물리학은 처음인데요 - 마쓰바라 다케히코

물리학은 처음인데요 - 마쓰바라 다케히코

이런 말 하긴 좀 뭣하지만 난 물리학을 굉장히 좋아한다. 사실 수학도 꽤나 좋아했었다. 좋아하는거랑 잘하는거랑은 상당한 차이로 별개다. 전문적인 논문을 읽어볼 수준의 지식은 당연히 없다. 하지만 페이스북 페이지에 이웃집과학자 페이지와 NGO 사이언스는 팔로잉 중이다. 때로는  아름답게 보이는 물리 수식도 있지만 그것은 전공자에게나 현상 이해에 도움을 주지 대게 수식 같은건  나 같은 일반인들에게는 발작을 일으킨다.   

이 책은 단 한줄의 수식도 등장하지 않는다 심지어는 F=ma 조차 없다. 이 책은 수식없이 물리현상을 설명하는 책이 아니다. 물리학의 역사를 설명하는 책이다..사실 내가 처음 기대한것은 수식없이 물리학을 설명하는 책이었다.(그런 책은 역시 없나보다..)

고대 천동설부터 현대물리의 쌍두마차 양자론과 상대론에 이르기까지 그 역사를 다룬다. 그 과정이 굉장히 흥미진진하다. 연대별로 등장한 이론을 단순 나열해서 설명하는 방식이 아니다. 기존 지배이론의 세계관에서 어떤과정을 거쳐 송곳같은 새이론이 등장했고 어떻게 지지를 받게 되었는지를 설명한다. 그러다보면 두 갈래로 갈리는데 그것이 미시세계의 양자론이고 또하나는 거시세계의 상대론이다. 

이 책에서 설명하길 원자세계의 실험 결과는 매우 기괴하고 비 상식적이다. 단지 스케일만 작고 행동양식은 우리세상과 똑같은 세상이 아니라 전혀 다른 세상이었다. 이러한 원자세계의 행동을 어떻게든 납득하기 위해서 수없이 많은 과학자들이 저 마다 이런저런  아이디어를 내고 이를 입증하는 실험을 해본다. 이러한 과정이 뒤섞여 정립된 이론이 현대의 양자론이다. 따라서 실험이 먼저고 이론이 나중이다. 실험결과를 설명하기위해 이론을 만든것이다. 그리고 여러 과학자들의 협업물이다. 

상대론은 양자론과 반대다. 거의 아인슈타인이라는 천재 물리학자 한명이 대부분의 이론을 완성했다. 아인슈타인은 기존의 뉴턴역학과 맥스웰방적식 간의 모순을 해결하기 위해( 어떤 모순이 있는지 대한 설명은 책에..) 새 이론을 창안 한 것이다. 이론은 완성했지만 당시의 관측기술로는 상대성 이론을 입증할 실험을 하기가 어려웠다. 왜냐하면 엄청나게 큰 질량으로 인한 중력이나 빛과 근사한 속도의 세계에서나 먹히는 이론 이기 때문이다. 자동차, 비행기, 기차 ,초음속등은 뉴턴역학으로도 잘 풀린다. 아무튼 관측기술이 발달함에 따라 이 이론을 뒷받침할 수 있는 강력한 증거가 발견되고 현재의 상대론이 정립이 된 것이다. 즉, 이론이 먼저고 실험이 나중이다. 이론을 뒷받침하기위해 그에 맞는 실험결과를 찾은 것이다. 그리고 아인슈타인 한 명의 결과물이다.  세계는 어디에도 치우치지 않는듯하다. 

여튼 책에서는 가장 굵직하게 이 두 이론의 성장과정을 잘 짚어준다. 양자역학은 아무리 쉽게 설명 하려해도 쉽게 설명이 잘 안되는 모양이다. 아니면 내가 이해 할 수 없거나. 그리고 마지막으로 현재의 물리학이 서있는 지점을 알려준다. 무엇이 입증이 되지 않았고 어떤 부분을 연구중인지..물리학도라면 자신의 연구방향을 잡을수도 있겠다.  

물리학은 세계가 동작하는 방식을 이해하기 위한 극한의 여정인듯하다. 기존의 잘 써먹던 지배 이론은 거짓이아니라 그 당시에 볼 수 있던 세상을 잘 설명해주는 이론이다. 천동설도 인간이 보기엔 하늘이 움직이니 어찌저찌 당시의 관측가능한 세계관을 잘 설명해줬다. 그러다보면 기술이 조금씩 발전하거나 기이한 누군가의 실험을 통해 기존 이론으로 잘 설명이 안되는 부분이 나타나기 시작한다. 억지로 기존이론을 이래저래 조물러보지만 영부자연 스럽다. 그렇게 누군가가 새로운 관점을 제시한다.. 때로는 이게 맞는것같지만 사실이 아닐때도 많다..또는 부분적으로만 설명해주기도 한다. 지금의 상대론과 양자론도 설명 할 수 없는 부분이 많다. 하지만 아직까지 이 부분을 메꾸기위해 새로 등장하는 이론들은 너무 난해하고 억지스럽다고 한다. 또는 그럴듯하지만 실험으로 뒷받침 할 수 없다고 한다.  언젠가는 지금 설명할수 없는 부분을 깔끔하게 설명하는 이론이 등장할지도 모르겠지만 그렇다고 이 두 이론이 폐기되지는 않을것이다. 뉴턴역학은 지금도 잘 써먹고 있다. 

인류 지성은 위대하다. 그리고 그 미지의 영역 경계선에서 경계의 벽을 두드리고 있는 사람들을 동경한다. 

난 먹고 숨쉬고 똥싸기 바빠서...