빛은 무엇으로 규정할 수 있을 정도로 그렇게 간단한 존재가 아니다. 도를 도라고 하면 이미 도가 아니듯이(道可道 非常道, 名可名 非常名), 빛도 파동이라고 하면 이미 파동이 아니고 입자라고 하면 이미 입자가 아니다. 이름조차 붙일 수 없는 존재, 그것이 빛이다. (본문 156~158쪽)양자중첩을 좀 더 확장해서 인생사에 적용해볼 수도 있다. 미래에 내가 성공한 사람이 될지 실패할 사람이 될지는 아무도 모른다. 양자역학적으로 보면, 현재의 나는 성공과 실패가 중첩된 상태로 존재한다. 하지만 시간이 지나면 실패나 성공 둘 중의 하나가 현실이 될 것이다. 모든 미래는 양자중첩 상태다. 시간이 흐르면 이 중첩 상태 중 어느 한 상태가 현실이 될 것이다. 내가 수만 번 환생한다면 실패한 나와 성공한 내가 반반으로 나올지 모른다.
우리는 진실이 객관적으로 존재한다고 믿는다. 그리고 그 진실은 O 아니면 X라고 믿는다. 하지만 진실은 그렇게 흑과 백으로 분명하게 구별되는 것이 아니다. 진실은 오히려 중첩적이고 모호하다. 이 모호함이 진실의 오묘함이 아닐까? (본문 178쪽)뉴턴이나 아인슈타인 모두 물체가 왜 떨어지는지 잘 설명하지만, 빛에 대해서 두 이론은 우열이 갈린다. 뉴턴의 중력 이론에 따르면 빛은 질량이 없으므로 중력에 영향을 받지 않는다. 빛은 중력에 영향을 받지 않기 때문에 지구나 태양에 의해서 영향을 받지 않는다.
하지만 아인슈타인에 따르면 별 주위에 공간이 휘어져 있으므로 질량이 없는 빛이라도 휘어져야 한다. 아인슈타인의 이런 주장은 매우 놀라운 것이었으나 영국의 천문학자 에딩턴에 의해서 실제로 빛이 태양의 중력에 의해서 휘어진다는 것이 관측되었다. 공간이 휘어져 있다는 것이 증명되는 순간이었다. 이로써 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 증명이 되었고, 아인슈타인은 일약 세계적으로 유명한 사람이 되었다.
휘어진 공간은 눈으로 볼 수 없다. 오직 마음으로만 볼 수 있다. ‘믿음은 바라는 것들의 실상이요, 보이지 않는 것들의 증거’라고 했던가? 우리가 사는 공간은 휘어져 있지만 그 휘어져 있음을 우리는 볼 수 없다. 논리적 결론이지만 실험으로 확인할 수 있는 결론이다. 진실은 겉으로 드러나 있지 않고 감추어져 있다.
(본문 287, 288쪽)

“진리는 먼 곳에 있는 것이 아니다. 바로 당신이 그 진리를 딛고 서 있다.”
물리학, 그 안에 담긴 우주 이상의 인생학『우주를 만지다』는 개기일식, 외계인, 상대성이론, 슈뢰딩거의 고양이 등 우리에게 익숙하지만 아직 낯설기도 한 물리학 이야기를 쉽고 재미있게 풀어냈다. 어쩌면 우리가 알고 있었던 상식이 180도 뒤집어질 수도 있고, 눈앞에 존재하지만 보이지 않는 세상을 인식하게 되는 계기가 될 수도 있다. 그러나 걱정하거나 두려워할 필요는 없다. 저자가 머리말에서 밝히기를, 독자들이 이 책을 통해 과학자 수준의 지식을 얻기보다는 그저 과학자들이 느끼는 자연과 우주의 감동을 조금이라도 느낄 수 있길 바랐으며, 우주에 대한 전문가가 되기보다는 그저 부담 없이 우주를 만지고 우주와 놀면서 더 풍요롭고 즐거운 인생을 만들어가길 바랐을 뿐이다.우주에는 너희 철학이 몽상하는 것보다 더 많은 것이 있다네.
- 윌리엄 셰익스피어누군가에게는 과학이라는 분야가 막연히 어렵게 느껴질지도 모르지만, 막상 이 책의 페이지를 넘기다 보면 언제 그랬냐는 듯 과학에 대한 심리적 장벽이 지구와 우주의 경계처럼 모호해지고 끝내 허물어지게 될 것이다. 행여 당신이 ‘과학 문외한’이더라도 상관없다. 이 책을 덮는 순간 당신의 입에서는 “과학이 이렇게 쉽다니, 심지어 재미있기까지?!”라는 말이 절로 터져 나올 테니까!아름다운 우주 세계를 향한 인생 예찬!
“과학이 이렇게 쉽다니, 심지어 재미있기까지!”지금처럼 모두의 삶이 힘들 때, 당장의 현실이 막막할 때 오히려 머나먼 곳으로 눈을 돌려 보는 건 어떨까? 하루하루 힐링이 간절한 우리에게 필요한 것은 오히려 저 멀리에 있는 우주인지도 모른다. 무엇 하나 제대로 할 수 없는 시간에 펼치는 『우주를 만지다』는 독자들에게 드넓은 우주를 배우며 우리의 삶에 대해 생각해 볼 수 있는 기회를 마련해준다. “우주 탐험의 종착점은 우주가 아니다. 그 종착점은 바로 지구다.
(…) 지구를 알기 위해서 우리는 지구를 떠나는 것이다.”『우주를 만지다』는 우주뿐만 아니라 우리가 사는 세상을 설명하는 이론까지 재미있게 읽히는 책이다. 그러나 책을 읽다 보면 이 모든 이야기가 결국 ‘우리의 삶’과 밀접하게 연관되어 있다는 것을 깨닫게 될 것이다. 지구를 알기 위해, 또 우리의 삶을 알기 위해 우주로 떠나는 시간을 기꺼이 마주해 보자. 빛나는 별과 원자들의 춤, 차원을 넘나드는 흥미로운 과학 이야기를 지켜보고 있으면 현실로 인해 지쳐 있던 마음속에도 물리학의 즐거움이 서서히 떠오를 것이다.