가끔 유머 게시판에 물리 관련 유머가 올라오곤 합니다. 주로 흰 것은 종이요, 검은 것은 글씨라는 것 외에는 알아먹을 수 없는 길고 아름다운 수식과 그에 대한 사람들의 절규가 터져나오는 패턴인데요. 저는 무려 국문과 출신이지만, 유치원 졸업 기념 그림은 우주여행을 그렸고 초등학교 때까지는 놀랍게도 물리학자가 꿈이었습니다. 중학교에 들어간 후 관심사가 문학 쪽으로 완전히 바뀌어 버렸지만요.

  여하튼 그런 어릴 적 성향은 여전히 남아 있어, 저는 물리학이나 천문학 책을 즐겨 삽니다. 물론 전공서적 말고 교양서적이지요. 이실직고하자면, 무슨 뜻인지 전혀 알 수 없고 사실은 알고 싶지도 않는 아름다운 수식들이 가능한 한 적게 나오는 책을 고릅니다. 물론 아예 수식을 배제할 수는 없어요. 수식이 없으면 설명이 장황해질 수밖에 없습니다. 그러나 적어도 그 수식에 대해 원숭이도 알아들을 만한 쉬운 설명이 곁들여진다면, 이과쪽에 대해서는 솔직히 원숭이와 별로 다를 것도 없는 이 국문학도조차도 물리의 세계에 빠져들 수 있습니다.

  근무시간에 일은 제대로 안 하고 공상이나 하면서 노닥거리다가 그 생각을 불과 몇 페이지로 대강 정리해서 쓴 후 학술지에 보냈더니 자기도 모르는 사이에 전세계적인 물리학자가 되어버린 모 특허청 공무원이 제시한 간단한 식을 하나 볼까요? E=mc2는 고등학교 졸업자라면 누구나 아는 식이지만, 제가 이 식의 진정한 의미에 대해서 알게 된 건 고등학교를 졸업하고 십 년도 더 지난 후의 일이었습니다. E는 에너지의 양을 뜻하죠. m은 질량입니다. c는 속도라고 흔히 말하지만, 정확히 말하자면 광속입니다. 이로부터 에너지란 질량과 속도에 비례한다는 사실을 알 수 있고, 약간 더 나아가자면 c(광속)은 [무지막지하게 큰 숫자]이므로 설령 어떤 물체가 작더라도(=m이 작더라도) 광속의 제곱(c2)을 곱하고 나면 결국 그 물체가 지닌 에너지는(=E는) 엄청나게 크다는 사실을 도출할 수 있습니다. 약간 더 나아가 볼까요? 아무리 작은 물체라도 에너지를 엄청나게 가지고 있으니 이 에너지를 밖으로 끄집어낼 수만 있다면 활용이 가능하겠네요. 그래서 과학자들은 원래 가만 냅둬도 스스로 잘 부서지는 특정한 물체(방사성 물질)을 단단하고 빠른 입자로 후려쳐서 갑작스럽게 부숴 버립니다. 그럼 그 물체는 부서지면서 본래 내재하고 있던 에너지를 쾅! 하고 터트려 버리지요. 그렇습니다. 이게 핵분열이고 원자폭탄의 원리입니다. 혹시나 해서 덧붙이지만, 이 문단 서두의 불성실한 특허청 공무원의 이름은 알베르트 아인슈타인이라고 합니다.

이렇듯 물리학을 통해 우리는 자연의 위대하고도 아름다운 원리를 살짝이나마 엿볼 수 있습니다. 다들 그런 경험 있으시잖아요? 어릴 때 TV나 라디오를 보고 저게 무슨 원리일까 궁금한 나머지 드라이버로 분해해버린 후 어머니께 혼나던 그런 기억 말입니다. 어떤 현상의 원리를 알고 싶어하는 것은 인간의 본연적인 성향입니다. 그리고 물리는 우리가 살고 있는 세상의 모든 원리를 설명하는(어떤 경우에는 설명하려고 애쓰지만 잘 안되어서 사람 여럿 나가떨어지는) 학문입니다. 그래서 재미있어요.

  저같은 문과생들이 재미있게 읽을 수 있는 물리 교양서적을 몇 권 소개해드릴까 합니다.

1. [거의 모든 것의 역사] 빌 브라이슨
- 왠지 역사책처럼 보이지만 교양과학 책입니다. 물리뿐만 아니라 생물, 화학, 천문학 등 과학 전반에 걸쳐 친절하게 설명해 줍니다. 인류가 지금껏 겪어온 과학적 발전사를 체험할 수 있는 좋은 책입니다.  

2. [평행우주] 미치오 가쿠
- 물리학 가운데서도 정말 재미있는 분야인 양자역학과 상대성 이론을 중심으로 우주의 원리에 대해 설명하는 책입니다. 미치오 가쿠는 교양물리서적을 많이 쓰는 학자인데 이 책도 추천할 만합니다.

3. [물리학 클래식 : 물리학 원전을 순례하다] 이종필
- 위대한 물리학 논문들을 쉽게 풀어 설명한 책입니다. 조곤조곤하게 가르쳐 주는 듯한 문장이 일품입니다. 국내 학자가 집필하였기에 과학관련 서적에서 필연적으로 발생하곤 하는 번역 문제가 없다는 것도 장점입니다.


  원래 여기서 글을 마무리지으려 했지만, 삘 받은 김에 하나 더 이야기하려 합니다. 위에서 언급한 [물리학 클래식]에서 인상 깊게 본 내용인데요. 상대성 이론의 ‘상대성’이란 원리의 상대성이 아닙니다. 물리학이란 우주의 원리를 탐구하는 학문이며, 물론 항상 예외는 있지만 그 원리는 대체로 불변의 원리입니다. 상대성 이론은 그 불변의 원리 하에 특정한 현상이 상대적으로 변하는 것을 논하는 이론입니다. 아인슈타인은 “어떠한 물체도 광속보다 빠를 수는 없으며”, “빛의 상대적인 속도가 일정함”을 가정했습니다. 그런데 어떤 물체에 에너지를 엄청나게 쏟아 부어 가속도를 계속 높인다면 어떻게 될까요? 광속에 가까워질 때까지 그 물체는 점점 빨라집니다. 그러나 광속에 근접하더라도 상대성 이론에 따라 광속을 초월할 수는 없지요. 여기에 에너지를 더 투입하면?

  자, 다시 저 위대한 식인 E=mc2를 가져와봅시다. 광속인 c는 불변이므로 상수입니다. 그런데 좌변인 E를 계속 키우는(에너지를 계속 가하는) 겁니다. 그럼 답은 하나뿐이지요. m이 커질 수밖에 없습니다. 즉 그 물체의 질량이 커지는 겁니다! 뭔가를 엄청나게 세게 계속 밀었더니 물체가 마구마구 무거워진다는 이야기입니다.

  여기에다 더 쓴다면 움직이는 물체의 길이가 줄어들고 시간이 느리게 간다는 SF적인 이야기가 나오게 됩니다. 그러나 놀랍게도 상대성 이론에 따라 이들은 모두 사실입니다. 빠르게 움직이는 물체를 외부에서 관찰할 때, 그 물체 안(특정한 계 안)의 시간은 느리게 가고 그 물체의 길이는 진행방향으로 짧아집니다. 그러나 그 물체 안에서 볼 때는 길이나 시간의 변동이 없지요. 이 내용을 좀 더 자세하게 쓰려고 했지만 머리가 아파서 이만 생략합니다. 자세한 내용은 위의 책들을 참고해 주세요.

  어떠십니까. 물리에 흥미가 조금 생기셨나요? 전문가 및 전공자분들의 열화와 같은 댓글을 부탁드립니다.


(추가)
와이프와 연애하던 시절, 저는 당시 한참 재미있게 읽던 양자역학 이야기를 와이프에게 했습니다. 이를테면 슈뢰딩거의 고양이라든지, 원자에서 전자의 위치를 특정할 수 없다는 등의 이야기 말입니다. 그 때 와이프는 참 재미있게 듣더라고요. 결혼한 후 제게 이야기했습니다. 그 때 이 인간이 데이트 나와서 무슨 뻘소리를 하는지 기가 막혔다고요. 그런즉슨, 이런 이야기를 여자에게 하면 생길 수도 있습니다?