무언가를 ‘이해한다’는 것의 진정한 의미는 무엇인가? 이 우주의 진행방식을 하나의 체스게임에 비유해 보자. 그렇다면 이 체스게임의 규칙은 신이 정한 것이며, 우리는 게임을 관람하는 관객에 불과하다. 그것도 규칙을 제대로 이해하지 못한 채로 구경할 수밖에 없는 딱한 관객인 것이다. 물론 충분한 시간을 두고 지켜본다면 몇 가지 규칙 정도는 알아낼 수도 있다. 체스게임이 성립되기 위해 반드시 요구되는 기본 규칙들 - 이것이 바로 기초 물리학이다. 그런데 체스에 사용되는 말의 움직임이 워낙 복잡한데다가 인간의 지성은 명백한 한계가 있기 때문에 모든 규칙을 다 알고 있다 해도 특정한 움직임이 왜 행해졌는지를 전혀 이해하지 못할 수도 있다. 자연계에서도 사정은 마찬가지다. 난이도가 훨씬 높은 것뿐이다. 우리가 열심히 노력하면 그 복잡하고 어려운 규칙들을 모두 알아낼 수도 있을 것이다. 규칙을 모두 알아내는 것도 문제지만, 알아낸 규칙으로 설명할 수 있는 현상이 극히 한정되어 있다는 것도 커다란 장애이다. 거의 모든 상황들이 끔찍하게 복잡하여 게임의 진행 양상을 따라가기가 벅찰 뿐만 아니라, 다음에 벌어질 상황을 예측하기도 쉽지 않기 때문이다. 따라서 우리는 ‘게임의 규칙’이라는 지극히 기본적인 질문에 집중할 수밖에 없다. 규칙을 모두 이해한다면 그것은 곧 이 세계를 이해하는 것이다. 이것이 바로 우리가 말하는 ‘이해의 참뜻’이다.
- ‘이해한다’는 것의 의미를 설명하는 본문 중에서

일반인들은 과학적 상상력의 의미를 잘 이해하지 못한다. 그들은 다음과 같은 질문을 던지면서 과학자의 상상력을 테스트하려고 한다. “여기 어떤 특정 상황에 처해 있는 한 사람의 모습이 그림으로 제시되어 있다. 이 그림을 보고, 잠시 후에 어떤 일이 일어날지 상상해 보라.” 그런데 내가 “이것만으로는 상상할 수 없다”고 대답하면, 그들은 우리의 상상력이 빈약하다고 생각할 것이다. 그들은 과학적 상상력이 “기존의 물리 법칙들과 상충되지 않는 범위 내에서만 허용된다”는 사실을 간과하고 있는 것이다. 전기장이나 전자기파는 마음대로 상상력을 발휘하여 만들어 낼 수 있는 개념이 아니다. 그 상상은 이미 알려져 있는 다른 물리 법칙과 모순되지 않아야 한다. 이미 확립된 자연의 법칙에 위배되는 것이라면, “과학적으로 상상해 보라”고 아무리 다그쳐도 소용없다. 물리학자들의 상상은 흔히 말하는 상상과 그 성질이 전혀 다르다. 그들은 들어 본 적도 없고, 본 적도 없는 것들을 상상해야 한다. 뿐만 아니라, 과학적 상상은 매우 엄격한 검증을 거쳐야 한다. 상상의 세계가 제아무리 멋지고 그럴듯하다 해도, 이미 알려져 있는 자연의 법칙에 부합되지 않으면 아무런 소용이 없다. 그 많은 법칙들과 조화를 이루면서 새로운 무언가를 창조한다는 것은 결코 쉬운 일이 아니다.
- 과학적 상상력을 설명하는 본문 중에서

역자 후기

파인만의 동료이며 이 강의록의 공동저자이기도 한 매튜 샌즈는 1961년 파인만을 찾아가서 물리학 개론을 가르치도록 설득하기 위해 이렇게 이야기했다고 합니다. “이봐, 자네는 자연을 이해하기 위해 인생의 40년을 바치지 않았나. 이제 그 모든 것을 하나로 정리해서 다음 세대의 과학자들에게 건네줄 기회가 생긴 걸세.”

반세기가 지난 오늘날,『파인만의 물리학 강의』는 전 세계에서 물리학을 배우는 학생들의 필독서가 되었습니다. 매 강의마다 파인만은 깔끔한 논리 전개와 깊은 통찰력을 통해 그 분야의 대가만이 풀어낼 수 있는 경지를 유감없이 보여 줍니다. 그중에서도 3권에 수록된 양자역학 부분은 더욱 특별한데, 당시 대학원 과정에서만 나오던 주제를 학부생을 위한 개론 수업에서 가르친 첫 시도였을 뿐 아니라 물리학 중에서도 양자(전기)역학이 그의 전공분야이기 때문입니다.

대학에서의 양자역학 강의는 보통 슈뢰딩거 방정식을 배운 후에 몇 가지 간단한 경우의 해를 구하는 순서로 진행됩니다. 그 과정에서 계산방법만 배운 채 결과가 갖는 의미를 정확히 파악하지 못하는 학생들을 흔히 보게 됩니다.

이 책에서 파인만은 반대 순서로 논리를 펼칩니다. 초반부 강의는 미시세계의 특이한 행동방식을 잘 보여 주는 슬릿 실험 장치를 여러 번 활용하여 양자역학을 먼저 개념적으로 이해할 수 있도록 친절히 이끌어 줍니다. 입자가 가능한 모든 경로를 거쳐 갈 경우를 더해야 한다는 경로합의 아이디어(이는 파인만이 양자전기역학(QED)에 공헌한 주요 업적이기도 합니다)를 통해 여러 중요한 특징을 설명한 다음, 중반부에 가서야 슈뢰딩거 방정식을 보여 주고 그 의미를 탐색합니다. 그리고 후반부에서는 반도체와 트랜지스터, 초전도 현상 등 우리 생활과 밀접한 예를 통해 양자역학의 응용방식을 살펴봅니다.

난해한 개념을 핵심만 간추려서 자연에 존재하는 풍부한 사례에 적용하는 파인만의 능수능란한 안내를 따라 긴 강의를 함께하면서 여러분도 지난 몇십 년간 전 세계의 수많은 독자들을 사로잡은 경이로운 마법을 체험하셨으리라 믿습니다. 아울러 양자역학이 결코 물리학자들만의 것이 아니며 누구나 접할 수 있는 영역에 존재하는 학문임을 깨달으셨을 겁니다.

지금도 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서는 학생들에게 양자역학을 필수 과목으로 가르치고 있습니다. 이는 고전적인 결정론을 송두리째 버려야 했던 20세기 초의 철학적 혼란을 이해하고 양자역학의 확률론적 사고를 받아들이는 것이 현대 사회에서 지성인의 사상에 중요한 토대가 된다고 보기 때문일 것입니다.

한 권의 책은 징검다리에 놓인 돌 하나와 같습니다. 누군가가 놓은 돌을 밟고 올라서서 그다음 돌을 이어 놓는 것이 곧 학문이 발전하는 과정이니 말입니다. 그렇기에 외국의 명저를 우리말로 번역하여 소개하는 일은 더 많은 이들이 더 많은 돌을 놓기 위한 초석이자, 책임감을 갖고 정성을 들여 임해야 하는 막중한 작업입니다. 역자로서 많은 노력을 기울였지만 부족한 점도 분명히 있을 것입니다. 다만 파인만과 한국의 독자들 사이에 다리를 놓는 과정에서 원저자의 명성에 누가 되지 않았기를 바랍니다.

파인만의 양자물리 강의록이 출간된 지 40년이 지나서야 한국 독자들에게 우리말로 전달된다는 사실이 한편으로는 안타깝지만, 전문 과학서에 목마른 많은 이들에게 한 줄기 단비가 되어 더 큰 열매를 맺기를 기대해 봅니다.

<b>『파인만의 물리학 강의』에 대하여</b><br/><br/>1957년 10월 4일, 당시 소련은 인류 최초로 인공위성 스푸트니크 1호 발사에 성공했다. 이에 경제 및 과학기술이 훨씬 앞서 있던 미국은 큰 충격을 받았다. 첨단 과학의 상징이라 할 수 있는 인공위성 발사에서 유리한 위치를 선점하지 못한 미국은 기초 과학 육성의 필요성을 절감하고 대대적인 교육 개혁에 착수한다. 이에 아이젠하워 대통령은 대국민 성명을 발표하고 나사(NASA)를 설립하였으며, 특히 수학과 과학 교육시스템을 혁신하는 데 총력을 기울였다. 미국 전역에서 교육 개혁이 활발히 진행되는 가운데 캘리포니아 공과대학(칼텍)에서는 새로운 교과과정, 새로운 방식의 물리학 강의가 시도되었다. 이 강의는 대학 차원에서 처음부터 녹취되고 기록되었는데, 이를 정리하여 출간한 책이 바로 『파인만의 물리학 강의』이다. <br/><br/>파인만 교수가 굳이 칼텍 1, 2학년생을 위한 기초 물리학 강의를 시작한 데는 나름의 이유가 있었다. 대학에 오기 전까지만 하더라도 똑똑하기로 소문났던 학생들이 정작 대학에 들어와서 재미없고 딱딱한 물리학 수업을 받다가 어느새 ‘바보’가 되어 가고 있었던 것이다. 이를 안타까워한 파인만은 “학생들을 구제하기 위해” 팔을 걷어붙였고, 이제는 전설로 일컬어지는 물리학 강의를 시작했다. 강의의 관건은 “학생들의 관심을 어떻게 물리학으로 끌어모으느냐”였고, 파인만이 택한 해결책은 “물리학이 얼마나 재미있는지 보여 주겠다!”는 것이었다. <br/><br/>지난 40년 동안 한 번도 절판되지 않은 『파인만의 물리학 강의』는 수많은 학생들과 교사들뿐 아니라 물리학자들에게도 영감을 주었고 아이디어와 토론의 장을 마련해 주었다. 파인만 자신도 여기에서 영감을 얻었을 정도이다. 파인만의 위대한 업적은 모든 것을 새롭고 신선한 시각에서 보았다는 것을 넘어선다. 파인만은 단지 위대한 교사 정도가 아니라 교사들의 위대한 교사였다. 파인만도 자신의 물리학에 대한 공헌은 표류할 수도 있는 양자전기역학이나 다른 이론이 아니라 자신의 강의가 될 것이라고 했다. <br/><br/>『파인만의 물리학 강의』는 자연현상을 이해하는 도구로서 물리학이 필수적이라는 인식에서 시작했기 때문에 “물리의 숨은 묘미”를 흠뻑 느낄 수 있는 책이다. 영어 원서로만 파인만의 강의를 즐겨야 했던 독자들과 파인만 강의의 정수를 제대로 느껴 보고 싶은 독자들, 그리고 물리를 좋아하지만 물리학도로서의 길을 망설이고 있는 많은 젊은 인재들에게 “과학은 즐거운 장난”이라는 파인만의 자신에 찬 목소리를 들려주고자 한다. 학생들뿐만 아니라 이미 자신의 분야에서 학문적 성과를 이뤄 낸 교수들에게까지도 여전히 수많은 영감을 불러일으킨다는『파인만의 물리학 강의』를 통해 물리 붐이 다시 한 번 일어나길 기대해 본다.<br/><br/><b> 『파인만의 물리학 강의』의 구성</b><br/><br/>파인만의 전설적인 강의가 책으로 나온 지 이미 40년 이상이 지나면서 물리적 세계에 대한 우리의 이해에는 많은 변화가 있었지만,『파인만의 물리학 강의』는 그러한 세파를 견뎌 냈다. 물리학자 파인만의 진면목은 바로 이 강의록에서 나온다고 해도 과언이 아니다. 사물의 이치를 꿰뚫는 견고한 사유의 힘과 어느 누구도 흉내 낼 수 없는 독창적인 문제 해결 방식이 바로 이 책에서 마침내 빛을 발한다. 파인만 특유의 물리적 통찰과 교수법 덕분에 처음 출간되었던 당시와 마찬가지로 오늘날에도 위력적이다. 이토록 오랫동안 광범위한 영향을 끼친 물리학 책은 아마 없을 것이다. <br/><br/>『파인만의 물리학 강의』시리즈는 모두 네 권으로 이루어져 있다. 그중 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ권은 파인만이 1961년 가을부터 1963년 5월까지 캘리포니아 공과대학에서 진행한 강의를 로버트 레이턴과 매슈 샌즈가 정리해서 글로 옮긴 것이다. 이것이 1963년 『파인만의 물리학 강의』라는 제목으로 출간되었다. Ⅰ권은 ‘일반 물리학’을 파인만 특유의 설명으로 재구성한 것으로 역학, 복사, 열을 다룬다. 전자기학과 물성을 다루는 Ⅱ권은 여타 전자기학 책에서는 찾아볼 수 없는 깊이 있는 내용이 돋보이며, 파인만 스스로도 강의록 곳곳에서 상당한 자부심을 드러낸다. 그리고 이번에 새롭게 출간된 Ⅲ권은 파인만의 전공 분야라 할 수 있는 양자역학을 다루며, 누구도 흉내 낼 수 없는 독창적인 설명으로 양자역학의 핵심을 보여 주는 보석 같은 책으로 평가받고 있다. <br/><br/>『파인만의 물리학 길리잡이』는 강의에 딸린 부록으로, 파인만의 문제 풀이에 대한 세 번의 강의와 관성 유도에 대한 한 번의 강의, 그리고 파인만의 동료인 로버트 레이턴과 로쿠스 포크트가 마련한 문제와 해답으로 구성되어 있다. 파인만의 강의에 매료되었던 마이클 고틀리브와 랠프 레이턴이 강의록에 누락된 네 차례의 강의와 음성 녹음, 그리고 사진 등을 찾아 복원하는 데 성공하여 탄생한 책으로, 기존의 전설적인 강의록을 보충하기에 부족함이 없는 훌륭한 참고서이다. <br/>

이 책을 읽는다는 것은 뉴턴이나 아인슈타인과 어깨를 나란히 한다는 뜻이다. 독자들은 이 책에서 커다란 만족과 함께 더욱 심오한 질문을 던지고 싶은 충동을 느끼게 될 것이다. 우주를 바라보며 ‘왜?’라는 질문을 한 번이라도 떠올린 적이 있는 사람이라면 이 책을 강력하게 권하고 싶다!”
- 미치오 카쿠(『아인슈타인의 우주』,『평행우주』,『초공간』의 저자)

파인만은 강단 위의 연예인이었으며, 가끔은 광대가 되기도 했다. 그러나 그가 지향했던 목표는 항상 진지했다. 우리의 우주를 더욱 깊이 이해하는 것보다 더 진지한 목표가 어디 있겠는가? 사람들에게 우주를 이해시키는 방면에서 파인만은 단연 최고 중의 최고이다!”
- 로저 펜로즈(『The Road to Reality』,『황제의 새마음』의 저자)

20세기를 살아간 물리학자 가운데 가장 독특한 성격의 소유자이며 색깔이 뚜렷한 사람으로 파인만 교수를 꼽을 것이다. 그는 모든 물리학 문제를 자기 자신의 독특한 관점에서 풀었으며 그중에서 가장 좋은 예는 ‘파인만 다이어그램(Feynman Diagram)’이라 할 수 있다. 그는 ‘양자장론’이란 어려운 이론을 다이어그램으로 표시하는 독특한 기법을 사용하여 ‘양자전기역학’이란 분야를 개발하여 노벨상을 받기도 했다. 도서출판 승산이 출간하는『파인만의 물리학 강의』는 미국 전역의 대학에서 널리 쓰이고 있는 물리학 입문서로서 “빨간책”이란 애칭으로 불리는 그의 유명한 저서이다. 서울대학교 물리학부에서도 이를 교과서로 채택한 적이 있다. 그의 독특한 시각과 설득력은 이 책에서도 여실히 나타나고 있다. 이 세 권의 책만 잘 읽고 어느 정도 이해만 한다면, 학부 학생으로서 물리학에 대한 소양은 갖춘 것이라고 볼 수 있다. 양자역학에 대한『파인만의 물리학 강의』는 좀 어렵지만 파인만 특유의 색깔이 보이는 책이라서 나 자신도 항상 곁에 두고 있는 몇 권 되지 않는 책 중의 하나이기도 하다. 모든 물리학을 자기식으로 해석하는 파인만 교수는 마치 금고를 여는 듯한 그 독특한 재능으로 독자들을 끌어안는 묘한 마력을 가지고 있다. 『파인만의 물리학 강의』 역시 그의 면모가 여실히 담겨 있는 책이라 할 수 있다.
- 김제완(서울대학교 명예교수)

물리학자들의 방에 가 보면 그들이 학생일 때 열심히 읽은『파인만의 물리학 강의』가 십중팔구 꽂혀 있을 것이다. 수많은 일반물리학 책이 나와 있음에도 불구하고 40여 년 전에 나온『파인만의 물리학 강의』앞에서는 그 빛을 잃는다. 그 이유를 들자면 우선 저자가 노벨 물리학상을 받은 입자물리 이론물리학자로서 나노 과학, 양자컴퓨터에 대한 기초를 마련한 창의적 연구자였다는 것만은 아니다. 훌륭한 연구자가 반드시 좋은 강의를 하지는 못하나 분명 파인만은 가장 강의를 잘하는 것으로 당대에 유명하던 사람이다. 무엇보다도 그에게는 열정이 있었고, 자신의 뜻을 잘 전달하는 유별난 재주가 있었다. 이런 이유로 본인이 물리학을 공부하기로 마음을 정한 후 가장 닮기 원하는 학자로 파인만을 생각해 왔다. 파인만은 이렇듯 물리학계 전체를 아우르는 훌륭한 선생님이었다.

이 책은 물리학을 전공할 학생들을 대상으로 만들어졌다. 그렇다고 해서 물리학자를 목표로 하는 사람만 이 책을 읽을 필요는 없다. 당대 최고의 지성이 어떻게 사고하는가를 엿보는 것이 어떤 학문을 공부하더라도 많은 도움을 줄 것이기 때문이다. 이 책에는 다른 물리책에서는 찾아보기 힘든 내용들이 많이 들어 있고 일반물리학의 수준보다 어려운 것으로 알려져 왔다. 그 이유는 내용의 독창성에도 있으나, 재미난 이야기꾼인 파인만이 사용한 영어 단어들이 만만하지 않은 것들임에도 기인할 것이다. 한글 번역판은 파인만의 우렁찬 목소리를 좀 더 쉽게 접하게 할 것이다.

남순건(경희대학교 물리전공 교수)