⟪파인만의 여섯가지 물리이야기⟫ 책에는 폴 데이비스의 서문이 실려있습니다. 그가 말하는 파인만은 이런 사람입니다.

파인만의 강의에서 가장 놀라운 것은, 수학이나 전문용어를 어지럽게 늘어놓지 않고 지극히 일상적인 사례들로부터 최첨단의 물리 개념을 자연스럽게 이끌어 낸다는 점이다. 자질구레한 설명을 모두 생략한 채로 물리학의 심오한 이론을 일상사에서 유추해내는 능력이야 말로 파인만의 전매특허이다.

유시민 작가는 ＜알쓸신잡3＞에서 김상욱 박사를 이렇게 설명합니다.

김상욱에게 배웠다면 물리를 다정하게 대했을 텐데

떨림과 울림 물리학자 김상욱이 바라본 우주와 세계 그리고 우리
김상욱 저 | 동아시아 | 2018년 11월 07일

저자는 서문에서 책을 쓴 이유를 다음과 같이 말합니다.

나는 이 책에서 물리학의 가장 기본이 되는 개념들을 소개하려고 한다. 내가 보는 물리의 모습을 사람들에게 말해주려고 한다.(중략)
이 책은 물리학이 인간적으로 보이길 바라는 마음으로 썼다. 인문학의 느낌으로 물리를 이야기해보려고 했다. 나는 물리학자다. 아무리 이런 노력을 했어도 한계는 뚜렷하다. 그래도 진심은 전해지리라 믿는다. 내가 물리학을 공부하며 느꼈던 설렘이 다른 이들에게 떨림으로 전해지길 바란다. 울림은 독자의 몫이다.7쪽

우주는 떨림이라고 합니다. 정지한 것들은 모두 떨고 있습니다. 피라미드도 떨고 있고, 공기도 떨고, 빛도 떤다고 합니다. 볼수 없는 떨림으로 가득하다는 것입니다. 물론 볼 수 있는 떨림, 느낄 수 있는 떨림도 있습니다. 또, 인간은 울림이라고 합니다. 마음을 울리고, 심장을 울리고, 머릿속의 사이렌을 울립니다. 떨림에 울림으로 반응하고 울림은 또 다른 떨림으로 답을 합니다. 이 책은 물리의 개념들을 떨림과 울림으로 비유하여 설명하고 있습니다.

책은 총 4부로 구성되어 있습니다. 빛, 시공간, 우주, 원자, 전자를 소개한 부분은 우리가 태어난 존재를 이야기 합니다. 최소작용의 원리, 카오스, 엔트로피, 양자역학, 이중성은 우리가 산다는 것, 공간을 본다는 것에 촛점이 맞춰집니다. 중력, 전자기력, 멕스웰 방정식, 환원·창발, 응집물리는 관계에 대한 설명이며, 세계는 힘들이 경합하는 것이라고 합니다. 에너지, F=ma, 단진동, 인간을 소개한 마지막 4부는 과학의 언어로 세계를 읽는 법을 소개하고 있습니다.

물리에서 핵심을 다루는 이론을 하나하나 설명합니다. 철학적인 명언, 책이야기, 영화이야기가 같이 어우러집니다. 어려운 용어를 존재, 삶, 죽음 같은 철학적인 단어와 연결하고 세계에 관한 생각 및 그 범위를 우주까지 확장하기 위해 책과 영화를 가져옵니다. 물리라는 새로운 언어로 기존 관점을 넒게 만들어 줍니다. 하나하나 읽다 보면 새로운 질문이 생기는 것을 느낄 수 있습니다.

⟪퀀텀리프⟫(임춘성 저, 쌤앤파커스)에는 다음과 같은 말이 나옵니다.

‘물리物理’라는 것은 모든 사물의 이치이고 ‘역학力學’은 물질이 움직이는 원리이니, 이들은 우리가 살아가는 세계에 대한 가장 근본적인 사실에 관한 상식이자 믿음입니다. 그런데 뉴턴의 고전물리학에서부터 이를 확장한 아인슈타인의 일반상대성이론을 비웃으며 등장한 새로운 물리학, 전혀 새로운 역학이론이 있습니다. 물질의 입자가 연속적으로 흘러가지 않고 마치 귀신처럼 한 지점에서 다른 지점으로 순간이동을 하는 형태가 가능하다는 이론입니다. 이름 하여 ‘양자역학quantum mechanics.’ 우리의 그간의 상식, 신념, 학식을 송두리째 흔드는, 아직도 우리가 진정으로 이 세상과 사물을 다 알지 못한다고 충고하는 물리학 아닌 물리학 입니다.

책의 저자는 이런 양자역학을 공부하는 과학자 김상욱입니다. 고전역학과 양자역학의 경계에서 일어나는 물리에 관심이 많다고 합니다. 다른 사람들과 앎을 공유하는 것을 행복하게 생각하는 것 같습니다. 과학을 대중적으로 알리기 위해 책도 이미 두권을 내었습니다. 다만 직접적으로 알게 된건 TV프로그램 ＜알쓸신잡3＞이라고 생각합니다.

어려운 학문을 쉽게 설명하는 책들이 많이 나옵니다. 그만큼 대중에게 다가가기 위한 노력일 것입니다. 알고 있는 것을 쉬운 언어로 남들이 이해할 수 있게 글을 적는 것. 그 자체가 본인의 지식을 한단계 향상시키는 일이기도 합니다. 과학자들의 이런 노력이 계속 되었으면 합니다.

필자가 과학자로 훈련을 받는 동안, 뼈에 사무치게 배운 것은 모르는 것을 모른다고 인정하는 태도였다. 모를 때 아는 체하는 것은 금기 중의 금기다. 또한 내가 안다고 할 때, 그것이 정확히 무엇을 의미하는지 물질적 증거를 들어가며 설명할 수 있어야 했다. 우리는 이것을 과학적 태도라고 부른다. 이런 의미에서 과학은 지식의 집학체가 아니라 세상을 대하는 태도이자 사고방식이다.268쪽

책은 물리학에 대한 입문서적으로 분류할 수 있지만, 글을 쓰는 사람에게 ‘과학책은 이렇게 쓰는 것이다’라고도 알려주는 것 같습니다.

책의 띠지에 나온 글을 다시 한번 보게 됩니다.

이토록 근사한 과학의 언어를 가만히 읊어준다.

'어둠은 우주를 빈틈없이 채우고 있으며, 어둠이 없는 비좁은 간극으로 가녀린 별빛이 달린다.'(23쪽)

너무도 아름다운 이 문장은 문학적이지만 은유가 아닌 팩트의 기술이다. '파동임에 틀림없는 빛이 입자의 성질을 갖는다.'(134쪽) 빛이 입자이기 때문에 '비좁은 간극으로 가녀린 별빛이 달린다'는 아름다운 문장이 탄생하는 것이다.

이 ＜떨림과 울림＞을 한번 읽었을 때 알쏭달쏭하기만한 물리 이야기를 어떻게 풀어야 할지 몰랐다. 각 장은 이해가 되는 듯 시작했다가 알 수 없이 마무리가 되었다. 리뷰는 써야겠기에 처음부터 다시 읽기 시작했다. 그때 23쪽의 문장이 마음에 들어왔다. 물리에서 떨림, 울림, 설렘을 느끼는 저자의 마음을 조금 이해할 수 있었다. 내가 물리는 이해하지 못하더라도 저자가 이 글을 쓰고자 했던 마음은 이해해야 뭐라도 적어낼 수 있지 않겠는가?

저자는 이렇게 말한다. '나는 이 책에서 물리학의 가장 기본이 되는 개념들을 소개하려고 한다.'(7쪽) 저자가 말했듯 한계는 있었지만 진심은 분명히 전해졌다. 아무리 되뇌어도 감동이 줄지 않는 '... 어둠이 없는 비좁은 간극으로 가녀린 별빛이 달린다.'라는 한 줄이 읽는 이의 마음을 울린다.

첫번째 이야기는 우주의 놀라운 사건이자 우주의 시작이 되는 138억년 전의 빅뱅으로 시작한다. 이 사건은로 빛이 탄생한다. 그와 함게 시공간이 탄생한다. 빛은 탄생하면서 공명하고, 색을 가지며, 속도를 가졌다. 재밌고 흥미로운 것은 여기까지였다. 시공간에서부터 알쏭달쏭해지는데, 물리학의 가장 기본이 되는 개념일 뿐인데도 명확하게 알아 먹을 수가 없었다. 빅뱅 이후로 우주라는 공간은 일정한 속도로 팽창한다고 한다. 그런데 시간은? 우리는 시간이 존재하지 않는 상황을 경험한 적이 없으므로, 시간은 계속 흐르고 어느 순간 공간이 생겨난 것이라고 의문을 가질 수 있다. '사실 빅뱅의 이론적 기반은 아인슈타인의 상대성이론이다. 빅뱅, 그러니까 시간과 공간이 한 점에서 출발했다는 것은 상대성이론의 방정식을 수학적으로 풀었을 때 가능한 답의 하나에 불과하다. 놀랍게도 이 이론은 시간과 공간 그 자체를 다룬다.'(27~29쪽) '엄밀히 말해서 이것(상대성이론)은 시간과 공간 그 자체가 아니라 시간과 공간을 기술하는 물리량을 의미한다. 우리가 알 수 있는 것은 이것 뿐이니까. 우리가 느끼는 시간과 공간은 측정 결과 얻어진 결과물이다.'(29쪽) '실제 아인슈타인의 장방정식은 시공간의 기학적인 모양을 기술한다. 빅뱅의 순간 시공간은 '점'이라는 도형이 된다. 그러니 이 순간 시간도 생겨난 것이다.'(30쪽)

빅뱅 이전의 시간이 1초일 수도 있고 빅뱅 이후의 지금까지의 시간의 두 배일 수도 있다고 나(저자와 독자인 나의 구분)는 생각한다. 시작점을 만들고 싶은 것은 인간의 뜻일까, 아니면 신의 뜻일까?

이 우주에 대한 물리학 이야기 중에서 흥미로운 것은 맥스웰 방정식(174~184쪽)이었는데 현재 우리가 누리는 문명의 기반이 되기 때문이다. 아무래도 가장 많이 접하는, 밀접한 물리 이야기에 관심이 가게 된다.

'현재 우리는 전기에 기반을 둔 문명 속에 살고 있다. 맥스웰 방정식은 모든 전기현상을 네 개의 방정식으로 정리한 것이다. 이 방정식은 전기장과 자기장을 기술한다.'(175쪽) 하며 전자기파의 기작에 대해 설명해준다. 저자는 겨울철 정전기가 튈 때 우리는 '전하'의 존재를 느낄 수 있다고 설명한다. 그리고 그에 따른 따끔한 통증이 '전기장'이라고 한다. 전하는 전기장을 만들고, 전하가 흐르면 전류가 되고, 전류는 자기장을 만든다고 한다. 또한 자기장이 시간에 따라 변해도 전기장이 만들어진다. 마찬가지로 전기장이 변해도 자기장이 만들어진다. 전하나 전류 없이 전기장과 자기장이 서로를 만들어 가며 공간으로 진행하는 것이 전자기파다. 전자기파는 빛이다. 맥스웰 방정식으로 눈에 보이지 않는 빛, 즉 전파가 존재한다는 사실을 알게 되었다고 한다. 맥스웰의 전자기파를 실험으로 확인한 사람이 하인리히 헤르츠로 우리가 아는 89.1MHz(메가헤르츠)할 때 헤르츠라고 한다. 헤르츠가 사람이름이었다는 것도 참으로 흥미로웠다. 방송이 시작되고 전화기가 생기고 하는 것이 이 맥스웰 방정식 덕분이라니 흥미롭고 고마운 마음이 들었다. 전기장을 저장하는 축전기C, 자기장을 저장하는 코일L을 서로 연결해주면 송수신기가 된다고 한다. 이 'LC 공진회로'가 모든 핸드폰에 들어있어 우리가 현재의 현대문명을 누릴 수 있다.

'지금까지 우리는 기본입자에서 분자, 인간을 거쳐 태양과 은하에 이르는 우주의 모든 존재와 사건을 훑어봤다. 결국 물리학이 우주에 대해 우리에게 무엇을 말해주는 걸까? 물리는 한마디로 우주에 의미가 없다고 이야기해준다. 우주는 법칙에 따라 움직인다. 뜻하지 않은 복잡성이 운동에 영향을 줄 수도 있지만 거기에 어떤 의도나 목적은 없다. 생명체는 정교한 분자화학기계에 불과하다.'(250쪽)

이 알아먹기 힘든 물리 이야기를 다 읽어낸(그것도 두 번이나) 결과가 이것이라는 것은 참으로 유감스러운 일이 아닐 수 없다. 물리학자에게 수식으로 증명되지 않는 것은 모두 무의미한 것인가 보다. 의미, 마음, 감정, 사랑, 기쁨, 아름다움, 희망 등등등의 것들 말이다.

'인공지능의 시대를 맞이하며, 우리는 기계가 인간의 감정을 가질 수 있을까, 기계가 우리를 지배할 수 있을까 걱정하는 수준을 넘어서야 한다. 인공지능이 도달한 의식은 우리가 상상조차 해보지 못한 모습일지도 모른다. 금붕어가 상대성이론을 상상할 수 없듯이 말이다.'(212쪽)라고 저자는 말한다. 그런데 지능만 높고 감성이 부족한 인간의 모습이 말해주듯 지능만 가진 것에는 한계가 있다. 기계가 인간의 감정을 갖지 못하고, 스마트폰이 갖는 의미, TV가 갖는 의미, 이 우주의 의미, 밤하늘에 빛나는 별들의 의미 등등의 '의미'를 모를 때는 무엇이 소용에 닿을 수 있겠는가. 외면 받을 때 그것은 아무 것도 아닌 것이 된다.

'인간과 기계의 경계를 지우는 것은 인간과 신의 경계를 모호하게 하는 것이다.'(207쪽) 물리가 수식으로 증명되지 않는 것들을 외면할 때 기계는 인간이 될 수 없고 경계는 영원할 것이다. 인간이 신을 외면할 때 신을 영원히 알 수 없는 것이다. 문명의 이기는 우리를 풍요롭게 하고 편리하게 한다. 그러나 우리는 이것들 없이도 산적이 있다. 우리가 살아갈 수 없게 되는 것은 수식으로 증명하지 못하는 것들이 존재하지 않게 될 때이다. 저자는 '어둠이 없는 비좁은 간극으로 가녀린 별빛이 달린다.'고 저 우주의 밤하늘을 설명할 때 인간의 마음을 울릴 수 있다는 것을 잊지 말아야 할 것 같다. 베르베르 베르나르의 ＜개미＞에서 주인공 개미 103호가 인간에게 말했듯이 인류애(사랑)과 예술이라는 무상과 무용한 것에 대한 아름다움을 추구할 때 인간에게 희망이 있는 것이다.

책의 제목만 보았을 때는 개인적인 체험과 그에 대한 소감을 주로 다룬 내용의 에세이집이 아닌가 생각했었다. 그러나 제목의 ＜떨림과 진동＞은 물리 현상의 기본적인 개념인 ‘진동’과 ‘공명’을 풀어서 쓴 것에 불과한 표현이었다. 그래서 부제도 ‘물리학자 김상욱이 바라본 우주와 세계 그리고 우리’라고 붙였으며, 저자는 예전에 TV의 ‘알쓸신잡’이라는 프로그램에 출현한 바 있는 인물이었다. 당시에도 다양한 사람들과 어울려 물리학을 비롯한 자연과학에 대해서 알기 쉽게 설명하는 것이 매우 인상적으로 받아들여졌었다.

사전적으로 ‘물리(物理)’는 자연의 물리적 성질과 현상이나 구조 등을 연구하고 물질들 사이의 관계와 법칙을 밝히는 자연과학의 한 부문이라 풀이되고 있다. 의미로만 본다면, 우리가 생활하는 모든 것에서 물리적 현상을 발견할 수 있다고 할 것이다. 저자 역시 물리학은 인간의 삶과 밀접한 관계가 있다는 것을 강조하면서, 까다로운 공식이나 규칙 등을 앞세우지 않고 보다 쉽게 물리적 현상을 설명하려고 노력하고 있다. 물론 자연과학적 소양이 부족한 사람에게는 여전히 어렵게 느껴지는 측면이 적지 않지만, 그나마 저자의 쉬운 안내를 통해서 한걸음 보다 가까이 갈 수 있었다고 평가하고 싶다.

저자는 ‘물리는 지구가 돈다는 발견에서 시작되었다’고 설명하고 있다. ‘우주의 본질을 보려면 인간의 모든 상식과 편견을 버려야’ 하며, ‘그래서 물리는 처음부터 인간을 배제’해야 한다는 것을 강조한다. 저자가 일간지에 연재했던 글을 기초로 하여, 다른 매체에 기고한 글들을 함께 엮어 ‘물리학의 기본이 되는 개념들을 소개하’고자 했음을 ‘프롤로그’에서 밝히고 있다. 그래서인지 자연과학을 여전히 어렵게 생각하는 나에게도 흥미를 유발하는 부분이 적지 않았음을 말하고자 한다.

전체 4부로 이뤄진 이 책의 목차에서, 1부는 ‘분주한 존재들 -138억년 전 그날 이후, 우리는 우리가 되었다’라는 제목의 이른바 빅히스토리에 대한 주제를 다루고 있었다. 각각 ‘빛’, ‘시공간’, ‘우주’, ‘원자’, 그리고 ‘전자’ 등을 주제로 하여 물리학의 기초가 되는 개념들을 설명하고 있었다. 딱딱한 개념 위주의 정리가 아닌, 일상에서 만날 수 있는 예를 들어 쉬운 용어로 설명하고 있다는 것이 가장 특징적인 면이라 하겠다. 다음 2부는 ‘시간을 산다는 것, 공간을 본다는 것 -세계를 해석하는 일에 관하여’라는 제목으로 시간과 공간의 개념과 측정 단위 등에 대해서 상세히 설명하고 있다. 여기서 다루는 주제들은 ‘최소 작용의 원리’, ‘카오스’, ‘엔트로피’, ‘양자역학’, 그리고 ‘이중성’ 등 물리학 교재에서 자주 보았던 용어들과 그에 관한 설명들이었다.

3부는 ‘관계에 관하여 -힘들이 경합하는 세계’라는 제목으로, 물리 현상에서 물질들의 상호 관계에서 발생하는 역학을 설명하고 있다. 여기에는 ‘중력’, ‘전자기력’, ‘맥스웰 방정식’, ‘환원/창발’, 그리고 ‘응집물리’ 등이다. 아마도 본격적인 물리학의 영역이다 보니, 이 부분에서는 조금은 어렵게 느껴졌던 것이 사실이다. 마지막 4부는 ‘우주는 떨림과 울림 -과학의 언어로 세계를 읽는 법’이라는 제목으로, 인간이 세계를 해석하는 관점에 대해서 다루고 있다. ‘에너지’, ‘F=ma’, ‘단진동’, 그리고 ‘인간’이란 주제어를 통해 물리학적 관점을 설명하고 있었다. 여기에 부록으로 ‘지식에서 태도로 -불투명한 세계에서 이론물리학자로 산다는 것’이란 글을 통해, 과학자로서의 자세와 태도에 대해서 성찰적인 면모를 보여주고 있었다.

자연과학 분야의 책임에도 나름 재미있게 읽었다고 생각한다. 물론 앞에서도 밝혔듯이 여전히 물리학의 개념이나 수식 등을 설명할 때는 이해되지 않은 채로 책을 넘기기도 했다. 그럼에도 독자들이 용어나 설명 등에 대해 보다 쉽게 이해할 수 있도록, 고려하여 서술한 점은 분명히 저자가 지닌 장점이라고 할 수 있다. 이 책을 읽은 시점에서 이제는 물리학에 대해서 마냥 두려워만 할 것이 아니라, 조금은 쉽게 이해할 수 있는 계기가 되었음을 확인할 수 있었다. 그래서 나에게는 저자와는 또 다른 의미로 이 책이 물리학을 이해할 수 있는 ＜떨림과 울림＞으로 다가왔다고 생각한다.(차니)