떨림과 울림

물리학자 김상욱이 바라본 우주와 세계 그리고 우리

김상욱 지음

동아시아 2018년 12월 21일 출간 국내도서 : 2018년 11월 07일 출간

작품소개

책소개

물리학자 김상욱이 바라본 우주와 세계 그리고 우리
물리라는 언어를 통해 세계와 우리 존재를 바라보는 다른 눈을 뜨게 하다!

‘물리’라는 과학의 언어를 통해 세계를 읽고 생각하는 또 다른 방법을 안내하는 『떨림과 울림』. 빛, 시공간, 원자, 전자부터 최소작용의 원리, 카오스, 엔트로피, 양자역학, 단진동까지 물리에서 다루는 핵심 개념들을 차분히 소개하면서 물리라는 새로운 언어를 통해 우리 존재와 삶, 죽음의 문제부터 타자와의 관계, 세계에 관한 생각까지 새로운 틀에서 바라볼 수 있게 안내한다.

우리의 몸과 마시는 공기, 발을 딛고 서있는 땅과 흙, 그리고 매일 마주하는 노트북 모니터와 휴대전화까지. 세계의 모든 존재들은 모두 ‘원자’라는 아주 작은 단위로 이루어져 있다. 저자는 이 작고도 작은 단위까지 내려가 우리 존재부터 우주라는 커다란 세계까지 들여다보고 질문하고 우리가 생각의 타래를 열 수 있게 해준다.

저자는 원자의 기준으로는 인간의 탄생과 죽음이 단지 원자들이 모였다가 흩어지는 것과 다르지 않은 일이라고 이야기하면서 나의 존재를 이루는 것들은 어디에서 시작되었는지, 죽음을 어떻게 성찰할 수 있을지, 타자와 나의 차이는 무엇인지까지 엄밀한 과학의 정답을 제시하는 대신 물리학자만이 안내할 수 있는 새로운 시선을 제시해준다.

목차

프롤로그

1부 분주한 존재들 - 138억 년 전 그날 이후, 우리는 우리가 되었다
[빛] 138억 년 전, 처음으로 반짝이던
[시공간] 시간과 공간의 탄생
[우주] 세계의 존재 이유를 안다는 것
[원자] 우리를 이루는 것, 세상을 이루는 것
[전자] 모두 같으면서, 모두 다르다
- 생명이 존재하려면 『미토콘트리아』
- 물리학자가 바라본 존재의 차이, 차이의 크기
- 크기가 말하는 것 『이상한 나라의 앨리스』
- 존재의 크기에 관하여 ‘위상수학’이란 무엇인가

2부 시간을 산다는 것, 공간을 본다는 것 - 세계를 해석하는 일에 관하여
[최소작용의 원리] 미래를 아는 존재에게 현재를 산다는 것
[카오스] 확실한 예측은 오직
[엔트로피] 어제가 다시 오지 않는 이유
[양자역학] 우리는 믿는 것을 본다
[이중성] 대립적인 것은 상보적인 것
- 지구에서 본 우주, 달에서 본 우주
- 달을 가리키는데 왜 손가락을 보는가? 〈인터스텔라〉
- 물리학자에게 ‘우연’이란 「바빌로니아의 복권」, 『픽션들』

3부 관계에 관하여 - 힘들이 경합하는 세계
[중력] 서로가 서로에게 낙하한다
[전자기력] 존재의 떨림으로 빈 곳은 이어진다
[맥스웰 방정식] 현대 문명의 모습을 결정한 수식
[환원·창발] 많은 것은 다르다
[응집물리] 우선은 서로 만나야 한다
- 인공지능에게 타자란 〈엑스 마키나〉
- 세계의 온도는 표준편차가 결정한다

4부 우주는 떨림과 울림 - 과학의 언어로 세계를 읽는 법
[에너지] 사라지는 것은 없다, 변화할 뿐
[F=ma] 세상은 운동이다
[단진동] 우주는 떨림과 울림
[인간] 우주의 존재와 인간이라는 경이로움
- 상상의 질서, 그것을 믿는 일에 관하여 『사피엔스』
- 인간의 힘으로 우주의 진리를 알아가는 것 『천국의 문을 두드리며』

부록
지식에서 태도로 - 불투명한 세계에서 이론물리학자로 산다는 것

출판사 서평

《다정한 물리의 언어로 근사하게 세계를 읽는 법》
“김상욱에게 배웠다면 물리를 다정하게 대했을 텐데” - 유시민

● 물리의 언어로 세계를 읽고, 사유하는 방법
-원자, 빛, 시공간부터 카오스, 엔트로피, 단진동까지
다정한 물리의 언어로 다시 바라본 우주와 세계 그리고 우리

60년간 특파원으로 일하며 국제정치 칼럼을 썼던 언론인 플로라 루이스는 외국어를 배우는 일에 대해 “새로운 언어를 익히는 것은 단지 사물을 부르는 다른 단어를 배우는 것이 아니라 사물에 대해 생각하는 또 다른 방법을 배우는 것”이라고 말했다. 『떨림과 울림』은 ‘물리’라는 과학의 언어를 통해 세계를 읽고 생각하는 또 다른 방법을 안내한다. “김상욱에게 배웠다면 물리를 다정하게 대했을” 거라는 작가 유시민의 말처럼, 물리학자 김상욱의 글을 따라가다 보면 어느덧 물리의 세계에 발을 딛게 된다. 무엇보다 물리라는 언어를 통해 세계와 우리 존재를 바라보는 다른 눈을 얻게 된다. 물리의 핵심 개념 중 하나인 원자를 소개하면서 죽음에 대한 질문을 던지는 식이다.
우리의 몸과 마시는 공기, 발을 딛고 서있는 땅과 흙, 그리고 매일 마주하는 노트북 모니터와 스마트폰까지. 세계의 모든 존재들은 모두 ‘원자’라는, 바이러스보다 훨씬 작은 단위로 이루어져 있다. 원자는 빅뱅 이후 처음 생겨났고, 그 존재는 사라지지 않고 순환한다. 우리 손가락 끝에 있는 탄소 원자 하나는 “우주를 떠돌다가 태양의 중력에 이끌려 지구에 내려앉아, 시아노박테리아, 이산화탄소, 삼엽충, 트리케라톱스, 원시고래, 사과를 거쳐 내 몸에 들어와 포도당의 일부로 몸속을 떠돌다, 손가락에 난 상처를 메우려 DNA의 정보를 단백질로 만드는 과정에서 피부 세포의 일부로 그 자리에 있는 것”일 수 있다는 의미다. 그러니 원자의 기준으로는 인간의 탄생과 죽음이 단지 원자들이 모였다가 흩어지는 것과 다르지 않은 일이라고 김상욱은 말한다.
『떨림과 울림』은 빛, 시공간, 원자, 전자부터 최소작용의 원리, 카오스, 엔트로피, 양자역학, 단진동까지 물리에서 다루는 핵심 개념들을 차분히 소개하면서 ‘물리’라는 새로운 언어를 통해 우리 존재와 삶, 죽음의 문제부터 타자와의 관계, 세계에 관한 생각까지 새로운 틀에서 바라볼 수 있게 안내한다. 물리학자가 원자로 이루어진 세계를 보는 방식은 마치 동양철학의 경구를 읽는 듯하다. 나의 존재를 이루는 것들은 어디에서 시작되었는지, 죽음을 어떻게 성찰할 수 있을지, 타자와 나의 차이는 무엇인지. 엄밀한 과학의 정답을 제시하는 대신 물리학자만이 안내할 수 있는 새로운 시선을 제시해준다.

● 빅뱅이론, 양자역학 안내하며 세계를 질문하다
-우리가 본 것은 사물의 실재일까? 우리의 경험은 느끼는 그대로 사실일까?

“물리는 지구가 돈다는 발견에서 시작되었다. 이보다 경험에 어긋나는 사실은 없다. 아무리 생각해봐도 지구는 돌지 않는 것처럼 느껴지기 때문이다.”(7쪽)

두 발을 땅에 딛고 서 있는 것, 숨 쉴 수 있는 것, 아침을 비추는 햇살, 우리가 당연하게 여기는 경험들은 우주라는 범주에서 본다면 자연스러운 일이 아니다. 지금은 당연한 상식으로 받아들여지는 지동설이 천동설을 폐기하고 상식이 되었던 것은, 경험을 거스르며 과학이라는 것을 만들어간 과정이었다. 김상욱은 “우주의 본질을 본다는 것은 인간의 모든 상식과 편견을 버리는 것”이라고 말한다. 지구가 지금 돌고 있다는 것을 우리가 느낄 수 없듯, 세계는 우리가 직관적으로 이해할 수 없는 무수한 이야기들로 가득 차 있기 때문이다.
우리가 보고 느끼는 거시세계는 뉴턴의 고전역학으로, 아주 작은 원자 단위의 미시세계는 양자역학으로 기술한다. 양자역학이 대상으로 하는 것은 원자다. 원자는 전자와 핵으로 구성되어 있는데, 그 모양이 태양계와 닮아 있다. 전자는 더 이상 나눌 수 없는 물질의 최소단위이다. 원자 내의 전자는 특별한 반지름을 갖는 궤도에만 존재할 수 있다. 그렇다면 이동은 어떻게 하는 걸까? 전자는 한 궤도에서 사라져서 다른 궤도에 ‘짠’ 하고 나타난다. 물체의 이동이 연속적이지 않다는 것은 우리가 경험하는 거시세계에서는 이해하기 힘든 일이다. 우리 눈에 보이는 것, 우리가 경험하는 것은 정말로 ‘실재’하는 것일까? 김상욱은 놀라운 물리의 세계로 안내하며, 분명히 과학인 동시에 철학적인 질문을 던진다.

“시간에 시작점이 있다면 그 시작점 이전의 시간은 어떤 의미를 가질까? 시간은 우주의 본질적인 것인가, 아니면 보다 더 본질적인 것의 부산물인가?”(27쪽)

138억 년 전 빅뱅으로 시간과 공간이 생겨났다. 공간이 생겨났다는 것까지는 어림 짐작해보겠지만, 시간이 생겨났다는 것은 도저히 인간의 경험으로 이해되지 않는다. 인간은 ‘시공간’이라는 프레임으로 세계를 바라볼 수밖에 없기 때문이다. 그렇다면 다른 방식으로 세계를 바라본다는 것은 가능한 일일까? 시간을 한꺼번에 보는 존재가 있다면? 미래까지 한꺼번에 볼 수 있는 존재가 있다면, 그런 존재에게 현재를 산다는 것은 어떤 의미일까? 나에게 고백을 해오는 사랑하는 사람이 종국에는 이별을 고하리라는 것을, 태어날 나의 아이가 불치병을 안고 죽음을 맞이하리라는 것을 알지만 그럼에도 현재를 산다는 것은 무슨 의미일까? 김상욱은 물리의 세계를 안내하며, 이렇듯 우리 일상의 깊숙한 이야기를 꺼낸다. 생각의 타래를 열 수 있게 안내해준다.

● 과학은 지식이 아닌 태도

“우주는 빅뱅으로 시작되었지만, 그 이전에 무엇이 있었는지 모른다. 지구상의 생명체는 최초의 생명체로부터 진화했지만, 최초의 생명체가 무엇인지 모른다. 지구 이외의 장소에 생명체가 존재하는지 모른다.” (268쪽)

과학은 무지를 기꺼이 인정하는 것이라고 이 책에서는 말한다. 김상욱은 과학자로서 공부하며 “뼈에 사무치게 배운 것은 모르는 것을 모른다고 인정하는 태도”였다고 말한다. 무엇을 안다고 말할 때는 그것이 정확히 무엇을 의미하는지 물질적 증거를 들어 설명할 수 있어야 한다고 말이다. 이것을 그는 ‘과학적 태도’라고 말한다. “과학은 지식의 집합체가 아니라 세상을 대하는 태도이자 사고방식”이기 때문이다. 『떨림과 울림』은 이러한 과학에 대한 물리학자 김상욱의 시각에서 쓰인 책이다. 과학을 소재로 한, 영화와 책에 관한 같은 주제의 글들도 한데 엮어 읽을거리를 더했다.

작가정보

저자(글) 김상욱

물리학자.
“조용히 따라가다 보면, 엄청난 우주의 신비를 알게 됩니다.”
1970년 서울에서 태어났습니다. 고등학생 때 양자물리학자가 되기로 마음먹은 후, 카이스트 물리학과를 졸업하고 같은 대학원에서 ‘상대론적 혼돈 및 혼돈계의 양자 국소화에 관한 연구’로 박사학위를 받았습니다. 이후 포스텍, 카이스트, 독일 막스-플랑크 복잡계 연구소 연구원, 서울대학교 BK조교수, 부산대학교 물리교육과 교수를 거쳐, 2018년부터 경희대학교 물리학과 교수로 재직 중입니다. 고전역학과 양자역학의 경계에서 일어나는 물리에 관심이 많습니다.
다른 사람들과 앎을 공유하는 것을 행복하게 생각합니다. 과학을 널리 알릴수록 사회에 과학적 사고방식이 자리 잡을 것이고, 그러면 이 세상이 좀 더 행복한 곳이 될 거라 믿고 있습니다. 물론 과학을 이야기하는 그 자체가 좋아서 하는 일이기도 합니다. 지은 책으로 『김상욱의 과학공부』, 『김상욱의 양자 공부』 등이 있습니다.