알마에서 발행하는 과학과 사회 시리즈가 지금까지 총9권이 출간되었다. 그 9권의 시리즈 가운데에서 가장 이해하기 힘들었던 책이 4번째 책, 바로 이책 [물질이란 무엇인가] 이었다. 물리학을 전공하지 않은 비전공자가 보았을 때 한번 읽고 이해하기란 거의 불가능한것 같다. 지금까지 3번을 읽었고, 그러고 나니 책내용을 간단하게 나마 정리할수 있게된 것 같다.

물질이란 물리학적으로 정의할 때“물체의 본 바탕으로서 질량을 갖고 공간의 일부를 차지하는 자연의 구성요소”라고 할수가 있단다. 이러한 물질을 17세기의 뉴턴은 관성으로 이해하였고, 19세기의 페러데이는 장의 개념으로, 그리고 아인슈타인은 에너지로 이해 하였다고 한다. 아인슈타인의 방정식 E=mc2은 물체의 내부에너지와 질량의 등가원리를 말하는 것으로(2장), 이는 갈릴레이 이후 물질을 실체로 다루었던 전통과는 단절되며(1장), 물질이 융합과 분열을 거쳐 발생하였으며 우주에 역사가 있음을 가르쳐 준다(3장)고‘롤랑 셰어’프랑스 과학산업관 과학과사회 학회장은 서문에서 말하고있다. 책은 총3장으로 구성되어 있으며, 2500년에 걸쳐 진화해온 물질관의 변천사를 철학과 과학적 관점에서 정리하였다고 한다.

1장에서는 실체와 물질에 관하여 아인슈타인이 나타나기 전까지의 전통을 설명하고 있다. 현대과학은 그리스 과학과 연결되어 있다고 한다. 이는 현대과학의 많은 학자들과 다양한 이론들이 수많은 논쟁을 통해 그리스 과학을 계승하였기 때문이라고 한다. 기원전 7세기 밀레토스 학파에의해 우주와 만물의 근원을 바라보는 자연탐구라는 새로운 방법이 등장했을 때에는 과학자, 즉 물리학자란 철학자와 같은 개념이었다고 한다. 이렇게 탄생한 물리학은 기원전 5세기 파르메니데스와 그의학파가 제기한, [있는것과 없는것(즉, 존재와 무)]에서 있지않는 것에 대해선 말할 필요가 없다는 비판에따라 물리학자들의 물질에 대한 담론은 단순한 의견으로 치부되어 버렸다고 한다. 이후 물리학자들은 파르메니데스의 비판을 비켜가기 위해 노력하였고, 이러한 노력이 물리학을 현대적용어로 물질의 과학이 되게 만들었다고 한다. 아리스토텔레스는 이모든 것을‘형상’이라는 형이상학적 개념으로 파악하려 했고, 갈릴레이는 이 물질들을 허공에서 운동을 하고있는 실체가 있는 것으로 인식하였다고 한다. 이러한 인식위에 뉴턴의 질량과 힘의 개념이 더하여져 물질의 응집력을 설명하게 되었다고 한다. 그러나 실체는 물질이 아니며, 또한 물질은 실체가 아니라고 저자는 말한다. 실체는 사실 물리학과 아무런 관련이 없다는것이 1905년 아인슈타인에 의해서 밝혀졌다고 한다.

2장에서는 현대물리학에서 말하는 물질에 대하여 설명하고 있다. 고전물리학에서 형상과 실체로 나타나는 물질은 입자와 장이라는 두개념에 전적으로 그 기초를 두고 있다고 한다. 물질의 구조를 입자개념으로 본 것은 구체적 사물을 관찰하여 추상의 단계를 거쳐 도달한 이론적 대상으로 본것이며 19세기 천체물리학의 기초가 되기도 하였으나, 입자간 상호작용이라는 문제에 봉착하였다고 한다. 이에 대한 해답으로 제시된 것이 물질을 파동 혹은 장개념으로 본것이며, 이는 입자가 물질을 구성하는 기본요소를 나타낸다면 장은 이 기본요소들 사이의 상호작용의 매개체 노릇을 하는 것으로 보았다고 한다. 그러나 양이나 공간성으로 보았을 때 입자는 불연속적이나, 파동은 연속적이어서 고전물리학은 입자와 파동이라는 이원구조를 가질수 밖에 없었다고 한다. 그에 반하여 양자물리학에서의 물질은 광양자로 설명되며 이것은 공간적으로는 연속성을 가져 파동과 비슷하나, 양의 차원으로는 입자와 비슷한 불연속성을 가진다고 한다. 즉, 고전물리학에서의 이원구조를 양자물리학에서는 일원론으로 대체해 버린 것이다. 이후 1905년 아인슈타인이 제시한 방정식, 에너지 E는 광속의 제곱인 상수c2을 통해 질량 m으로 환원 가능하다는 E=mc2은 고전물리학에서 물질을 규정하기 위해 사용한 질량과 에너지라는 형상과 실체를, 전환계수 즉, 한계속도의 제곱(c2)을 사용하여 한개의 개념으로 만들었다고 한다. 이러한 아인슈타인의 상대성이론의 등장은 물리학에 이중의 대전환을 가져왔는데, 이는 물질현상이 일어나는 장에대한 인식만을 변화시킨것이 아니라, 물리학적 탐구대상 자체의 성격부여에도 변화를 초래 하였다고 한다. 즉, 물질과 물질의 구성요소에 대한 인식 자체가 근본적으로 바뀌는 계기가 되었다고 저자는 말한다.

3장에서는 물질이 탄생하던 최초 3분동안 일어난 일들을 추적하여 우주의 역사를 밝히고 있다. 두개의 가벼운 핵종들이 결합하여 하나의 무거운 핵종이 만들어지는 과정(핵융합)이나, 반대의 경우인 핵분열의 과정에서는 질량의 차이에 의한 에너지가 발생한다. 우주에 존재하는 모든 핵종들은, 핵화석이라 불리는 단 세개의 핵종을 제외하고는, 별들의 핵합성 모델(핵융합과 핵분열등)에 들어 맞는다고 한다. 여기에서 예외인 핵화석들이 우리에게 우주 생성의 초기 비밀을 알려주고 있다고 저자는 말한다. 듀테륨(중수소), 헬륨-4, 리튬-7이 바로 그것들로, 이 핵화석들은 거의 모든별에 일정량 존재하고 있고, 이것은 핵종의 발생과정에서 볼 때 별들이 활동을 하기전 이미 존재했음을 나타낸다고 한다. 먼옛날, 우주의 온도가 100억도 보다 높았던 시절, 핵들이 분해되고, 팽창하기 시작한 우주는 가열과 냉각을 반복하다가 어느 한순간 급속히 냉각되었다고 한다. 이 냉각과 함께 원시 핵합성은 종료되었고 그것은 단지 3분 동안에 일어난일 이라고 한다. 이렇게 생성된 핵종들이 수소와 헬륨, 그리고 핵화석 이라고 한다. 핵은 별의 활동에서 생성되며, 가장 단순한 핵종들인 수소와 헬륨이 우주 보통물질 질량의 98%를 차지하고 있다고 한다. 이들은 핵융합반응으로 탄소, 질소, 산소들을 출현시키고, 은하내 우주복사의 빠른 입자들과 충돌하면서 핵분열을 일의켜 또 다른 핵종들을 생성시킨다고 한다. 이렇게 물질의 운명이 대부분 결정되었다고 한다.

우주를 구성하는 물질 대부분은 빛을 내지 않는다고 한다. 현대의 과학은 은하원반과 은하와 은하성단에 암흑물질이 존재하고 있음을 알려주고 있다고 한다. 아직 그 정체를 드러내지 않은 미지의 암흑물질이 밝혀진다면, 우리의 물질에 대한 인식은 또 한차례 대변혁을 겪게 될것이라고 한다. 저자는 보통 물질의 기원을 탐색하는 과정에서 천체물리학자들이 우주를 이색적인 물질로 채워 넣었다고 말한다. 그러면서 이 물질을 탐색하는 것이야말로 21세기 과학의 위대한 모험이 될것이라고 전망하고 있다.

물질에대한 관심은 고대 그리스에서 출발하여 아인슈타인의 상대성이론을 거쳐 오늘날 입자물리학에서 주장하는 세상에서 가장 가벼운 ’뉴트라리노(neutralino)’ 입자를 밝혀내기를 희망하는때까지 와있다. 어찌보면 원자론자들이 주장하는는 것처럼 ’어떤 것’ 인 원자와 ’어떤 것이 아닌 것’ 인 허공은 분리할 수 없다는 물음에서 수백년동안 물리학이 물질의 의미를 찾아내기위한 여행일런지도 모른다.

고전물리학에서 물질은 ’질량’ 에 의해 규정한다. 질량은 물질의 량의 개념으로 받아들이고 물체의 질량이 클수록 그 물체가 더 많은 물질을 포함한다는 지관적인 생각으로 표현함과 아울러 뉴턴에 이르러 질량을 관성개념을 공리화 함으로써 뉴턴방정식 F=ma 으로 새로운 전기를 맞는다. 즉 관성이란 이름으로 운동상태변화에 대한 물체의 저항력의 척도를 제시한것이다.
고전물리학에서 질량은 보존법칙을 따르는 물리량 인 에너지였다. 질량은 고립계가 겪을수 있는 모든 내적 변형에도 언제난 일정하게 유지된다는 것이다.

아인슈타인에 이르러 속도 개념이 수정된다. 물체의 속도에 한계가 주어진다는 것이다. 물체의 속도는 초속 약 30킬로미터에 해당하는 광속을 넘을 수 없는 한계속도를 초과할 수 없다고 가정한다. 왜냐하면 한계속도에서 에너지는 무한대가 되기 때문이다. 물체가 더 많은 에너지를 얻을수록 물체의 속도는 한계속도에 가까워지지만 결코 한계속도를 초과할 수 없다.
갈리레이의 이론이 질량과 관성을 동일시하는 반면 아인슈타인 이론은 관성을 속도의 종속변수로 만들고 전체 에너지와 동일시한다.

지금까지 믿어왔던 ’"아무것도 사라지지 않고,아무것도 생성되지않는다" 는 라부아지의 질량보존의 법칙을 깨뜨리는 아인슈타인의 입자물리학의 혁신적인 측면은 반응과정 중에도 새로운 물질이 나타날 수 있다는 가능성과 함께 원래 물질의 소멸 가능성도 함축한다.

아인슈타인 방정식은 우리의 일상적인 경험과 연속적인 개념들을 초월함으로써 물질에 대한 갈릴레이-뉴턴 물리학을 극복하게 된다.

어쨌든, 물질(matter)에 대한 사전적인 의미는 물체를 이루는 재료, 본바탕으로 해석된다.
그러나 과학자들이 약 137년전 전 우주공간에는 양성자,중성자, 전자, 이름도 생소한 중성미자 같은 소립자들과 빛만 존재했다가 우주가 팽창하면서 고온가스가 냉각되고 양성자와 중성자의 안정적인 결합이 발생했다는 비밀을 밝혀낸것을 보더라도 물질에 대한 연구는 인간의 삶에 엄청난 영향을 미칠 수 있다는 의미로 받아들여 진다. 원자폭탄(리틀보이)이 일본 히로시마에 투하되어 6만명의 인간이 먼지로 사라진것을 보면 아이러니 하게도 원자 다음에 진화한 수소폭탄이나 아니면 한 방에 전인류는 먼지로 사라지게 할 새로운 신 물질 이 지금 이순간에도 연구되어 있지 않겠는가. 긍정적으로 보면 미래의 우주공간을 자유롭게 여행할 수 있는 그런 꿈에 무게 중심을 돌리기로한다.

철학은 관념을 낳고 관념은 상상력을 부추기고 과학은 관념과 상상력의 실험으로 이끌어 내면서 인류는 진화를 거듭하고 있다. 과학과 사회시리즈에서 묻고 있는 물질이란 무엇인가 라는 대명제는 과학자들의 절대적인 사명이겠지만. 과학의 진화과정과 흐름의 맥을 되 짚어봄으로써 미래에대한 우리의 e-지식채널을 충분히 확장해 줄 수 있는 지식적 물질 도구가 되기를 희망한다.

물질이란 무엇인가? 라고 묻는다면 정말 새삼스럽다...

철학적으로 접근하자면...인식하는 대상인 것이고..우리가 인식하기 때문에 물질로 느껴지는 것이다

만약에 우리가 존재하지 않는다면 그 물질도 더이상 존재하지 않는 것이 된다

(우주도 '인간'이 존재하기 때문에 존재한다는 설도 있다)

정말 이렇게 본다면...헷갈리기 그지 없다...

우주가 빅뱅(빅뱅이 맞는 이론인지도 의견이 분분하지만)으로 형성되어 우리의 은하가 어느덧 형성되고  (136억년전) 지구가 어느덧 형성되어 생명체가 살만한 환경이 만들어져......진화에 진화를 거듭하여...인간이라는 지적인 존재가 형성되었는데....

그 인간이라는 존재가 우주라는 존재를 인지하길 기다리며... 우주는 그 거대한 존재들..블랙홀이며...웜홀이며..화이트홀이며...퀘이사며...안드로메다 은하며...어마어마한 존재들을 부차적으로 만들어 내며 인고의 세월을 견뎌냈다는 것인가?

아니면...

아니면....

인간이라는 존재가...쓸데없는 학문이라는 것을 하면서 우주를 탐구하고 있는 것인가?

그러니까...우주가...말하길...'그렇게 형성되었다고 믿어줘~~제발'하니깐...그런식으로 빅뱅이며 어쩌구..들을 진자하게 탐구하고 (쓸데없이) 있는 것인가?

그냥 학자들에게 "CERN이니 뭐니 만들필요 없이...인류가 평화롭게 살면됩니다(말도 안돼지만)...."

이렇게 외쳐야 하는 건가?

칼세이건은 그 유명한 ＜코스모스＞에서 이렇게 말했다----이 우주에...

우리 human 외의 또다른 존재가 분명 존재하고....(그래서 그는 종교도 전혀 믿지 않았고...그가 죽어가는 와중에 교회에서 그의 죽음을 애도하는 식을 거행해도 눈도 깜짝하지 않았다고..-신념이 굉장히 강했던듯...) 신도 존재하지 않고....뭔가 신의 법칙이라고 느껴지는 것은...신의 법칙이 아니라...어느 일종의 울림(끈이론의 끈의 울림?)에 불과하다고...하셨다

그의 이론이 맞다면.....

인간이라는 고차원(?)적인 존재는 정말...우연히~~~진화의 법칙이 정말 다~~맞아 떨어져서...

생겨난 것인데...정말 태어나고 보니..지구라는 field가 그럴듯하고....

그렇다는 것일까??

(그런데...인간이 살면..정말....말로는 못할 것들이 존재한다...

말로는 못할 것들이란...

정말 희한하게....감정을 울리는 상황도 존재한다는 것이다....

이런 것을 접하고 보면....

'신이란 존재한다'라고 단정하기 쉬운데....

이런것을 보고 '억측'이라는 의견도 분분하다....)

이 책은 뉴턴부터 아인슈타인까지...물질의 개념의 변화에 대해 설명한다..

아인슈타인이 상대성이론을 발표하면서 부터..물질을 이해하는 방식이 달라지기 시작했는데...

정말 이때부터 폴 디랙이라는 분이 특수상대성 이론과 양자역학 이론을 조합하면서 색다른 이론도 발표하고...물리학의 혁명기였던 것 같다...

뭔가 정리하면서 읽기에 좋은 책같다...

독서로 허세를 부린다던가, 무지하고 무경험한 영역을 넘본다던가, 또는 표지 안의 내용을 가늠해보지도 않고 책을 사게 되면 낭패를 보게 된다.

이 책이 딱 그렇다.

반값도 안되는 할인가에 눈이 멀어 댑따 주문했다가 몇분지일도 마치지 못하고 결국 책을 덮었다.

핑계삼아 작자들이 너무 어렵게 썼다고 푸념할 수도 있겠으나, 모든 과학자가 칼세이건이 아니고서야 그건 내 욕심이고 말도 안되는 기대일 뿐이다.

돌이켜보면 고등학교 때 난 물리를 배우지도 않았다.

절대 쉽지 않은 책이다.

일단 카트에 실어놓고 고민하는 중이라면, 다시 한번 자신의 지식수준을 곰곰히 판단해볼지어다.

살면서 과연 물질이라는 존재는 무엇인가라는 의문을 마음속에 품었던 기억이 난다.

이책은 우리들에게 과연 물질의 의미란 무엇인가에 대한 이런 나의 궁금증을 어느정도 해소하여준책이다. 우주속의 수많은 존재속 일부분이 물질에 대한 프랑스의 유명한 석학들의 이야기들은 어느정도 쉽게는 다가오지 않는다.

그럼에도 불구하고그들의 이야기가 마음에 와 닿는 것은 물질에 대한 궁금증이 어느정도 이해가 된것은 아닌지 한다.

별이 빛나는 원인과 아인슈타인의 일반상대성이론등이 현대의 물리학에 정말 큰 영향을 미치고 있다.

이와 관련한 물질과의 연관된 주장또한 흥미롭다

마지막 부분의 물질이 생기기 3분간의 시간은 정말 놀라운 정보들이 많이 구성되어 있어서 좋았다.

초신성이론 별들이 빛나는 이유 반물질 이러한 것들은 쉽게 접해볼수가 없는 정보이다.

우리가 물질이라는 존재를 이해하고 싶은 이유는

아마도우리의 존재를 이해하고 싶은 것은 아닐지 모르겠다.

우주는 철학과 과학의 만남의 장이라고도 할수가 있다.

깊이 들어갈수록 철학적 사색을 많이 하는 나를 발견할수가 있기때문이다.

수소원자4개가 헬륨원자로 바뀌어서 핵융합반응의 결과로 별이 빛나고 있다.

하지만 우주에는 이러한 빛을 내는 존재보다도 빛이 없는 존재가 더욱 더 많다.

그러나 우리는 빛의 존재다

별들속에 우리가 존재하기 때문이다.

거대한 우주속의 나를 또다시 생각하게 한 소중한 도서라고 평가하고 싶다.

과학에 관심이 있는 사람이라면 우주의 기원에 대해 궁금해 할 것 같다. 과학과 사회 시리즈 중 젤 먼저 관심이 간 책은 '물질이란 무엇인가'라는 제목의 물리학 내용이었다.

물질이란 막연히 생각했을 때 눈에 보이는 무엇이라 판단했는데, 첫 화두는 실체가 있느냐 없느냐, 미지에서 물질이 생길 수 있느냐는 것이었다. 아주 오래 전으로 거슬러 올라가 아리스토텔레스의 이론부터 시작이 되었다. physics, 물리학의 기원이 어떻게 탄생했는지...

예전 과학자들을 보면 과학과 동시에 철학자였고, 예술가에다 건축가도 하는 등 여러분야에 눈부신 활동을 한 천재들이 많았던 것 같다. 그런데 물리학의 기원을 보면 현재처럼 세분화된 전문적인 물리학이 아니라 철학적인 개념과 토론에서 시작되었던 겉 같다.

실체의 여부에 따라 철학에 근거한 논쟁이 계속되다 그 범위를 한정하여 물리학을 규정한다.

전반적인 책의 구성은 세부분으로 되어 있는데 마치 논문을 세편 읽고 있는 것 같은 기분이다. 처음의 시작은 순조롭게 이루어졌으나 점점 원자와 중성자, 전자 부분으로 세분화되면서 다소 전문적인 이해가 필요하단 생각이 들었다. 전체적인 흐름을 이해하는데는 그리 문제되지 않지만 더 이해하고자 하는 욕구가 솟아올랐다.

책을 읽으면서 가장 궁금했던 점은 생명의 기원이었다. 과연 최초의 우주가 4개의 원소로 이루어졌다는 고대의 과학을 보며 그 원소들은 어떻게 생성된 것이고 어디서 왔냐는 것이다. 아직 물질의 본질을 파악하지 못했기 때문에 우리는 알수 없다. 그리고 그것을 밝혀내는 것이 앞으로 과학의 숙제가 아닌가 싶다.

나의 궁금증이 이 책의 세번째 주제다. 우주의 기원, 물질이 생성되던 최초의 3분, 단어만 들어도 호기심이 발동한다. 태양계의 발견과 상대적인 힘의 작용으로 밝혀지는 많은 것들이 책을 통해 만났었지만 여전히 신기하고 생소하게 느껴진다.

양자역학과 상대성이론은 내게 어려운 주제지만 늘 내 관심의 한 가운데 있다. 앞으로 이런 이론을 뛰어넘는 과학이 나타나리라 기대해본다.

물질이 무엇인지 생각해 본 적이 있는가? 기억이 없다. 그나마 물질에 대한 지식은 학창시절에 배운 것이 전부이다. 당시에도 무작정 외웠을 뿐 깊이 생각해 본 기억은 없다. 그래도 그 기억이나마 이 책을 읽는 데 도움을 주고 있다. 이는 물질이라는 것이 우리의 생활 밖에 존재한 적이 없으며 보이지 않으면서도 우리 생활과 밀접한 연관을 가지고 있다는 것 같다. 우리는 과학과 사회 시리즈의 네 번째 책인 이 책에서 아주 오래 전부터 최근까지 연구되어 오는 물질에 관한 많은 것을 알 수 있다. 물질을 바라보는 모습이 어떻게 변화하여 왔는지를 봄으로써 자연과학의 역사를 볼 수 있다.

전통적인 개념과 그것이 현대 물리학에 전달되는 과정을 프랑수아즈 발리바르가, 장 마르크 레비 르블롱이 20세기 현대 물리학을 그리고 우주에 존재하는 물질에 관한 이야기를 롤랑 르우크가 전해 준다. 다시 말하면 질량, 입자, 파동, 운동 등으로 설명되는 고전물리학에서 출발하여 양자역학으로 크게 변화하는 현대물리학과 우주에 존재하는 미지의 암흑물질을 설명하는 천체물리학까지 다룬다. 이처럼 물질을 탐구하는 시각은 미세함과 광대함과 함께 철학적인 요소까지 가미되면서 다양하게 변화한다. 또한 물질이라는 단어가 갖는 의미는 변화하여 왔을지라도 물질은 여전히 매력적인 주제로 남게 된다.

첫 장은 그리스 과학에서 시작해서 현대 과학까지 연결하며 물질에 대해 많은 것들을 설명한다. 탈레스, 아리스토텔레스, 갈릴레이, 뉴턴, 라이프니츠 등 물질에 대한 개념을 구분할 수 있는 학자들과 그들의 생각을 본다. 탈레스를 최초의 철학자라고 한다면 철학과 물리학의 동시 탄생을 인정하여야 한다고 한다. 최초의 철학자들인 밀레토스 학파의 학자들은 자연철학자들이기 때문이다. 그들이 인식한 것은 사물 및 현상 이면에 공통의 자연이 존재한다는 것이다. 이것이 물질을 바라보는 사고의 시작이라고 볼 수 있다. 아리스토텔레스는 오늘날의 물질이 나타내는 것과 다르지만 물질이라고 명명하는 것을 세계에 대한 사고 속에 편입하였다. 원자론자들을 거쳐 갈릴레이의 물리학은 실체적 형상의 사고에서 ‘실체적 물질’의 사고로 이행하는 것을 보여 주었으나 물질에 대한 실체적 개념이 필요하였다. 뉴턴과 라이프니츠가 물질에 대한 실체와 힘, 형상과 힘 등의 개념을 통하여 물질의 여러 속성들을 정의하였다. 뉴턴의 질량과 운동 개념과 라이프니츠의 물리학을 비교한다.

2장에서는 현대물리학이 물질을 인식하는 방법을 설명한다. 19세기 말까지 물질의 구조는 입자와 파동이었다. 입자는 물질을 구성하는 기본 요소이고 장은 상호작용의 매개체 노릇을 한다. 20세기에 들어와서 양자물리학이 등장한다. 여기서는 기존에 물질의 속성으로 다루어지던 것들을 만족시키지 않는 물질의 존재를 확인하고 이에 대한 연구가 수행된다. 즉 양자이론을 통해 새로운 개념들이 탄생한다. 이를 통해 물리학은 대전환을 하게 된다. 물질과 물질 구성 요소에 대한 인식을 바꾸는 계기가 된다. 아인슈타인의 상대성이론의 의미와 양자 물리학에서 광양자의 개념을 설명한다.

마지막 장은 천체물리학을 통해 우주 공간에서 미지의 물질을 찾는다. 우주 생성의 신비 속에서 만들어진 물질들을 설명한다. 100억도 환경에서 팽창, 가열과 냉각을 통해 만들어지는 데 3분 안에 모든 것이 이루어졌다는 것이 놀랍다. 우주 생성 초기를 보여주는 핵종으로 중수소(듀테륨), 헬륨-4, 리튬-7의 유래를 살펴본다. 그리고 빛을 내지 않는 암흑물질의 존재를 확인하며 그것을 규명하는 모습을 보여준다. 이러한 물질의 정체를 밝히는 것은 또 한번 물질에 대한 생각을 크게 바꿀 것이다.

물리학의 역사를 아주 편히 볼 수 있었다. 고전 물리학과 현대 물리학의 구분, 그리고 현대 물리학에서 천체물리학이 차지하는 모습 등을 볼 수 있었다. 이것들은 물질이 무엇인가라는 기본적인 질문에 답하기 위한 연구 활동들이다. 끊임없는 가정과 탐구의 결과로 사고의 틀을 바꾸며 발전해 온 물리학은 여전히 미지로 남아 있는 물질의 근원을 찾고 있다. 힘, 질량, 운동 등은 여전히 우리의 생활 속에 적용되고 있다. 중성자, 양성자 등은 어렵게 생각되지만 중요한 연구 분야의 주제로 다루어지고 있다. 물질이 무엇인가에 대한 답을 찾는 일은 아직도 진행 중이다. 언제 그 답이 얻어질지 모른다. 그러나 그 답보다는 어떠한 방법으로 생각하고 어떠한 방법으로 적용하고 어떠한 방법으로 접근해 나가는가 하는 것이 중요할 것 같다. 그래서 서문에 있듯이 ‘과학적으로 생각하는 것은 ‘다른 방식으로 생각할’ 기회를 스스로에게 주는 것”이라는 말이 더욱 기억에 남게 된다.

과학과 사회시리즈는 과학과 인간에 대한 심도 깊은 탐구를 담은 책이다.  일반적으로 과학이라하면  객관성과 논리성, 합리성을 생명으로 한다. 어떤 현상이 과학이라는 이름으로 불리거나 과학의 범주에 들어가기 위해서는 경험적으로 검증되고 객관적으로 관찰되거나 입증이 되어야 하며 아울러 논리성을 갖추어야 한다. 그렇기에 그러한 기준에 합당하지 않으면 비과학적이거나 미신적인 것으로 여겨지게 된다.

오늘날 역사나 철학도 비슷한 처지이지만, 과학만큼 대중에게 말을 걸면서 일종의 "강박관념"까지 느껴야 하는 분야도 없었다. 어떻게 하면 좀더 쉽게, 알아들을 수 있게 과학의 원리를 전달할 수 있을 것인가. 과학 대중화 담론의 화두는 이것이 대세였다. 지금까지 학교에서 배우던 과학은 단지 시험에서 좋은 점수를 받기 위해 실험결과를 외우고, 현상과 구조를 파악해야 하는 지루한 과목으로 여겨버리게 만들었다. 그러나 과학이란 과목은 이제 바뀌어야 할 때가 온것 같다, 과학은 머릿속에서 펼쳐진 거대한 운동장에서 자기 마음대로 뛰놀 수 있는 신나는 놀이라는 인식을 심어 주어야 할 것이다.  이를 위해서는 아무리 엉뚱한 생각이라도 차분하게 그 의문들을 풀어가다 보면 과학이라는 거대한 바다와 만날 수 있게 만들어 주어야 할것이다.

'물질이란 무엇인가'라는 이 책은 과학과 사회시리즈의 4번째 발간된 책으로 모두 3부로 구성되어 있다. 태어나서 청소년기까지를 보낸 영국에서의 경험을 담은 1부, 미국으로 건너가 본격적으로 물리학 연구와 여타 과학 활동에 참여한 경험을 담은 2부, 그리고 자신이 상상하는 미래 기술에 대한 전망을 담은 3부로 구성되어 있다. 

 어떤 시대에서든 그 시대가 요구하는 자연관, 세계관, 우주론이 있었고 그것에 입각하여 종교와 학문들이 생기고 발전했다고 할 수 있다. 고대는 고대대로, 중세는 중세대로, 그리고 현대는 현대 나름의 세계관이 존재한다. 그런데 그러한 세계관은 시대에 따라 변화를 경험 했는데 뉴턴은 자연을 하나의 거대한 기계, 곧 인과적이고 결정론적인 관계들에 따라 움직이는 거대한 기계와 같다고 생각하였다. 뉴턴이 보기에 이 우주는 신의 완벽한 창조물로서 규칙적이고 조화로운 존재이며, 따라서 자연법칙에 의해 언제나 정확하고 완벽하게 예측될 수 있다. 자연을 수학적으로 분석한다는 것은, 단순히 경험현상을 설명하고 예측한다는 도구적 유용성의 차원을 넘어서서 존재 그 자체를 그려낸다는 존재론적 의미를 지니는 것이었다. 중세의 유럽, 기독교 사상을 강하게 받은 사람들은 조물주가 생명을 창조 한 곳은 지구뿐이라고 믿었다. 인간은 우주에서 특별하고 유일한 존재이며 우주는 인간을 중심으로 만들었다고 믿었다. 이러한 인간 중심의 사고방식은 현대 문명까지 이어져 우리의 가치관에 큰 영향을 주고 있다.

20세기 현대과학의 혁명, 특히 현대물리학의 발전에 상대성이론 못지 않게 커다란 영향을 끼친 이론이 있다. 바로 양자이론이다. 양자이론은 미시세계의 사물들이 거시세계의 그것과는 달리 불연속적이고 확률적인 방식으로 존재하고 운동한다는 충격적 내용을 던져 주었다. 300년 이상 지속되어 온 뉴턴-패러다임이 완벽하게 해체되는 순간이다. 우주의 처음 모습을 알 수는 없다. 단지 우리는 현재 우리가 알고 있는 법칙들을 역추적하여 우주의 초기의 모습을 예측할 수만 있는 것이다. 이렇게 예측한 지구의 초기 모습은 10-12초에서부터 예측이 가능하다. 이때는 1015의 온도인데 온갖 종류의 입자와 그 반입자들로 구성된 가스로 가득 차게 되는데 이것들은 우주의 온도가 낮아지면서 거의 소멸되어 사라진다. 그러나 물질이 반물질보다 1010분의 1정도 많았기 때문에 이 물질들로 원자핵과 원자들과 생명이 형성되어 나올 물질들이 생겨나게 되었다. 이와 같이 초기 우주에 관한 이론은 수없이 많다. 그러나 이러한 이론은 우리가 중력의 양자 이론을 이해하게 될 때까지의 단순한 추측뿐이다.

양자 역학의 해석은 여러 가지가 있다. 그 대표적인 것으로 코펜하겐 해석이 있다. 이 해석에 따르면 우리가 어떤 물리량을 측정하는 경우 우리가 개입됨으로써 파동 함수는 관측된 물리량이 특정한 값을 가지는 상황에 해당하는 파동 함수로 바뀌게 되는데 이러한 변화는 결정론적인 슈뢰딩거 방정식으로 기술할 수 없다고 한다. 최근 이 문제에 대하여 많은 연구가 있었지만 아직도 완전히 해결되지 않았다. 이러한 이론 외에 우리가 말할 수 있는 한 모든 에너지 영역에서 여러 조건을 만족하면서 중력을 포함하는 일괄된 상대적 양자 이론은 끈 이론들밖에 없다. 이러한 이론들이 우리의 생활과 상관없이 보이지만 이러한 연구를 길게 보면 이러한 연구 결과들은 지적 유산의 한 부분이 될 것이다.