만일 물리학으로 세상을 볼 수 있다면

정창욱 지음

콘택트 2023년 04월 03일 출간 종이책 : 2023년 03월 22일 출간

작품소개

책소개

★★ “단순한 지식의 재배열이 아닌, 물리학자의 눈으로 질문하고 답을 찾아가는
‘도슨트 같은 과학책’이다.” _궤도(과학 커뮤니케이터) ★★

★★ “다소 엉뚱하지만 기발한 질문이 과학적 사실로 바뀐 뒤,
삶에 관한 통찰로 연결되는 마법 같은 책이다.” _정하웅(카이스트 물리학과 교수) ★★

180만 구독자 「사피엔스 스튜디오」 ‘물리 읽어드립니다’에서 세상을 바라보는 과학자의 시선을 소개해 공감과 인기를 얻은 물리학자 정창욱 교수의 첫 책이다. 40년간 물리를 탐구하는 과학자이자 학생들을 가르치는 교육자로 살아온 저자는 과학의 관점으로 바라보면 존재하지만 보이지 않는 것을 발견할 수 있다고 말하며, 우리가 사는 삶, 물질, 그리고 우주에 질문을 던진다. 대칭성의 원리로 보는 남녀평등, 용수철 법칙과 닮은 인간 생존 법칙, 고유진동수와 공명의 문제 등(1부)을 통해 절대적 과학 법칙은 존재하지 않으며 과학은 삶을 위해 존재할 때 가치 있음을 알 수 있다. 이밖에도 누구나 한 번쯤 궁금해했을 법한 일상의 숨은 과학적 원리를 풀이하고(2부) 우주 시대, 지구인이 꼭 알아야 할 최소한의 물리 지식(3부)을 소개한다. 책에 담긴 모든 이야기는 과학 법칙이나 이론을 정확히 몰라도 이해할 수 있게끔 쉽고 가볍게 소개되고 있어 마치 과학 도슨트의 해설을 듣는 것과도 같은 경험을 제공한다. 물리학에는 깊고 아름다운 이론이 많지만 우리가 이미 알고 있는 법칙을 조금만 다시 보면 세상을 깊고 아름답게 바라볼 수 있다. 과학은 정답이 중요한 것이 아니라 ‘답을 찾아가는 태도’ 그 자체이면서 물리학은 결국 지식이 아닌 ‘지혜를 얻는 과정’이기 때문이다. 그 시작은 우리의 일상에 작은 관심을 기울이고 세심하게 관찰해나가는 태도에서 비롯된다.

목차

추천의 글
머리글: 물리학은 지식이 아닌 지혜를 얻는 과정이다

1부 삶과 물리
: 더 나은 삶을 위한 과학으로 생각하기
- 평균 수명 연장, 축복일까? #생명 윤리와 물리량 보존 법칙
- 과학 원리로 본 남녀평등 #남녀평등과 대칭성의 원리
- 잡음을 거둬내면 신호가 보인다 #숨은 진실과 신호 대 잡음비
- 고유진동수는 증폭한다 #울림과 고유진동수
- 인간관계에도 피드백 기술이 필요하다 #관계와 피드백 제어 기술
- 정보는 위험을 감수할 값어치를 가지는가 #과유불급과 고밀도
- 용수철 법칙과 닮은 인간의 생존 법칙 #무한 경쟁 사회와 용수철 법칙
- 일회용품 사용은 왜 도둑질과 유사한가 #지속가능성과 유지 비용
- 확률과 기댓값은 어떻게 손해를 막는가 #판교 신도시 청약과 조건부확률
- 진짜와 가짜를 구분할 수 없게 된다면 #새로움의 양면과 딥 페이크 기술
[물리학자의 시선 1] 가설을 세우고 검증하는 과정에서 정설이 탄생한다

2부 물질과 물리
: 존재하나 보이지 않는 것을 발견하는 일
- 내가 찍은 사진이 실제보다 덜 멋지다면 #달 관측과 앙각·입체각
- 고대 멕시코 축구선수가 우승 후 자신의 심장을 바친 이유 #합리적 의심과 포물면 반사
- 포물면의 원리를 알면 부자가 될 수 있다? #아이디어 상품과 포물면의 원리
- 차 안에서 흔들리지 않는 편안함을 느끼는 방법 #물리적 충격과 운동에너지 법칙
- 냉수 수도꼭지를 더 열었는데 물이 뜨거운 이유 #목욕 불가사의와 열의 평형
- 과학에 존재하는 뭉치면 살고 흩어지면 죽는 이야기 #뭉치면 강해지는 과학적 이유
- 테이블 위 물컵은 왜 혼자 움직이는가 #물컵 미스터리와 마찰력
- 모든 등산복, 등산 가방에 끈이 달린 이유 #필요한 힘과 강체
- 겨울에 왜 우리는 금속 벤치가 아닌 나무 벤치에 앉는가 #슬기로운 겨울 생활과 열전도
[물리학자의 시선 2] 의심하고 질문하면 비로소 진실에 가까워진다

3부 우주와 물리
: 나와 우리, 지구 너머를 상상하는 힘
- 두 번째 지구를 만들 수 있을까? #인공생태계의 지속가능성과 바이오스피어
- 청춘이 아니어도 피가 끓는다고? #우주의 신비와 체액비등 현상
- 아폴로가 달에 착륙하지 않았다는 주장은 왜 등장했는가 #달 착륙 시나리오와 방사능
- 지구에서 올라간다는 개념이 위험한 이유 #고도 상승과 압력의 상관성
- 무중력은 둥둥 떠다니는 즐거움만 줄까? #상실의 아픔과 힘의 평형
- 바이오리듬, 우주에 가면 어떻게 될까? #나 혼자 사는 우주 인간과 바이오리듬
- 나도 우주 여행을 할 수 있을까? #변화에 적응하는 인간과 중력가속도
- 우주 사고를 예측할 수 있다면 #인류의 생존과 우주 사고 회피 기술
- 지구생활자를 위한 우주 기술 사용법 #우주적 관점과 인간의 본질
[물리학자의 시선 3] 과학의 시대, 우리에겐 윤리가 필요하다

감사의 글

책 속으로

신호는 일정한 부호, 표지, 소리, 몸짓 따위로 특정한 내용 또는 정보를 전달하거나 지시를 함. 또는 그렇게 하는 데 쓰는 부호를 말한다. 반면에 잡음은 시끄러운 여러 가지 소리다. 두 단어의 의미를 되짚어보면 신호는 믿을 수 있는 약속이고 잡음은 섞여 있는 소리를 뜻한다. 즉 신호는 의도되거나 신뢰할 수 있지만 잡음은 신호의 인지나 해석을 방해하는 요소다. 과학에서는 결과를 도출하는 데 불필요한 잡음과 결과에 반드시 필요한 신호의 비율을 ‘신호 대 잡음비’라고 부른다. 신호와 잡음이 뒤섞인 채 공존하는 일상생활에서 우리는 불필요한 잡음을 걷어내고 반드시 필요한 신호를 선별하고 있을까?
_「잡음을 거둬내면 신호가 보인다」 중에서

자연계의 공명 현상은 에너지를 주고받는 물리 현상이다. 굳이 물리적 현상이 아니어도 우리는 일상에서 공명 현상을 경험한다. 함께한 사람의 기분이 좋으면 나도 좋아지고, 상대방이 불편하면 나도 불편해진다. 말로 표현하지 않았지만 상대방이 내 마음을 헤아렸을 때, 우연히 들른 미술관에서 내 마음을 비추는 그림 한 점을 만났을 때 사람들은 이심전심의 순간을 경험한다. 각자가 가진 마음의 고유진동수가 증폭하면서 울림을 만들어내는 순간이다. 사람들은 물리적 지식이 없어도 서로 공감하면서 감동하는 공명의 순간을 일상에서 경험하며 살아간다.
_「고유진동수는 증폭한다」 중에서

빛은 붓끝의 움직임을 제어하는 중요한 피드백 요소다. 그리고 붓끝에 반사된 빛에 대한 시각적 인지가 글씨 쓰는 행위를 가능케 하는 핵심 요소다. 이처럼 동물이나 기계의 동작에는 제어 센서가 필요하다. 따라서 불 꺼진 방 안에서 한석봉은 시각 센서를 사용하지 못하므로 제대로 글씨를 쓸 수 없다. 그럼 한석봉의 어머니는 어떨까? 오른손으로 칼을 쥔 채 떡을 썬다고 가정하면, 떡 썰기에 필요한 센서는 왼손 손가락이다. 왼손 손가락 둘째 마디에 칼날 옆면을 대고, 바닷게가 옆으로 살금살금 이동하듯이 왼손 손가락을 움직여 간격을 조정한다. 한석봉의 어머니는 촉각 센서를 사용한다는 뜻이다. 촉각 센서는 불 꺼진 방 안에서도 여전히 살아 있다. 한석봉의 어머니는 촉각이 유리한 어둠 속 대결을 제안했기에 물리의 원리를 잘 알고 있었을 가능성이 높다.
_「물리학자의 시선 1: 가설을 세우고 검증하는 과정에서 정설이 탄생한다」 중에서

고대 멕시코의 축구장에는 황제가 앉은 자리 뒤편에 포물면에 가까운 곡면으로 된 벽이 있었다. 따라서 황제로부터 5미터 떨어진 거리에 있든, 50미터 떨어진 거리에 있든 황제가 내는 목소리의 세기를 거의 동일하게 느꼈을 것이다. 그림의 녹색 점선 화살표와 녹색 글자처럼 황제가 내는 목소리 음파 중에서 축구장 쪽으로 진행하는 음파의 세기는 거리의 제곱에 반비례로 약해진다. 반면 적색 실선과 적색 글자처럼 목소리 음파 중에서 포물면에 반사하는 음파는 반사 후에 수평하게 진행하므로 축구장의 후방에 있든 전방에 있든 소리의 세기는 거의 줄어들지 않는다. 물리 지식을 몰랐던 축구 선수들이 이러한 현상을 이해하려면 황제가 사람이 아닌 신이라고 믿는 것이 가장 쉬운 선택이었을 것이다.
_「고대 멕시코 축구선수가 우승 후 자신의 심장을 바친 이유」 중에서

만약 여러 가닥을 꼬지 않고 김밥의 속재료들처럼 길쭉한 형태의 케이블을 단순히 서로 평행하게 늘어뜨려 뭉치기만 했다면 하중이 걸리는 순간 약한 가닥부터 차례차례 쉽게 끊어져서 전체 가닥이 모두 끊어지고 말 것이다. 섬유 가닥들이 각개 격파를 당하는 것이다. “뭉치면 살고 흩어지면 죽는다”는 격언도 충분히 우리의 삶에 도움이 되는 의미를 담고 있지만, 만약 물리적 지식을 더한다면 훨씬 더 효과적인 지혜를 주는 격언으로 거듭날 수 있을 것이다. “뭉치고 두드리고 담금질하고 꼬면 믿을 수 없을 만큼 강해져 살고, 뭉치기만 하면 깨지고 흩어져 죽을 수 있다.”
_「과학에 존재하는 뭉치면 살고 흩어지면 죽는 이야기」 중에서

피 끓는 현상과 차가워지는 현상이 동시에 일어나는 체액비등 현상은 고진공 우주에서 일어나는 희귀한 현상이다. 인간이 우주를 탐험하기 전까지는 알지 못했던 미지의 현상이다. 현대 과학은 이러한 현상을 알아내고 설명하는 데에서 그치지 않고 승무원 고도 안전복을 만들어 위험에 놓인 인간에게 안전함을 선물했다. 지구상의 기압과 기온에서는 경험하지 못한 새로운 현상을 비롯해 미지의 세계 앞에서 인류는 과학적 사고와 실험 정신으로 새로운 지식들을 만들어가고 있다. 우주의 현상을 합리적으로 이해하기 시작한 인류는 지속적으로 과학의 성공을 이뤄내고 있다.
_「청춘이 아니어도 피가 끓는다고?」 중에서

인간의 신체는 중력이 존재하는 지구에서 오랜 시간에 걸쳐 생활하며 최적화됐다. 이는 중력에 대응하는 힘과 조직이 우리 몸속에서 항상 상호작용하고 있다는 뜻이다. 몸은 힘의 상호작용과 균형을 통해 항상성을 유지한다. 만약 몸에 작용하는 힘 중 중력만 사라지면 곧바로 우리는 몸에서 불편함을 느끼고 심지어 위험한 순간을 겪을 수도 있다. 지구생활자의 핵심 역량은 바로 이러한 평형과 균형을 이루는 것이다.
_「무중력은 둥둥 떠다니는 즐거움만 줄까?」 중에서

출판사 서평

“물리학은 지식이 아닌 지혜를 얻는 과정이다”
복잡한 세상에서 똑똑한 선택을 이끄는 과학적 생각의 힘

어떤 현상을 보며 ‘왜 그럴까?’ 하고 생각해본 적이 있다면 이미 물리의 눈으로 세상을 보기 시작했다는 뜻이다. 예를 들어 물리학에는 평등하고 대등한 두 변수를 서로 바꿔도 같은 값을 도출하는 ‘대칭성의 원리’가 있다. 물리적 진실을 간단하고 극명하게 밝히는 도구로 활용되는 원리다. 이 원리를 ‘남녀평등’에 적용해 볼 수 있을지 생각해본다. 직장에 다니는 기혼 남성과 여성을 떠올려보자. 아직은 남성보다 여성이 가사 노동과 양육, 며느리의 의무라는 결혼 이후 추가된 의무들에서 해방되기 어려워 보인다. 남성과 여성의 권리가 대등하다면 서로 가진 의무를 치환했을 때 결과가 달라지지 않아야 한다. 윤리는 보편타당해야 한다. 나에게 이익이고 타인에게 희생이면 대칭성의 원리에 어긋난다. 물론 과학의 원리가 삶의 문제를 해결할 수는 없지만 우리는 과학을 도구 삼아 꼬여있던 생각의 실타래를 풀고 감춰진 진실을 들여다볼 수 있으며 기존의 질서를 바꿔 더 나은 삶을 살아갈 수 있다.
물리 지식을 배우고 익히려 하지 말고, 그저 이 책에서 소개하는 과학자의 안내에 따라 물리학자의 시선으로 세상을 바라보자. 일상 속 작은 호기심으로 시작하고, 과학으로 생각하기를 거쳐 삶에 필요한 지혜로 나아가는 경험을 해 보자. 이 책은 삶에서 경험하는 다양한 물리적 순간을 포착한 뒤, 관찰과 질문이라는 단순하지만 강력한 도구를 사용해 지혜로운 삶을 위한 통찰로 이끈다. 이를 통해 물리학의 쓸모는 삶에 대한 새로운 관점을 얻는 것이며 이것이 물리학이 존재하는 이유임을 알 수 있을 것이다.

“콜럼버스의 달걀과 같은 시선으로 바라보면, 세상은 한층 명쾌하고 흥미로워진다!”
삶, 물질 그리고 지구 너머 우주까지, 법칙을 몰라도 이해하는 ‘도슨트 같은 과학 책’

과거 신대륙 항해를 마치고 돌아온 콜럼버스를 축하하기 위한 파티에서 몇몇 이들은 그의 업적을 ‘누구나 할 수 있는 일’이라고 폄하했다. 그러자 콜럼버스는 달걀을 세워볼 것을 요구했고 아무도 달걀을 세우지 못하자 달걀을 살짝 깨뜨려 탁자 위에 세웠다. 저자는 물리를 아는 일이 콜럼버스의 달걀과 같은 시선으로 세상을 보는 것이라 말한다. ‘작은 호기심을 가진 채 세상을 보는 시선을 질문으로 구체화하는 것’이 곧 물리학의 시작이며 이는 과학자가 아니더라도 누구든 시도할 수 있다는 것이다.
2006년, 경기도 성남의 판교 신도시 청약 경쟁률은 최고 2000대 1까지 치솟았다. 부동산 값 폭등으로 인한 기대 수익을 노린 이들이 청약에 몰려 부동산 공화국이라는 신화의 한 페이지를 추가했고 수많은 사람이 실패했다. 이때 학창시절 배웠던 확률과 기댓값의 원리를 적용해 확률이 훨씬 높고 추후 수요가 예상되는 판교 인근의 10억 원짜리 아파트를 샀다면 결과적으로 더 현명한 선택이 아니었을까? 이 간단한 법칙을 눈앞의 문제에 적용했다면 좀 더 쉽게 내 집 마련이라는 기회를 잡을 수 있었을 것이다.
이렇듯 고차원적인 물리학 법칙이 아니라 간단하고 쉬운 이론을 일상에 잘 적용하면 세상을 한층 명쾌하고 흥미롭게 이해할 수 있다. 삶, 물질, 그리고 지구 너머 우주까지, 어려운 법칙을 몰라도 우리는 일상에서 과학적 순간을 경험하며 살아가고 있다.

“과학의 시대, 우리에겐 ‘과학적 윤리’가 필요하다”
복잡한 세상을 가볍고 편하게 꿰뚫는 과학자의 질문법 30

AI의 등장, 챗 GPT의 개발, 고밀도 정보 등 하루가 다르게 과학이 발전하고 있다. 더불어 유튜브에서 과학 채널과 과학 커뮤니케이터가 인기를 끌고 tvN 「알쓸인잡」 등의 영향으로 과학으로 세상을 바라보는 관점에 대한 대중적 관심도 늘고 있다. 이러한 과학의 발전과 함께 우리에겐 새로운 윤리가 필요하다. 딥 페이크 기술은 어떻게 인격권을 침해하는가? 일회용품 사용은 어떻게 미래를 도둑질하는가? 나아가 고밀도 정보는 그 위험을 감수할 값어치가 있는가? 등 양면성을 지닌 기술의 진보에 대한 합당한 대가를 치르기 전, 우리는 윤리의 재정립이 필요하다. 저자는 물리학의 원리에서 나아가 과학의 시대, 기술이 인간을 위해 안전하고 유용하게 활용되기 위해 생각해 봐야 할 30가지 질문을 제안하고 새로운 과학 윤리에 관한 관심을 강조한다.

[추천사 이어서]
이 책은 흥미로운 일화를 통해 다양한 상황에 숨은 물리 법칙을 재치있게 풀어나간다. 사물과 현상의 작용 원리를 알려줌으로써 속고 살지 않게 해주는 책이다. 무심코 지나쳤던 당연한 일상에 존재하는, 특별한 재미를 발견하고 느끼게 한다.
- 김은경 (한국외국어대학교 아프리카어과 교수)

어린 시절 많은 아이들이 과학자를 꿈꾼다. 별과 곤충, 공룡에 열광하고 하루 종일 지치지도 않고 로봇과 블록을 조립한다. 하지만 이렇게 재미있던 과학은 학교에서 물리, 생물, 지구과학, 화학이라는 교과목이 되면 더 이상 아이들의 눈을 반짝이게 하지 못한다. 물리를 좋아하는 사람은 나와는 다른 좀 특별한 영재거나 괴짜라고 여긴다. 재미있는 물리학자 정창욱 교수의 책은 우리에게 호기심으로 반짝이던 아이의 눈빛과 두근거리던 기억을 다시 떠올리게 한다. ‘왜 그럴까?’ 하는 의문의 답을 찾아가는 즐거움을 다시 떠올리게 될 것이다.
- 김영주 (변호사)

교수님 강의를 통해 확인한, 앞으로의 시대에 더욱 중요해질 인문학과 과학의 결합이 인상적이었다. 강연을 직접 들으러 가지 않아도 책을 통해 접할 수 있다니 기쁘게 생각한다. 더 많은 이들이 물리의 매력을 확실히 알아갈 수 있을 것이라 확신한다.
- 김기범 (수원대학교 전자물리학과 학생)

작가정보

저자(글) 정창욱

‘과학자의 눈으로 세상을 바라보면 어떨까?’ 하는 생각으로 삶을 바라보는 물리학자.
40년간 물리를 탐구하는 과학자로, 학생들을 가르치는 교육자로 살아오며 물리학을 삶과 동떨어진, 어려운 것으로 생각하는 현실이 늘 안타까웠다. 누구든 질문을 던지고 세심하게 관찰하면 일상 속 숨은 사실과 진실을 찾아내 세상을 훨씬 명쾌하고 흥미롭게 바라볼 수 있음을 알리기 위해 이 책을 썼다. 뻔해 보이는 현실, 알지 못하는 세계를 제대로 이해하고, 꼬인 생각의 실타래를 풀기 위한 도구로 물리학이라는 하나의 시선을 제안한다.
서울대학교 물리학과에서 학사·석사·박사 학위를 받았으며 현재 한국외국어대 자연과학대학 물리학과 교수이자 기술이전센터 센터장으로 재직 중이다. 세계 최초로 토포택틱 비휘발성 메모리 특성을 발견해 우리나라와 미국에서 특허를 취득했다.
한국물리학회 대중화위원회 위원으로 활동하며 물리학의 대중화에 힘쓰고 있다. tvN 「다비치 노트」, KBS 「스펀지」, SBS 「그것이 알고 싶다」 등에 출연했으며 유튜브 「사피엔스 스튜디오」에서 ‘한석봉과 어머니의 불공정 게임’, ‘캐리비안의 해적 크라켄의 정체’라는 흥미로운 강의를 펼쳐 공감과 인기를 얻었다.