| ‘일상의 기초학문’이라고 할 만한 물리학에 용감하게 빠져보길 권하는 독특한 과학책, 《일상적이고 감성적인 물리학 이야기》가 출간되었다. 이 책의 저자는 ‘물리학에 의지하는 것이 당신에게 큰 도움이 될 것’이라고 자신만만하게 말한다. 기계공학을 전공한 엔지니어이며 밴드에서는 베이스를 치고 TV 쇼에도 출연하는 저자는 물리학 지식을 일상으로 끌어와 설명하고, 학창시절 자신이 물리학에 흥미를 느끼면서 경험하게 된 변화에 대해 유머 가득한 문체로 들려준다. 물리학의 법칙을 이해하는 것이 개인적인 삶을 분별 있고 균형 있게 꾸려가는 데도 보탬이 된다고 장담하는 저자의 흥미진진한 성장담을 따라가보자. 물리학에 대한 관심과 이해가 어느덧 달라져 있을 것이다.
일상적인 에피소드와 과학적 지식을
감성적으로 풀어놓은 4차원 물리 에세이
“학창시절 제일 좋아했던 과목은?”
이 질문에 누군가 ‘물리’라고 대답한다면 질문을 한 사람은 되물어볼 가능성이 크다. “물리?” 혹은 “진짜?”라는 식으로 말이다. 물리를 특별히 잘하거나 좋아한다고 내세우는 이는 그만큼 드물다. 이공계로 진로를 정한 학생들 중에서도 수학이 아닌, 생명과학도 아닌 물리에 남다른 흥미나 자신감을 나타내는 경우는 그렇게 흔치 않다. 일례로 입시에서도 수능 과학탐구 영역의 선택과목으로 물리를 고르는 비율은 지구과학이나 생명과학을 택하는 비율에 미치지 못하는 경우가 일반적이라고 한다. 짐작해보건대 다수의 평범한 학생들에게 물리란 그저 ‘왠지 어려운 과목’일 것이다. 그래서 물리를 시험과목으로 고를 용기를 내기 어렵고, 물리를 좋아한다고 하기는 더더욱 어색한 일일 것이다. 물리학은 과연 그렇게도 어렵고, 특별하고, 그래서 범접하기 힘든 분야일까?
물론 물리학은 결코 만만한 학문이 아니다. 우주의 원리와 사물의 이치를 탐구하는 학문이 만만할 리가 없다. 그러나 조금만 알고 보면 물리학은 매우 실제적이며 매력적인 학문이다. 물론 물리학은 광대한 우주의 탐구를 위한, 혹은 인류의 거대한 문제의 해결을 위한 과학 분야이기도 하지만, 한편으로는 실생활에 쓰이는 다양한 기술과 더없이 밀접한 학문이기도 하다. 따지고 보면 우리가 일상에서 일을 하는 방식, 사용하는 물건들의 작동 원리 등을 설명해주는 학문이 바로 물리학인 것이다. 운동과 에너지, 중력 등에 대한 기본 법칙만 찬찬히 들여다봐도 우리는 알 수 있다. 이 세계가 거대하고 재미있는 물리 실험실이라는 것을, 그리고 일상생활에서도 흥미로운 물리학의 질서는 얼마든지 발견할 수 있다는 것을…….
총 4부로 구성되어 있는 이 책은 저자가 자신의 학창 시절 에피소드와 물리학 지식을 자연스럽게 접목시킨 이야기로 구성되어 있다. 물리 법칙을 이해하는 것이 삶에 실제적인 도움이 되기도 한다는 것을 경험담을 통해 보여주는 것이다. 이를테면 역학에 대해 설명하며 혼자서 어렵게 큰일에 도전하기보다는 타인의 도움을 지레와 지렛목처럼 이용하라고 권하거나, 남학교로 가서 들은 화학 수업 에피소드와 원자들 간의 화학결합을 함께 다루는 식이다.
우선 저자는 1부 ‘새로운 가설을 세우다’에서 자신이 과학 공부에 관심을 갖게 된 과정에 대한 이야기부터 들려주고 있다. 학창시절 이른바 ‘노는 아이’로 지내보기도 했던 저자가 새아빠를 맞이하고 가톨릭계 학교를 다니게 되면서, 왜 결국 ‘잘나가는 것’보다 ‘똑똑해지는 것’에 끌렸는지 들려준다. 이어 수학의 중요성, 원자의 특성, 에너지 보존의 법칙, 진공에 관한 현상 등을 두루 다루며 과학이 꽤 흥미로울 뿐 아니라 실제적인 도움까지 된다는 메시지를 곳곳에 전하고 있다.
2부 ‘과감하게 힘을 이용할 수 있겠는가’에서는 이상기체의 법칙, 중력, 힘과 자유물체도, 마찰력 등에 대해 설명하며 중학교 과정부터 배운 물리 법칙들을 어떻게 삶의 태도와 연관시켜 생각해볼 수 있는지 보여준다. 예를 들어 힘과 자유물체도에 관한 ‘문제를 명확하게 하기 위한 출발점’이라는 장에서 저자는 비행기의 비행에 필요한 네 가지 힘 즉 ‘양력, 중력, 추진력, 항력’에 대해 설명하며 이것들을 다시 두려움, 야망, 그리고 생존과 관련된 일상의 현실 등과 연관시켜 살펴본다. 추진력과 양력을 위해서는 두려움이나 의심을 없애야 한다고 충고하면서도 현실과 균형을 맞추기 위해 항력과 중력 역시 필요하다고 조언하는 것도 잊지 않는다.
3부 ‘우주의 법칙이 나를 위해 움직이게 하는 방법’에서는 부력, 유체, 열역학 제2법칙, 파동 등에 대해 상세히 다룬다. 독자들은 이용 가능한 에너지가 줄어든다는 것, 즉 엔트로피가 증가하는 것을 사우나실에서는 어떻게 체감할 수 있는지, 맥스웰의 데몬, 도플러 효과 등에 관한 이론은 또 어떻게 일상사와 연결 지어 생각할 수 있는지에 대해 신선한 관점으로 이해할 수 있을 것이다.
4부 ‘삶은 하나의 거대한 물리 실험실이다’에서는 상태변화, 전기와 자기, 미스터리한 전자의 특성, 상대성이론 등을 주제로 이야기를 펼친다. 뜨겁지 않은 물에서도 증발이 일어나는 이유, 몸을 날려도 벽이나 바닥을 뚫지 못하는 이유 등 흥미로운 궁금증에 대한 답도 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 테슬러와 에디슨의 대립, 상대성이론, 통일장이론 등에 대한 설명도 저자의 발랄한 문체를 통해 접할 수 있다.
▷▷ 이 책의 특징
일상에서 제대로 써먹을 수 있는 학문, 물리학
학교 현장에는 일명 ‘물포자(물리포기자)’라고 할 수 있는 학생도 ‘수포자(수학포기자)’ 못지않게 많을 것이다. 그나마 워낙 어렸을 때부터 입시에서의 중요성을 주입당하기라도 하는 수학과 달리 물리는 제대로 도전해보지도 않고 이해하길 포기하는 학생도 적지 않을 것이다. 물리 대신 화학이나 생물에서 점수를 따겠다는 식으로 말이다. 그러나 물리학과 친해져 물리학의 매력을 아는 사람들은 말한다. 물리는 (물론 어렵지만) 어렵기‘만’ 한 것은 아니라고. 그리고 물리학은 사실 생활 속에서 얼마든지 친밀하게 접하고 관심을 가질 수 있는 학문이라고.
이 책의 저자 크리스틴 매킨리 또한 물리학과 친해져 공학을 전공하고 물리학의 매력을 알리는 이로서, 물리학에 좀 더 많은 사람들이 보다 쉽게 접근할 수 있었으면 하는 바람을 이 책 곳곳에 표현해놓고 있다. 물리학의 기본법칙을 이해하는 것으로도 얼마든지 흥미로운 지적 경험을 할 수 있음을 보여주는 것이다. 그리고 사실 이 세계가 거대한 물리 실험실과도 같고, 따라서 우리는 생각보다 다양한 문제를 물리학의 틀로 생각하고 해결할 수 있다는 것도 알려준다. 예를 들어 추워진 사막에서 구조 요청을 해야 하는 상황에서는 이상기체 법칙을 떠올리는 것이 도움이 된다. 또 유체에 관한 물리학을 알고 있는 사람은 아마 호수에 빠진 차에서 탈출해야 할 때 덜 당황할 것이다. 이처럼 물리학은 일상에서 ‘제대로 써먹을’ 수 있는 학문이다. 물론 물리학 지식이 위급한 상황에서만 유용한 것은 아니다. 저자의 설명을 접한 후에는 심지어 무대 아래로 뛰어내리는 가수를 볼 때도, 그리고 주인공이 기차 위에서 주먹다짐을 벌이는 액션 영화를 볼 때조차 물리학의 법칙을 발견할 수 있게 될 것이다. 그리하여 좀 더 많은 것들을 물리학적 시각으로 바라보는 특별한 경험을 할 수 있을 것이다.
또 ‘우주의 법칙이 나를 위해 움직이게 하는 방법’이라는 제목으로 구분해놓은 상자 글에는 보다 기발하고도 실용적인 연습문제와 실험 방법이 제시되어 있다. 소비한 칼로리를 수식으로 표현하는 방법, 트램펄린에서 뛸 때의 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지, 근육질인 사람의 부력 등과 관련된 흥미로운 질문이 독자들에게 신선한 관점을 선사한다. 물리 때문에 평균 점수 깎였다는 ‘물포자’라 할지라도 지레 겁먹지 않고 한 장씩 넘겨 읽다 보면 어느덧 물리학이라는 분야를 다시 보게 될 것이다.
여성 기계공학자가 쓴 물리학 입문서라서 처음에는 꽤 딱딱할 줄 알았다. 그런데 몇 쪽 읽다 보니 안 봤으면 큰일 날 뻔했다는 생각이 들었다. 지금까지 본 어떤 물리학 서적보다도 재미있었기 때문이다. 꽤 독특한 청소년 시절을 보낸 것으로 보이는 저자는 학창시절의 여러 에피소드를 엮어서 물리학과 화학의 기본 개념을 알기 쉽게 소개하고 있다. 예를 들어 수학이 두려워 물리까지 기피하는 학생들에게 지레 겁먹을 필요가 없다며 일상의 비유를 들어 알기 쉽게 진공과 에너지 보존, 화학결합, 이상기체를 설명하는 식이다. 저자의 일상적이고 감성적인 물리학 이야기에 귀 기울이다 보면 어느새 물리학과 친숙해진 자신을 발견하게 될 것이다.
_강석기(과학칼럼니스트, 《사이언스 칵테일》 저자)
어려운 물리학을 감성적으로 풀어낸 사랑스러운 책
물리학이란 단어에는 모종의 특별한 힘이 있다. 아무리 물리학이 흥미로운 학문이라 해도 많은 사람들은 물리학이 어렵고 또 어려운 분야라고 느낀다. 단지 물리학을 좋아한다는 사람이 흔치 않고 물리 수업 시간에 다루는 내용이 난해하다고 하는 얘기가 아니다. 물리학은 물질의 가장 작은 입자부터 머나먼 우주에 이르기까지 드넓은 영역을 탐구하는 학문이고, 따라서 그러한 학문을 연구하는 이들은 눈에 보이는 것에만 연연하는 평범한 사람들과는 다른 관점을 가져야 할 거라는 생각도 드는 것이다. 실제로 물리학을 이해하는 머리는 따로 있다고 생각하거나 ‘물리학자’ 앞에는 으레 천재라는 수식을 다는 경우도 꽤나 일반적이지 않은가. 이렇게 물리학이 갖는 ‘포스’는 사실 좀 특별하다.
그러나 물리학은 대단한 천재들만을 위한 학문이 아니다. 평범한 사람들도 얼마든지 물리학의 법칙을 삶에 적용시킬 수 있다. 즉 일상에 물리학의 법칙이 숨어 있을 뿐만 아니라 삶에서 부딪치는 여러 가지 문제를 물리학과 연관시켜 생각해볼 수 있다는 얘기다. 이 책의 저자는 바로 이 점에 주목한다. 그래서 과학과 삶을 함께 생각해볼 것을, 그리고 과학적 지식을 보다 다채롭고 지혜롭게 이용해볼 것을 권한다. 이러한 권유를 저자는 특유의 감성적인 글로 전달함으로써 독자들에게 물리학 읽기의 재미를 한층 효과적으로 선사한다.
저자는 자신이 변화를 겪는 데 크게 기여한, 열정적인 과학 선생님들의 수업 내용을 흥미롭고 쉬운 문체로 설명하면서 그것을 일상에서 경험할 수 있는 일과 연관시킨다. 예컨대 진공에 대해 배운 수업 시간을 다룬 이야기에서는 빨대의 원리, 나아가 비움과 채움을 통제하는 것에 대한 이야기도 아우르는 식이다. 저자는 동일한 가속도로 모든 것을 끌어당기는 중력에 대해 설명하면서, 모두가 자신의 고통이 가장 크다고 생각하지만 중력은 사실 모두를 똑같이 끌어당기고 있음을 강조한다. 그런가 하면 하이젠베르크의 불확정성 원리를 설명하는 대목에 이어서는 이성(異性)에게 관심을 자극하는 방법에 대해서 언급한다. 즉 관심을 얻고 싶으면 전자처럼 신비로운 행동을 보여주어 미스터리를 키우라고 조언하는 것이다.
저자는 원자들 간의 결합을 통해 이성 간의 끌림을 이야기하고, 역학적 장점을 다루면서는 도움을 요청하는 것의 필요성에 대해 귀띔해준다. 또한 기화 현상은 인내심의 가치를 상기시켜주며, 운동량 보존의 법칙은 궤도에서 벗어나지 않는 최선의 방법을 제시해준다는 것도 알려준다. 물리학 지식에 대한 이러한 감성적인 접근은 물리학을 그저 천재들만의 학문으로 여겼던 독자들에게 새로운 자극을 주기에 충분하다. 이제 저자가 권유하는 대로 삶에서 일어나는 일들을 물리학의 법칙이란 틀로 생각해보면 어떨까? 일단 물리학의 비범한 포스에 더 이상 위축되지만은 않게 될 것이다. 그리고 삶이 혼란과 우연만으로 가득하다고 느껴져 힘든 순간에는 물리학의 법칙이 건네는 신선한 위안을 얻을 수도 있을 것이다.
물리학 시간에 듣는 마법의 주문 같은 용어와 개념들이 무슨 말인지 일단 알게 되면 물리학은 시와 음악처럼 젊음을 빛나게 해준다. 어떤 의미에서는 젊음을 아름답게 해주는 데 물리학이 더 크게 도움이 되기도 한다. 이 책의 저자 크리스틴 매킨리는 자신의 경험으로 이를 생생히 증언해주고 있다. 아직 물리학이란 말을 듣고 조건반사적으로 도망쳐버리지는 않는 모든 젊은 친구들을 붙잡고 꼭 읽게 하고 싶은 사랑스러운 책이다.(그리고 도망친 친구들에게도 이 책을 전해주도록 하자.)
_이강영(경상대 물리교육과 교수, 《LHC, 현대 물리학의 최전선》, 《보이지 않는 세계》 저자)
과학에 홀딱 빠지기에 너무 늦지 않았다
사실 물리학은 문과 체질을 타고난 사람들에게는 더더욱 멀게 느껴지는 분야다. 지적 호기심이나 기억력이 남다른 사람을 제외하고, 문과생으로 학교 문을 나선 지 한참의 세월이 지난 뒤에도 옴의 법칙이니 보일의 법칙이니 베르누이의 원리 같은 것들을 정확히 기억하는 이들이 얼마나 될까. 말하자면 아르키메데스, 뉴턴, 아인슈타인 등의 이름 정도나 친숙하게 여길 뿐 물리 시간에 배웠던 그 많고 많은 법칙이나 원리에 대해서는 까맣게 잊고 살아가는 사람들에게 물리학은 멀고먼, 혹은 그저 대단한 그 무엇이다.
그런데 이 책은 ‘뼛속까지 인문계 체질’인 이들의 감성을 충족시키기에도 적합한 문체와 구성을 취하고 있다. 저자 자신도 책에서 밝히고 있듯 한때는 책읽기를 좋아하는 소녀였을 뿐 수에는 재능이 없었던 시절을 거쳐서일까. 물리학을 다루니만큼 수식을 배제하지는 않지만 곳곳에서 수식을 친절한 문장으로 풀어쓰는 등 수에 어두운 독자들을 살갑게 배려한다. 뿐만 아니라 물의 상태변화나 상대성이론을 다양성이나 다른 관점을 존중할 필요성과 연결시키는 식의 설명도 물리학적 배경 지식이 얕은 이들의 이해를 효과적으로 도와준다. 이와 같이 쉽고 톡톡 튀는 저자의 글쓰기 방식은 논리적이고 딱딱한 과학책에 쉽게 손을 뻗지 못했던 독자들까지도 끌어들일 만하다.
이 책은 과학을 전공해서 물리학을 오래도록 공부할 수밖에 없는 이들만을 위한 책이 아니다. 저자는 비록 공학자나 과학자가 되지 않는다고 해도 공학자나 과학자처럼 생각하는 법을 배워두라고 권한다. 그리고 정말로 실재하는 것을 고집하고, 물리학 법칙들을 받아들이듯 현실에서 맞닥뜨리는 문제들을 수용해보라고도 일러준다. 이러한 과정을 통해 어떤 직업을 갖든, 어떤 일에 부딪치든 좀 더 유능해질 수 있다는 저자의 메시지는 폭넓은 독자층의 공감을 불러일으킬 수 있을 것이다. 과학의 매력을 알아보는 것도 좋겠다 싶었지만 수학에 약해서, 왠지 어려울 것 같아서 등등 이런저런 이유로 그 매력을 탐구해보길 주저했던 이들에게 저자는 말해줄 것이다. 과학에 홀딱 빠지기에 너무 늦지 않았다고.
열역학 제2법칙을 아는 사람이 되고 싶다는 소망이 있다. 돌이켜보면 어릴 때는 맥가이버가 되고 싶다는 소망이 있었다. 과학자가 꿈이었다는 소리는 아니다. 감히 그런 꿈을 꿀 처지가 아니었으니까. 하지만 맥가이버는 되고 싶었다. 주변의 것들을 이리저리 보기만 하면 물리적이고 화학적인 뭔가를 탄생시키는 그런 능력! 초능력보다 위대해 보였다. 맥가이버를 보고 ‘아, 과학은 우리 삶 속에 있구나’ 직감적으로 알았다. 그리고 시간은 흘러… 이제 맥가이버를 닮은 책을 만났다. 당신이 나와 같다면 가까이 하기엔 너무 먼 과학이 내 자잘한 삶 속으로 들어올 수 있다는 것을 이 책을 통해 알게 될 것이다. 아인슈타인의 머리가 왜 그렇게 치솟아 있는지에 대한 과학적인 이유까지 덤으로.
_민성혜(이대부속중학교 국어교사, 《소설이 묻고 과학이 답하다》 저자)
책속으로 추가
누구와 같은 방향으로 나아갈 것인가
‘운동량의 방향’에 대한 고려는 운동량이 결합될 때 조금 더 중요해진다. (중략) 만약 자동차가 트럭을 뒤에서 받아서 두 차의 범퍼가 서로 휘어지고 두 대가 서로 붙게 된다면 이 두 대는 하나의 물체가 된다. 그러면 이들의 운동량은 이제 그 두 대의 차를 합친 무게에 그 두 대가 한데 붙어서 나아가는 속도를 곱한 값이 된다. 만약에 그 두 대가 충돌 전 같은 방향으로 가고 있었다면, 충돌 후 합쳐진 운동량은 상당하다. 그러나 만약 두 대의 자동차가 충돌 전에 서로 반대 방향으로 가고 있었다면, 서로 손해가 되는 일이 되고 만다. 나는 다른 사람과 함께 노력을 해야 할 때면 맨 먼저 묻곤 한다. ‘우리가 같은 방향으로 가고 있는 걸까?’라고. (중략)
나는 누구와 한 팀이 되고 싶은가? 나와 같은 방향으로 그들도 나아가고 있는가? 이는 자신에게 물어볼 만한 가치가 있는 질문이다. 아무도 당신과 같은 시선을 공유하지 않는다면 그런 일로 당신을 멈추게 해서는 안 된다. 당신은 스스로 날아오를 수 있다. 기억하자. 운동량은 질량과 속도로 이루어져 있다는 것을 말이다. (본문 158~160페이지 중에서)
카오스 증가의 비가역성을 이해하기 위해
비가역적이라는 것이 무엇인지를 이해하기 위해서 루시도 코치 선생님은 우리에게 우리 모두가 익숙하면서도 간단한 에너지 전환, 그러니까 벽난로에서 타고 있는 장작에 대해 생각해보는 시간을 갖도록 했다. 그는 장작이 다 타버린 후에 만일 우리가 그 장작을 타지 않았던 원래 상태로 되돌리고 싶어 한다면 우리가 무엇을 해야겠냐고 물었다. 우리는 장작이 타면서 우리에게 주었던 열을 타버린 장작에 되돌려줌으로써 연소 과정을 거꾸로 되돌리려고 애쓸 수도 있다. 또한 나무가 타면서 우리에게 주었던 밝은 빛을 되돌려주기 위해 타버린 장작에 빛을 비춰줄 수도 있다. 그러나 새까맣게 타서 숯이 되어버린 장작에 열을 주고 빛을 비춰준다고 해서 장작이 원래 상태로 되돌아오진 않는다. 그저 우리에게는 밝은 빛과 따뜻함을 주는 타버린 숯만 남을 뿐이다. (중략) 어떻게든 대충 땜질을 해서라도 되돌려놓으려고 많은 시간을 허비하는 대신에, 열역학 제2법칙을 이해함으로써 우리는 상황을 받아들이고 앞으로 나아갈 수 있다. (본문 198~199페이지 중에서)
교류 전류로만 할 수 있는 일
테슬러는 직류가 아니라 교류를 만들기를 원했다. 직류 발전기의 경우 전선을 감은 코일이 발전기 안의 자석 사이에서 회전하면서 전류가 앞으로 갔다 뒤로 갔다 하는 변동을 바로잡아야 했다. 테슬러의 생각은 다음과 같았다. 전류를 그냥 왔다 갔다 반복(교류)하게 내버려두는 것이다. (중략)
테슬러는 이런 교류 전류가 에디슨의 직류에서는 해낼 수 없는 장거리 전력 공급을 가능하게 한다는 걸 알았다. 교류는 상당히 높은 전압으로 보낼 수 있고(상당한 전력으로 공급하는 게 가능해지고) 그런 다음에 가정용 전압으로 낮출 수 있기 때문이다. 고전압으로 전력을 공급하면 낮은 전류로도 먼 거리까지 전기를 보낼 수 있다. 이렇게 전류가 낮아도 된다는 건 가는 전선을 써도 된다는 얘기다. 이렇게 전압을 ‘올렸다가’ 도시의 배전소로 전압을 공급하기 전에 다시 ‘내리는’ 건 교류 전류로만 할 수 있는 일이다. (본문 248~249페이지 중에서)
다른 사람의 생각과 관점을 존중할 필요가 있다
당신의 관점이 유일하게 옳은 생각은 아니다. (중략) 아인슈타인의 새로운 세상에서는 기준이 되는 좌표가 모두 다르지만 그래도 동일하게 작용한다. 이는 다른 사람의 생각과 관점을 존중할 필요가 있다는 점을 말해주는 것이기도 하다. 이는 메리 수녀님의 ‘졸업반 학생들을 위한 삶의 선택’이라는 수업에서도 들었던 바이지만 아인슈타인으로부터 이런 식으로 듣는 게 나에게는 훨씬 더 강한 인상을 남겼다. 당신이 어디에 있는지, 얼마나 빨리 움직이는지, 가까이에 어떤 물체가 있는지에 따라 관점과 생각은 달라진다. 모든 것은 모든 것에 의존하고 있다. 정말로. (본문 274~275페이지 중에서) |
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