“상식을 의심하고, 불가능에 도전하라!”
상상 이상의 현실을 만든 물리학자들의 이야기

1700년대 초, 천재 물리학자 뉴턴은 다음과 같이 선언했다. “물리학은 끝났다. 이제 더는 연구할 게 없다!” 그러나 1900년 현대물리학이 태동한 이래, 근 100년이라는 짧은 시간 동안 세상은 가히 혁명적으로 변화했다. 최첨단 스마트폰이 우리 일상을 바꾸었고, 공상 과학 영화에나 나오던 우주선과 인공위성이 현실로 등장했다. 더불어 석유나 전기에너지를 대체할 핵에너지가 발견되어 우리에게 막대한 이익을 가져다주었다.
여기에는 아인슈타인, 퀴리 부인, 하이젠베르크, 스티븐 호킹 등 불가능을 뛰어넘은 물리학자들의 도전이 숨어 있었다. 이들은 기존의 상식과 편견에 도전장을 내밀며 새로운 생각을 펼쳐 나갔다. 그 결과 상대성 이론, 양자역학, 우주론, 원자핵 및 소립자에 대한 물리학, 나노과학, 카오스 등 놀라운 이론들이 탄생했고, 상상 속에서만 존재하던 시간 여행이나 우주 탐사, 투명 망토 등이 현실화될 가능성이 열렸다.
물리학과 교수로서 대학에서 ‘공식 없는 물리’를 가르치고 있는 저자는, 전작 《세상 모든 것의 원리, 물리(고전물리편)》와 마찬가지로, 이 책에서도 역사적 배경 지식 안에서 물리에 대해 설명하고 있다. 다만 전작이 지금의 물리학을 있게 한 유명한 인물들을 소개하고 세상 모든 것의 기본 원리를 밝힌 입문서였다면, 이 책은 거기서 한 발 더 나아가 불가능에 도전하고 새로운 미래를 연 창조자들의 이야기를 다루고 있다.
특히 이 책에서는 물리학계가 최근 주목하고 있는 이론이나 이슈들을 함께 소개하여, 앞으로 물리학이 나아갈 길을 엿보게 한다. 아인슈타인의 마지막 꿈이었던 ‘모든 것의 이론’을 완성하려는 시도, 자연에 없는 광학적 성질을 지닌 양자메타물질 개발 등 과학자들은 지금 이 순간에도 다양한 도전을 하고 있다. 물리학이 얼마나 더 발전할지, 그래서 어떤 새로운 미래가 펼쳐질지, 책을 덮고 나면 우리 머릿속에서 상상의 세계가 그려질 것이다.
출판사 서평
- 기획 의도
“상식을 의심하고, 불가능에 도전하라!”
상상 이상의 현실을 만든 물리학자들의 이야기
1700년대 초, 천재 물리학자 뉴턴은 다음과 같이 선언했다. “물리학은 끝났다. 이제 더는 연구할 게 없다!” 그러나 1900년 현대물리학이 태동한 이래, 근 100년이라는 짧은 시간 동안 세상은 가히 혁명적으로 변화했다. 최첨단 스마트폰이 우리 일상을 바꾸었고, 공상 과학 영화에나 나오던 우주선과 인공위성이 현실로 등장했다. 더불어 석유나 전기에너지를 대체할 핵에너지가 발견되어 우리에게 막대한 이익을 가져다주었다...
- 기획 의도
“상식을 의심하고, 불가능에 도전하라!”
상상 이상의 현실을 만든 물리학자들의 이야기
1700년대 초, 천재 물리학자 뉴턴은 다음과 같이 선언했다. “물리학은 끝났다. 이제 더는 연구할 게 없다!” 그러나 1900년 현대물리학이 태동한 이래, 근 100년이라는 짧은 시간 동안 세상은 가히 혁명적으로 변화했다. 최첨단 스마트폰이 우리 일상을 바꾸었고, 공상 과학 영화에나 나오던 우주선과 인공위성이 현실로 등장했다. 더불어 석유나 전기에너지를 대체할 핵에너지가 발견되어 우리에게 막대한 이익을 가져다주었다.
여기에는 아인슈타인, 퀴리 부인, 하이젠베르크, 스티븐 호킹 등 불가능을 뛰어넘은 물리학자들의 도전이 숨어 있었다. 이들은 기존의 상식과 편견에 도전장을 내밀며 새로운 생각을 펼쳐 나갔다. 그 결과 상대성 이론, 양자역학, 우주론, 원자핵 및 소립자에 대한 물리학, 나노과학, 카오스 등 놀라운 이론들이 탄생했고, 상상 속에서만 존재하던 시간 여행이나 우주 탐사, 투명 망토 등이 현실화될 가능성이 열렸다.
물리학과 교수로서 대학에서 ‘공식 없는 물리’를 가르치고 있는 저자는, 전작 《세상 모든 것의 원리, 물리(고전물리편)》와 마찬가지로, 이 책에서도 역사적 배경 지식 안에서 물리에 대해 설명하고 있다. 다만 전작이 지금의 물리학을 있게 한 유명한 인물들을 소개하고 세상 모든 것의 기본 원리를 밝힌 입문서였다면, 이 책은 거기서 한 발 더 나아가 불가능에 도전하고 새로운 미래를 연 창조자들의 이야기를 다루고 있다.
특히 이 책에서는 물리학계가 최근 주목하고 있는 이론이나 이슈들을 함께 소개하여, 앞으로 물리학이 나아갈 길을 엿보게 한다. 아인슈타인의 마지막 꿈이었던 ‘모든 것의 이론’을 완성하려는 시도, 자연에 없는 광학적 성질을 지닌 양자메타물질 개발 등 과학자들은 지금 이 순간에도 다양한 도전을 하고 있다. 물리학이 얼마나 더 발전할지, 그래서 어떤 새로운 미래가 펼쳐질지, 책을 덮고 나면 우리 머릿속에서 상상의 세계가 그려질 것이다.
- 출판사 서평
엉뚱한 생각이 현실이 되다!
: 새로움은 언제나 상식 밖에서 나온다
“모두가 안 된다고 말할 때, ‘왜’라고 묻는 것”, 물리의 모든 발견은 그 의심에서 시작된다. 17살 때 “만약 빛 속도로 달리면 세상이 어떻게 보일까?”라는 질문을 한 소년이 있었다. 지금 보면 매우 엉뚱한 생각이지만, 이것은 이후 영화 〈인터스텔라〉처럼 시간 여행이 실제로 가능함을 보여 주는 하나의 이론으로 발전했다. 소년은 바로 아인슈타인이었고, 그가 찾은 답은 상대성 이론이었다.
영화 같은 일이 현실이 된 예는 이뿐만이 아니다. 레이저의 발견은 〈스타워즈〉의 광선검을 재현해 냈고, 자연에 없는 인공적인 물질인 양자메타물질의 개발은 〈해리 포터〉의 투명 망토를 현실화했다. 또 나노과학은 먼지가 붙지 않아 항상 깨끗하고 영롱한 유리창 등을 발명해 냈다.
이처럼 인간의 상상력은 늘 한계를 뛰어넘는다. 이 책은 기발한 아이디어로 상상을 초월하는 기술과 제품을 만들어 낸 물리학자들의 이야기를 드라마틱하게 그려 내어, 10년, 20년 후의 달라진 미래를 꿈꾸게 한다. 지금처럼 과학혁명과 발전을 거듭하다 보면, 언젠가 해외여행을 하듯 우주여행을 하게 되지 않을까? 이 책은 생각보다 빨리 그런 시대가 펼쳐질 수 있음을 보여 준다.
물리 이론에 얽힌 흥미진진한 스토리
: 천재 아인슈타인도 실수를 했다?
천재 물리학자 아인슈타인은 양자역학을 반대하면서 이런 말을 했다. “신은 주사위 놀이를 하지 않는다.” 정확성이 생명인 물리학에 확률과 불확정성같이 애매모호한 것이 포함되어서는 안 된다고 여긴 것이다. 이 말에 보어는 “아인슈타인 선생님, 신에게 이래라 저래라 하지 마세요”라며 반론했다. 둘의 치열한 논쟁 덕분에 젊은 물리학자들은 원자 세계를 보다 깊이 탐구하게 되었고, 양자역학은 이후 올바른 주장으로 인정받으며 상대성 이론과 함께 현대물리학의 중심축을 이루게 되었다.
가모프의 빅뱅 이론에 얽힌 에피소드 역시 흥미롭다. 당시 호일은 가모프의 이론을 비꼬기 위해 라디오 방송에서 빅뱅(크게 허풍을 떤다는 의미)이라고 이야기했고, 그때부터 가모프의 주장은 빅뱅 이론으로 불리게 되었다. 그런데 ‘우주가 대폭발로 탄생했다’는 빅뱅 이론은 후에 우주배경복사가 발견되면서 힘을 얻게 되었고, ‘우주는 변하지 않는다’는 호일의 정상상태 우주론은 비주류 이론으로 밀려나게 되었다.
이 책은 이처럼 여러 물리학자들 간의 흥미로운 에피소드를 통해 이론이 어떻게 생겨나게 되었는지 그 배경과 과정을 생생히 보여 준다. 더불어 수많은 노벨 물리학상 수상자들의 수상 비화, 스티븐 호킹의 블랙홀 논문, 킵 손의 시간 여행 검증, 로렌츠의 카오스 이론, 파인만의 나노세계 연구 등 이름만 대도 알 만한 현대물리학자들의 이야기를 포괄적으로 다루었다. 이 책을 읽으면 현대물리의 전체 흐름을 알 수 있으며, 나아가 미래 세상의 놀라운 변화를 꿈꾸게 된다.
과학을 외면하는 나라에 미래는 없다!
: 한국인 노벨물리학 수상자는 탄생할 수 있는가?
독일의 응용과학 분야를 연구하는 중요한 단체인 프라운호퍼협회는 MP3의 개발로 전 세계 기업들로부터 매년 1,000억 원 이상을 지불받고 있다. 또 현재 우리나라는 원자력 기술을 활용한 원자로에서 우리나라 전체 전기 사용량의 35% 이상을 공급받고 있다.
이처럼 과학의 발전과 경제, 인간의 삶의 질은 불가분의 관계에 있다. 과학이 곧 그 나라의 경쟁력인 셈이다. 그럼에도 우리나라에서 과학은, 그중에서도 특히 물리학은 우리의 삶과 동떨어진 학문이라는 억울한 오해를 받고 있다. 400년간의 물리학 역사에서 한국인 물리학자가 거의 등장하지 않는 것만 봐도 그 실상을 확연히 알 수 있다.
저자는 그 이유를 입시 위주의 암기 교육과 과학의 중요성에 대한 인식 부족에서 찾는다. 물리를 경시하는 사회문화적 분위기가 인간의 타고난 호기심을 가로막는다는 것이다. 이 문제를 극복하고, 물리학적 호기심과 창의력을 일상화하기 위해 저자는 물리 이론이 우리 생활과 얼마나 밀접한 연관이 있는지, 우리가 그것을 어떻게 활용하고 있는지를 생생히 밝힌다. 병원의 CT에서 활용되는 X선, 길에서 흔히 볼 수 있는 네온사인, 인공위성의 신호를 받아 위치 정보를 확인하는 GPS 등은 모두 물리가 우리 일상에 적용된 예이다.
더불어 저자는 상상을 현실로 만든 물리학자들처럼 우리 스스로 세상을 바꾸는 주인공이 되도록 독려한다. 위와 같은 발견들은 모두 불가능을 믿지 않고 끝없이 도전함으로써 탄생할 수 있었다. 우리 또한 현실에 안주하지 않고, 가능성을 찾기 위해 노력한다면, 언젠가는 역사의 한 페이지를 장식할 새로운 발견을 이루어 낼 수 있지 않을까?

위대한 뉴턴 역시 나이가 들어서 이렇게 말했습니다. “이제 물리학은 끝났다. 내가 더 이상 연구할 것이 없으므로, 물리학 연구는 시간 낭비이다.” 하지만 우리는 뉴턴 이후로도 물리학이 전자기학, 열역학 등을 밝혀내며 계속해서 발전을 거듭해 온 것을 알고 있습니다. _16p

1895년에는 음극선 실험과 관련된 더 극적인 사건이 일어났습니다. 바로 X선이 발견된 것입니다. 당시 독일의 뢴트겐(1845~1923)은 음극선관을 가지고 실험하다가 놀라운 결과를 얻습니다. 음극선을 금속에 쪼이자 엄청난 투과력을 가진, 눈에 보이지 않는 강하고 새로운 빛이 발생한 것입니다. 뢴트겐은 이를 발견하고도, 이것이 무엇인지 몰랐습니다. 그래서 수학에서 모르는 값에 x라는 기호를 붙인다는 것을 떠올려, 새로 발견한 빛에 X선이라는 이름을 붙였습니다. _48p

쌍둥이가 태어나 동생은 우주인이 되고, 형은 평범한 직장인이 되었다고 상상해 봅시다. 둘이 30살이 되던 날 동생은 거의 빛 속도로 달리는 빠른 우주선을 타고, 지구 시간으로 50년 동안 우주여행을 떠납니다. 특수상대성 이론에 의하면, 이때 우주에 간 동생의 시간은 지구에 남은 형의 시간에 비해 거의 멈춰 있는 것처럼 느리게 흘러갑니다. 따라서 50년 뒤 동생이 지구에 돌아왔을 때, 형은 80살 노인이 되어 있지만 동생은 여전히 떠날 때의 모습 그대로이지요. 동생이 잠시 지구를 떠나 있는 동안 지구는 50년이 지난 미래 세상이 되어 있습니다._101~102p

엄청난 인기를 끈 영화 <해리 포터> 시리즈를 보면, 투명 망토가 등장합니다. 망토로 몸을 가리면, 몸이 투명해져서 주위 사람 몰래 움직일 수 있지요. 이런 일이 실제로 가능할까요? 2000년대 초만 하더라도 정답은 ‘아니요’였습니다. 보통의 물질로는 몸을 투명하게 만들 수 없기 때문이지요. 하지만 자연에 없는 인공적인 물질인 양자메타물질이 개발되면서, 투명 망토의 가능성을 보여 주는 실험 결과들이 속속 나오고 있습니다. 실제로 미국에서는 전쟁터의 군인들을 보호하기 위해 이 투명 망토를 실용화하여 지급할 계획이라고 합니다. _278p

우리는 새로운 발견을 이루는 데 있어, 이전보다 더할 나위 없이 좋은 여건을 갖추고 있습니다. “내가 다른 사람들보다 더 멀리 볼 수 있었던 것은, 거인의 어깨 위에 서 있었기 때문입니다”라는 뉴턴의 말처럼, 많은 과학자들이 쌓아 올린 지식의 발판 위에 서 있지요. 당시에는 미친 생각이라 치부되었던 많은 일들이 지금은 상식으로 바뀐 것처럼, 과학자들은 지금 이 순간에도 엉뚱한 상상을 현실로 만들어 내고 있습니다. 이처럼 멋진 일에 함께 어울려 동참할 것인지, 아니면 그저 구경만 하며 혜택을 누릴 것인지는 우리의 선택에 달려 있습니다. _280p

목차
만남의 글: 물리가 세상을 바꾸다!
01 격동의 물리학_ 과학혁명, 새 시대를 열다
02 빛의 수수께끼_ 흑체복사와 에테르
03 마이컬슨-몰리의 실험_ 상대성 이론의 초석을 놓다
04 음극선 실험_ 네온사인?과 X선의 발명
05 광전 효과_ 빛은 입자다?
06 특수상대성 이론_ 1초가 영원처럼 느껴질 때
07 E\u003dmc²_ 돌 보기를 황금같이 하라
08 일반상대성 이론_ 휜 시공간의 물리학
09 시간 여행과 상대성 이론_ 과거와 미래를 잇는 타임머신
10 우주 팽창과 빅뱅_ 우주는 아직 완성되지 않았다
11 양자 세계_ 늦깎이 물리학자가 일으킨 혁명
12 원자모형_ 모든 것은 양자다
13 입자-파동의 이중성_ 원자 세계의 두 얼굴
14 불확정성 원리_ 모든 것을 명확히 알 수는 없다
15 슈뢰딩거 방정식_ 아인슈타인과 보어의 논쟁
16 양자역학의 응용_ 문명을 바꾼 신기술의 탄생
17 원자와 원자핵_ 원자력에너지는 선인가, 악인가
18 소립자_ 세상에서 가장 작은 존재
19 나노과학_ 위대한 자연에서 배운다
20 카오스_ 제3 과학혁명과 나비효과
21 미래의 과학_ 물리학, 아직 끝이 아니다
헤어짐의 글: 과학이 미래다!
현대물리에 대해 더 알기를 원한다면
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