“땅과 바다, 동물과 곤충, 하늘의 별과 인간까지
마법처럼 살아 움직이는 물리 세계로의 초대”

일상에서 만나는 현상들을
물리의 눈으로 바라보다

과학은 우리가 만나는 모든 것, 땅과 바다, 동물과 곤충, 우주와 인간까지 삼라만상의 움직임과 그 원리를 밝히는 학문이다. 당연히 어렵고, 또 복잡할 수밖에 없다. 하지만 그런 이유만으로 우리가 과학에서 멀어지는 건 아닌 듯하다. 병원을 방문했을 때의 섬뜩함이 과학에서도 느껴진다. 주삿바늘을 꽂아넣고 고름을 빼내기 위해 배에 구멍을 뚫어놓은 환자들의 모습이 과학에서도 비치기 때문이다. 생물학은 우리 인간이 우연히 나타나 생존에 성공한 종(種)에 불과하다 말하고, 화학은 사랑 같은 감정도 모두 호르몬에 의한 화학 반응에 불과하다고 한다. 뇌과학은 우리의 사고 과정을 컴퓨터 회로 다루듯 분석한다. 물리학은 무심하게 세상에서 일어나는 일들이 모두 양성자와 중성자, 전자의 움직임이라고 설명한다. 이렇듯 과학이 인간보다 높은 위치에서 내려다보는 듯하니 과학이 싫어지는 게 당연해 보일 지경이다.

하지만 과학은 그런 것이 아니다. 단편적인 수식이나 명제의 무게에 매몰되어선 안 된다. 그 속에 담긴 의미를 찬찬히 음미해야 한다. 그러면 더 깊은 신비와 경이로움을 만날 수 있다. 《익숙한 것들의 마법, 물리2》는 이러한 신비와 경이로움을 널리 알리기 위한 노력이 묻어 있는 책이다.

들어가는 말

1장. 모든 움직임에는 원인이 있다
- ‘스스로’ 움직이는 것은 없다

운동의 원인 / 뉴턴의 운동법칙Ⅰ / 뉴턴의 운동법칙Ⅱ / 네 가지의 힘 / 미래는 이미 결정되어 있을까?

2장. 생명과 지능

생명체와 기계 장치 / 물과 생명 / 몸 안의 일꾼, 단백질 / 단백질 만들기 / 뇌가 생각하는 법 / 인공지능

3장. 작은 세계의 마법: 양자역학

2% 부족한 고전역학 / 빛의 두 얼굴 / 전자의 두 얼굴 / 모호한 세상 / 살아 있으며 죽어 있는 고양이

4장. 시간과 공간의 마법: 상대성 이론

네가 보는 속도, 내가 보는 속도 / 상대론의 탄생 / 특수상대론Ⅰ / 특수상대론Ⅱ / 일반상대론 / 차원 이야기

5장. 우주와 인간

우주의 구조 / 우주의 의미 / 과학의 목적 / 대학과 진리 / 진리와 만나다

황인각

고전역학에서 상대성 이론, AI까지
친근한 대화와 그림으로 다가서다

과학이 우리에게 들려주는 이야기는 몇 가지 법칙과 수식으로 섣부르게 결론 내릴 수 있을 만큼 단순하지 않다. 과학이 파헤친 자리에는 더 깊은 신비와 경이가 숨어 있다. 저자 황인각 교수는 과학을 통해 사물과 현상 뒤에 숨어 있는 신비와 경이로움을 널리 알리고 싶었다. 그리고 ‘과학을 어떻게 하면 좀 더 쉽고 재미있게 설명할 수 있을까’ 고민했다. 그래서 그는 비전공자를 대상으로 한 교양 강좌를 진행하면서 학생들의 눈높이에 맞춰 ‘만물의 원리’, 즉 물리(物理)를 풀어냈다. 수식이나 복잡한 법칙 대신 원리와 생각, 그림으로 우리가 살아가는 이 세상이 어떻게 이루어져 있고, 어떤 원리로 작동하는지 보여준다. 물론 일방적인 강의가 아닌 관찰과 질문, 토론 중심의 수업을 만들어갔다. 그 결과 10여 차례에 걸쳐 교육 우수 교수, 탁월한 강의 등에 선정되기도 했다.

물론 다루는 내용은 만만찮다. 물리학의 정수라고 할 수 있는 뉴턴의 고전역학부터 양자역학, 아인슈타인의 상대성 이론, 슈뢰딩거의 고양이와 인공지능(AI)의 원리에 이르기까지 어느 것 하나 쉬운 것이 없다. 하지만 주요 내용을 문답 형식으로 풀어 쉽게 핵심을 이해할 수 있도록 했다. 이 책은 처음부터 끝까지 학생과 선생이 주고받는 대화 형식으로 이야기가 펼쳐진다. 기초부터 차근차근, 모두가 궁금해할 만한 흥미로운 이야기부터 저자가 실제 수업에서 질문받았던 내용과 핵심까지 중요한 내용들을 빼놓지 않고 다룬다. 실제로 이 책의 모든 내용은 수업에 참여한 학생들의 질문과 토론을 거치면서 다듬어졌다. 이것만으로 부족하다고 생각했는지 저자는 한 걸음 더 나아가 스스로 그림까지 그려가면서 설명한다.

과학에만 머물지 않는다
존재와 철학이 깃든 물리학

『익숙한 것들의 마법, 물리2』 는 과학책이지만 과학만을 다루지는 않는다. 과학은 그 자체로 우리 인간 존재의 답을 찾아가는 과정인 동시에 진리의 탐구다. 이는 책 뒷부분에서 과학을 대하는 자세는 어떠해야 하는지, 왜 과학을 공부해야 하는지, 그리고 우리는 어떤 존재인지 묻는 것으로 나타난다. 또 진리는 어떤 속성을 갖고 있는지, 진리를 어떻게 다루어야 하는지도 이야기한다. 저자는 이것들이 모두 하나로 연결되어 있다고 본다. 과학을 통해 자연이 품고 있는 지혜와 지식을 배우고 그로부터 합리적이고 엄밀한 사고방식, 그리고 조화와 아름다움을 배워야 한다고 믿는다. 과학이 생존을 위한 도구가 아니라 우리 인간을 보다 온전한 존재로 나아가게 하는 밑바탕이 되어야 한다고 말한다. 그래서 노벨상을 목표로 과학자의 길에 들어선 사람, 보상을 목표로 과학 하는 사람들을 경계한다.

『익숙한 것들의 마법, 물리2』 는 현대물리학에 관한 가장 쉽고 친절한 교과서인 동시에, 우리를 마법처럼 신비롭고 놀라운 진리의 세계로 이끄는 초대장이기도 하다. 이제 과학이 전하는 진리를 확인하고, 자연이 들려주는 메시지에 귀 기울여보라. 우리가 숨 쉬고 살아가는, 익숙한 일상이 얼마나 놀랍고 경이로운지를 깨닫게 될 것이다.

*저자의 수업에 참여한 학생들의 소감

- 우주에서 우리가 태어난 게 얼마나 기적 같은 일인지 배우며 매우 인상 깊었습니다. 사막 한 가운데 우물 속에 사는 개구리는 자신이 축복받았다는 걸 모르듯이, 저는 인류가 축복받았다는 사실을 이 수업을 통해 알게 되었습니다.

- 복잡한 수식이 마구 등장하는 물리는 평생 이해할 수 없을 것이라고, 나와는 거리가 먼 존재라고 생각했습니다. 하지만 마지막 강의에서 이 생각이 종지부를 찍은 것 같습니다. 과학은 철학과도 맞닿아 있습니다. 사물의 원리를 탐구하고, 우리 앞에 펼쳐진 끝없는 우주를 알아가는 과정이 철학이 아니면 무엇일까.

- 삶에 회의가 밀려올 때 이 수업이 떠오를 것 같습니다. 모든 것이 무의미하게 느껴지고 지칠 때, 다시금 일어설 수 있는 힘을 줄 것 같아요.

- 과학의 역사는 항상 감동을 줍니다. “이 우주가 인간이 만들어낸 수학으로 설명된다는 것은 커다란 선물이다.” 정말로, 정말로 이 말이 맞습니다. 이 거대한 우주에 비해 인간은 얼마나 작고 짧고 적은 존재인가요. 그런데 그 인간이, 그 인간에게 깃든 이성의 편린이, 이 우주의 진리에 도달할 가능성을 지니고 있다니, 정말 믿을 수 없는 일입니다.