“우리가 자유롭게 결정하고, 존재하는 것조차 물리학이다!”

≪인디펜던트≫, ≪이코노미스트≫, ≪텔레그래프≫, ≪가디언≫, ≪뉴 사이언티스트≫, ≪이브닝 스탠다드≫
2015년 ‘올해의 책!’

전 세계 언론이 극찬한 2015년 ‘올해의 책!’
펭귄그룹 창사 이래 가장 빨리, 많이 팔린 과학책!

“놀랍게도, 이 얇은 책 안에는
‘우주 미스터리’에 관한 거의 모든 것이 담겨 있다.”

2015년, 전 세계 출판계를 통틀어 가장 ‘핫한’ 책을 꼽으라면, 단연 이탈리아 출신의 물리학자 카를로 로벨리(Carlo Rovelli)의 ≪모든 순간의 물리학≫(원제: 일곱 개의 짤막한 물리학 강의)일 것이다. 이 책은 특이하게도 ‘물리학 책은 안 팔린다’는 편견을 깨고 이탈리아에서만 30만 부, 유럽 전체 100만 부 이상의 판매고를 올리며, 종합 베스트셀러 1위에 올랐다.
더욱이 당시 전 세계 출판계를 휩쓸고 있던 E. L. 제임스의 ≪그레이의 50가지 그림자≫를 누르고 베스트셀러 1위에 올라 더 많은 화제를 불러일으키기도 했다. 영화 ‘인터스텔라’의 폭발적인 흥행이 한몫했다는 평가도 있기는 하지만, 불과 78쪽(이탈리아판) 분량의 물리학 소책자가 이처럼 팔려나갈 것이라고는 정작 이 책을 쓴 카를로 로벨리 자신도 “2,000부 정도만 생각하고 낸 책이 이처럼 빠르게 팔려나갈지 몰랐다.”고 말할 만큼 예측하지 못한 수준의 판매고였다.
그러나 ‘2,000부를 기대했다’는 저자의 겸손함에도, 실제 카를로 로벨리는 세계적으로 꽤나 알려진 물리학자이다. 그는 상대성이론과 양자역학을 결합하여 ‘루프양자중력’이라는 새로운 개념을 만들어냄으로써, 블랙홀과 우주 미스터리를 푸는 과정에서 중요한 진전을 이뤄냈다는 평가를 받는다. 그는 또한 대중을 위한 물리학 강연에도 활발한데, 이 책은 그의 대중을 위한 물리학 강연의 일환인 셈이다.

“쉽다, 아름답다, 명쾌하다!”
세계적인 물리학자 카를로 로벨리,
광대한 우주, 그리고 매 순간을 살아가는 인간을 말하다

≪모든 순간의 물리학≫은 저자가 서문에서 밝히고 있듯이, 20세기 이래로 물리학에 불어닥친 거대한 혁명(이를테면 최근 증명된 ‘중력파’까지도 포함한)의 가장 두드러진 특징과, 이 혁명으로 포문을 열게 된 새로운 문제 그리고 그 신비를 간략히 살펴보고 있다. 총 일곱 개로 구성된 강의는 20세기 물리학의 혁명을 일으킨 핵심 이론들뿐 아니라 가장 최근에 도입된 참신한 아이디어들까지 매우 간결하게 소개하면서도, 전체적으로 우주를 새로이 이해하도록 하고 있다. 여러 가지 이론들의 단순한 나열이 아니라, 정반합의 변증법적인 변화 과정처럼 우주에 관한 새로운 그림을 향해 어떤 이론들이 탄생하고 상호 영향을 주고받아 변화하며, 결국 결합하여 새로운 이론이나 아이디어로 나아가는지 잘 보여주고 있다.

‘시간의 흐름은 무엇일까?’와 같은 의문을 갖다 보면 시간이 문제의 핵심이 됩니다.
이러한 문제는 고전 물리학에서 이미 언급되었고, 19세기부터 20세기까지는 철학자들의 주목을 받았지만, 현대 물리학에서는 상당히 예민한 문제가 됐습니다. 물리학은 사물이 ‘시간 변수’에 따라 어떻게 변화하는지를 말해주는 공식들을 가지고 이 세상을 설명합니다.
한편 우리는 사물이 ‘위치 변수’에 따라 어떻게 변화하는지, 혹은 ‘버터 양의 변수’에 따라 리소토의 맛이 어떻게 변화하는지를 말해주는 공식을 쓸 수 있습니다. 시간은 ‘흐르는’ 것처럼 보이는 한편, 버터의 양이나 공간의 위치는 ‘흐르지’ 않습니다. -본문 100~101쪽

한편 이 책은 또 다른 매력적인 장점을 갖고 있다. 바로 현대 물리학을 거의 모르거나 아예 모르는 사람도 이해할 수 있도록, 수식 없이 전문적인 용어 사용을 극히 절제하면서 일상생활에서 쉽게 접근할 수 있는 것에 대한 비유를 통해 아주 쉽게 설명하고 있다는 점이다. 이를테면, 일반상대성이론에서 우주에서의 중력장이 시간과 공간을 바다의 파도처럼 휘게 변화시킨다거나, 양자역학에서 말하는 입자들이 생성됐다 사라지는 불안정한 미시 세계를, 멀리서 보면 아주 잔잔한 바다이지만 가까이서 보면 파도가 쉴 틈 없이 쳤다가 사라지는 변화에 비유한다.

양자중력이론에서 설명하는 세상은 우리에게 익숙한 세상과는 상당히 거리가 있습니다. 세상을 ‘수용’하는 공간도 없고 다양한 사건들이 일어나는 긴 시간도 존재하지 않습니다. 그저 공간 양자와 물질이 계속 서로 상호작용을 하는 기본적인 과정만 있습니다. 우리 주위를 계속 맴도는 공간과 시간의 환영은 이 기본적인 과정들이 무더기로 발생할 때의 희미한 모습입니다. 그러니까 고산지대의 어느 조용하고 맑은 호수는 사실 무수히 많은 아주 작은 물 분자들이 빠른 속도로 춤을 추어 만들어진 것입니다. -본문 80~81쪽

또한 공간 양자를 언급하면서 양자들 간에 발생하는 사건들이 곧 이 세상 공간이고 그 자체가 시간의 원천이라 비유한다거나, 블랙홀의 열이 세 가지 언어(양자, 중력, 열역학)로 쓰인 로제타스톤과 같아 그 정체를 알려면 미래의 암호 풀기를 기다려야 한다는 식의 설명은 전문가들조차 이해가 어려운 내용들을 일상 언어로 쉽게 풀어주고 있는 것이다.

광대한 우주 공간의 신비,
그 안의 우리, 인간이라는 존재는 무엇인가?

마지막으로 이 책은 21세기 과학기술 문명을 사는 우리들에게 의미 있는 문제의식을 던진다. 그런 면에서 일곱 번째 강의 ‘우리, 인간이라는 존재’에서는 이 책의 핵심 주제와 오늘날 현대 물리학의 문제의식이 짙게 묻어난다. 저자 자신이 던진 질문들이 이를 말해준다.

느끼고 판단하고, 울고 웃는 인간 존재인 우리는 현대 물리학이 제공하는 세상이라는 이 거대한 벽화 속에서 어떤 위치에 놓여 있을까요? <중략> 우리 역시 그저 양자와 입자로만 만들어졌을까요? 그렇다면 각자 개별적으로 존재하고 스스로를 나 자신이라 느끼는 이유는 무엇일까요? 우리의 가치, 우리의 꿈, 우리의 감정, 우리의 지식은 또 무엇이란 말인가요? 이 거대하고 찬란한 세상에서 우리는 대체 무엇일까요? -본문 112~113쪽

우주론을 탐구해온 저명한 과학자의 인간에 대한 고뇌와 현대 물리학의 최첨단에 선 논의를 엿볼 수 있는 대목이다. 우주에 대한 인간의 호기심은 수천 년간 이어져 왔지만, 요즘처럼 과학적으로 신빙성 있는 이야기들이 폭넓게 인구에 회자한 적은 없었다. 그런 의미에서 이 책은 현대 물리학을 모르는 사람들을 위한 간결하면서도 의미 있는 우주 탐색의 좋은 길잡이가 될 것이다.
“수백 년 과학 역사의 놀랍고도 구체적인 결과물” – 이코노미스트The Economist

“일목요연하고, 명쾌하면서도 매력적이다!” – 뉴사이언티스트New Scientist

“놀라울 뿐이다… 생동감 넘치는 비유와 인상적인 시각이 돋보인다!” – 네이처Nature

“로벨리는 최전선에 있는 과학 이론을 현란한 언어가 아닌 명확하고 흥미로운 어조로 잘 전달하고 있다. 신선하다.” – 가디언The Guardian

“군더더기 없는 시적 명상으로 가득하다. 로벨리는 이탈리아 로마의 시인 루크레티우스, 과학자 갈릴레오, 화학자 프리모 레비, 작가 이탈로 칼비노의 뒤이어, 과학 글쓰기에 전통적으로 능통한 위대한 이탈리아 인들의 뒤를 따른다. 그의 물리학은 이해하기 쉽고, 깨끗하다. 저자는 맑게 정화된 인간적 시선을 통해 과학에 날카로운 의미를 불어넣고 있다.” – 인디펜던트The Independent

“물리학자가 아침에 일어나마자 무슨 생각을 하는지 알고 싶다면, 로벨리보다 더 잘 설명할 사람을 없을 것이다. 이 책은 몰입도가 뛰어난 사랑스러운 책이다. 저자는 물리학을 낭만시처럼, 신이 선사한 묘한 매력이 있는 학문으로 소개한다.” – 뉴스테이츠맨New Statesman

“한눈에 읽을 수 있도록 잘게 쪼개어져 있지만 큰 주제를 이야기한다: 로벨리의 이 책은 지금까지 풀리지 않았던 우주의 미스터리에 관한 한 거의 대부분을 설명한다.” – 이브닝스탠다드Evening Standard

“지금까지 물리학이라는 학문은 많이 대중화되었지만, 로벨리 교수의 이 책은 뭔가 다르다. 그의 문장은 날 것 그대로이면서도 동시에 매혹적이며, 다루고 있는 모든 주제는 독자들의 진짜 흥미를 불러 일으킨다.” – 코리에델라세라Corriere della Sera(이탈리아 유력지)

“평범한 언어도 놀라운 이야기를 할 때는 말 그대로 아름다워질 수 있다. 저자의 문장은 우주를 이해하기 위해 떠나는 인간의 마음의 위대한 모험으로 초대한다. 이 책을 읽는 것은 큰 기쁨이다.” – 앨런 알다Alan Alda(배우)

“놀라울 정도로 명확하고 생생하다. 카를로 로벨리는 효과적인 방식으로 아주 큰 것과 아주 작은 것의 미스터리를 해결하기 위해 노력한다.” – 피립 풀먼Philip Pullman(소설가)

“저자 로벨리는 과학에 대해 간단하면서도 명료하게 얘기하는 새로운 방식을 찾았다. 그의 7가지 강의는 마치 한 편의 시가 그러하듯이 감동적이며, 간결하고, 꿈을 꾸는 듯하다.” – 파올로 조르다노Paolo Giordano(소설가)

“현대 물리학의 몇 가지 핵심적인 발견을 간결하고도 아름답게 소개하는 도입 부분을 통해 과학의 근원은 바로 호기심과 경이로움이라는 것을 다시금 알려준다.” – 리 스몰린Lee Smolin(미국 이론 물리학자/ 로벨리와 함께 루프 양자 이론 공동 정립자)

“이 책은 세상을 지금까지와는 다른 시각으로 보게 하는, 아름답고도 감동적인 책이다. 인간의 감동이 잘 담겨져 있으면서도 자연 우주에 대한 경이로 가득 차 있다. 저자 로벨리는 수학 방정식의 시적 감각을 잃지 않으면서도 일상적인 언어로 현대 물리학의 지평과 깊이를 담아낸다.” – 예난 이사마엘Jenann Isamael(아리조나 주립대 철학과 교수)

“역사의 흐름 속에서 놀랍게 도약해온 우리의 모든 지식 중에서 아인슈타인이 발전시킨 지식은 단연 특별합니다. 일단 어떻게 작용하는지를 알기만 하면 아인슈타인의 이론은 말도 못하게 간단합니다. 아인슈타인은 일상 속에서 탁해진 우리의 진부한 시선보다 훨씬 더 맑은 시선으로 현실을 바라봅니다. 이 현실 역시 꿈으로 만든 재료로 이루어진 것 같아 보이지만 우리가 일상적으로 꾸는 흐릿한 꿈보다는 훨씬 현실적입니다.” _p. 15

“양자역학이 없었다면 트랜지스터도 없었을 것입니다. 그러나 양자물리학 이론들은 물리계에서 어떤 현상이 벌어지는지는 설명하지 못하면서, 한 물리계가 다른 물리계에 어떻게 인지되는지만 설명합니다. 이게 무슨 뜻일까요? 한 물리계의 본질적인 실체에 대한 설명이 불가능하다는 뜻일까요? 그저 물리학 역사에서 거쳐야 할 한 부분이 빠져 있다는 뜻일까요? 아니면 현실은 상호작용으로써만 설명될 수 있다는 개념을 받아들여야만 한다는 의미일까요? 나는 개인적으로 그렇다고 생각합니다.” _p. 39

“코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1473~1543)가 소위 위대한 과학적 혁명을 시작하면서 또 한 번 도약하게 됩니다. 코페르니쿠스의 세상은 아리스토텔레스의 세상과 크게 다르지 않았습니다. 하지만 근원적으로 다른 것이 하나 있었습니다. 코페르니쿠스는 고대에 이미 구상되었으나 버려졌던 아이디어에 착안하여, 행성들의 무도회의 중심에 있는 것이 지구가 아니라 태양이라는 것을 발견하고 이를 증명해냈습니다. 이때부터 우리 지구는 다른 행성과 다를 바 없는 행성이 된 것입니다. 매우 빠른 속도로 스스로 회전하며 태양의 주위를 돌게 됩니다. 코페르니쿠스의 세상은 아리스토텔레스의 세상과 크게 다르지 않았습니다.” _p. 48

“공간 중에서 원자가 없는 빈 영역을 관찰해보면 이러한 입자들이 무리를 형성하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 그러니까 진짜 빈 공간, 완벽하게 빈 공간은 존재하지 않는 것입니다. 아주 잔잔한 바다를 가까이에서 보면 파도가 거의 멈춘 듯 가볍게 치고 있는 것처럼, 이 세상을 형성하고 있는 입자들의 장도 작은 층을 이루며 떠다닙니다. 상상해보자면 이 세상의 기본 입자들은 모두 하루살이 같은 짧은 삶을 불안해하며 계속해서 만들어지고 또 파괴되고 있는 셈이지요.” _p.61

“하이데거의 열혈 추종자들을 포함한 일부 철학자들은 물리학이 가장 근원적인 현실의 모습은 설명할 수 없다는 결론을 내리고, 물리학을 오해를 불러일으키는 지식으로 격하했습니다. 그러나 오래전부터 정말 믿을 수 없는 것이 인간의 순간적인 예감이라는 것을 증명하는 일들은 수없이 많았습니다. 만약 우리가 이 순간적인 예감에 집착했다면 아직도 지구가 평평하고 태양이 지구의 주위를 돌고 있다고 생각하고 있을지도 모릅니다. 이러한 예감, 즉 직관들은 한정된 경험을 바탕으로 진화했습니다. 그렇기 때문에 조금 더 멀리 내다봐야 세상이 겉으로 보이는 것과 다르다는 사실을 알 수 있습니다.” _p.104

“지극히 인간적이라고 해서 우리가 자연과 구분되는 것은 아닙니다. 이 또한 우리의 자연이기 때문이지요. 자연은 여기, 우리 지구에서 자신의 일부들과 상관관계를 맺어 서로 영향을 끼치고 정보를 교류하면서 끝없이 조합하는 방식으로 존재합니다. 이외에 어떻게, 얼마나 많은 독특한 복합성을 지녔는지는 모르지만, 아마 자연은 우리가 상상조차 할 수 없는 형태로 무한한 우주 공간에 존재하고 있을 것입니다. 저 위, 우주에 정말 드넓은 공간이 존재하는데, 변두리 구석에 위치한 평범하기 짝이 없는 이런 은하에 무엇인가 특별한 것이 있을 거라는 생각은 어리석은 것입니다. 지구에서의 삶은 그저 우주에서 일어날 수 있는 수많은 것 중에서 한 가지를 맛보는 일에 지나지 않습니다. 그러니 우리의 영혼은 다른 사람들의 영혼과 그리 다를 바 없는 것입니다.” _p.128

시작하며

첫 번째 강의 | 세상에서 가장 아름다운 이론
두 번째 강의 | 양자역학
세 번째 강의 | 우주의 구조
네 번째 강의 | 입자
다섯 번째 강의 | 공간 입자
여섯 번째 강의 | 가능성과 시간, 그리고 블랙홀의 열기
마지막 강의 | 우리, 인간이라는 존재

감수의 글