태초에 신이 빚어 놓은 모든 것에
‘왜?’, ‘어떻게?’라는 질문을 던지다

물리학의 역사가 곧 앞만 보고 진격하는 진취적 역사일 수밖에 없는 것은, 애초에 이 학문이 모든 것이 결정되어 있던 신의 세계에 최초로 저항하면서 태어난, 지극히 인간적인 학문이기 때문이다. 신이 완벽하게 만들어 놨다는 이 세계(완벽해 보이지 않는 부분이 있더라도 그조차 신의 의도일 뿐이다)가 ‘왜 하필’ 이렇게 생겼는지, 왜 태양과 달은 뜨고 지는 것인지, 왜 손을 떠난 돌멩이는 아래 방향으로만 떨어지는 것인지… 물리학을 위시한 자연과학은 이러한 숱한 물음들에 대한 답을 끝없이 찾아 나가면서 현재의 모습에 이르렀다.

이 책에는 그 기나긴 여정의 주역들이었던 수많은 물리학자들이 등장한다. 중·고등학교 과학을 공부한 이들이면 누구나 아는 뉴턴과 아인슈타인뿐 아니라, 양자 중첩 및 양자 얽힘 현상과 관련해 가장 최근(2022년) 노벨물리학상을 수상한 아스페·차일링거·클라우저에 이르기까지 어느 하나 인상적이지 않은 인물이나 이론이 없다. 그들이 몇백 년에 걸쳐 치열하게 예측하고 실험하고 증명하고 반박하고 뒤집고 뒤집히고 때로는 맞붙어 싸우는 그 모든 역동적인 과정에 녹아들어 읽어 가다 보면, ‘물리학’이라는 아주 오래되고 광대한 산맥을 큰 틀에서 조망할 수 있을 것이다.

메타버스에서 하루아침에 챗GPT로…
첨단 과학기술의 혼란한 파도 속 의지할 수 있는 ‘닻'

이 책은 매일 언론과 SNS 등 각종 매체를 장식하며 비즈니스계에 회자되는 첨단 기술들의 바탕에는 물리학이 있으며, 그 근본에 대한 이해와 사유 없이는 그저 급변하는 트렌드에 이리저리 떠밀리거나 뒤에서 쫓아갈 수밖에 없음을 자연스럽게 깨닫게 한다.

트렌드에 민감한 독자라면, ‘챗GPT’ 붐 바로 직전에 ‘메타버스’ 붐이 그와 거의 똑같이 펼쳐졌다는 사실을 대부분 기억할 것이다. 2021년 말부터 세계 정보 기술 업계를 휩쓸었던 메타버스(3차원 가상현실 공간) 열풍은 챗GPT라는 생성형 인공지능에 밀려 2023년 현재 거의 자취를 감춰 버렸다. 대표적으로 디즈니가 메타버스 사업부를 고작 일 년 만에 폐쇄했고, 회사 이름까지 ‘메타’로 바꿨던 페이스북 역시 2022년 말에 직원을 1만 명 넘게 해고하며 관련 사업을 대폭 축소했다. 마이크로소프트도 메타버스 플랫폼 서비스를 2023년 3월 종료했다.

어떻게 세계 유수의 슈퍼 기업들과 비즈니스 구루들의 주도하에 이런 말도 안 되는 해프닝이 줄줄이 벌어질 수 있는지, 일반 대중은 그저 어안이 벙벙한 채로 다음 트렌드, 즉 챗GPT로 빠르게 관심을 옮겨 간 상태다. 저자는 이에 대해 “아이러니하게도 인류의, 특히 소수 과학자 집단의 과학적 성취가 더욱 쌓여 갈수록 대중의 과학적 사고는 오히려 점점 쇠퇴하고 있는 듯”하다고 지적한다. 첨단 기술에 피상적으로 의존할수록 과학적이고 비판적인 분석 능력은 떨어지며, 특히나 “챗GPT와 같은 인공지능 모델이 등장하면서, 인간이 세상을 깊이 이해하기 위해 스스로 노력할 필요성은 더더욱 줄어들지도” 모른다는 것이다.

그렇다면 지금 같은 시기일수록 기초물리학이 발전해 온 역사와 근본 원리를 이해하는 일은 매우 중요하다. 첨단 트렌드를 외면하기 위해서가 아니라 오히려 그것을 주도적·선택적으로 활용하기 위해서다. 저자는 엄밀하고, 정확하고, 합리적이면서 논리적인 과학적 사고 체계를 익히는 학문으로서 물리학의 면모를 강조하며, 우리가 그에 힘입어 앞으로 나아가고 끝내 생존할 수 있는 길을 이야기한다.

‘뜬구름 물리학’, ‘박물관 물리학’이 아닌
지금 우리 곁에서 성큼성큼 ‘진격’ 중인 물리학을 만나다!

저자는 시중의 물리학책들에 대해 다음과 같은 재미있는 견해를 내놓는다. “(…) 물리학자들은 자신들이 수학을 통해서 밝혀낸 자연의 비밀을, 가급적이면 수학을 직접 이용하지 않으면서 일반 대중에 전달할 수 있도록 각고의 노력을 기울이고 있습니다. 수학 방정식 하나면 말끔히 설명할 수 있는 자연현상을 일반 언어로 설명한다는 것이 쉬운 일은 아니죠. 따라서 이 책을 포함해 시중에 나와 있는 대부분의 물리학 관련 교양 서적들은 되도록이면 수학을 빼고 대중에 다가가기 위한 눈물겨운 노력의 결정체라고 할 수 있습니다.”

그렇다 보니 성인 대상 물리학 교양 도서들은 아무래도 이론 자체를 자세히 설명하기보다는, 하나의 세부 영역을 잡아 대강의 정의와 분위기 및 정서를 전달하는 경우가 많다. 그러나 조금 더 실질적으로 물리학의 기본을 공부하고자 하는 독자라면, 그러한 책들이 조금은 ‘뜬구름’ 잡는 소리처럼 느껴질 위험도 있다. 그렇다고 해서 고등학교 물리 Ⅰ, Ⅱ 교과서를 다시 구해 ‘박물관’ 지식을 공부하고 싶지도 않을 것이다. 그 둘 사이 어딘가에서 목말라하고 있는 독자들에게, 물리학의 역사성과 그 의미, 그리고 풍부한 이론들의 세부를 함께 이야기하는 이 책을 권한다.

‘물리학’이라는 거인의 어깨 위에서 바라본
인류의 과거-현재-미래 풍경

1장 「과거: 권위를 부수고 자라다」에서는 자연은 신의 섭리이며 인간의 영역이 아니라는 절대적 금기를 깨고 ‘왜’와 ‘어떻게’라는 질문을 던지며 등장한 물리학의 탄생과, 기존의 권위를 뚫고 수학적 이론과 실험적 증거로써 계속 반증되어 온 진격의 역사를 다룬다. 뉴턴이라는 거인의 빛에 대한 학설을 무너뜨린 서른 살 학자 토머스 영의 이야기부터, 인류 최초의 ‘물리학자’로서 아리스토텔레스의 진가를 면밀히 재정의한다.

2장 「현재: 학문의 경계를 허물다」에서는 물리학을 비롯해 모든 과학 연구 방법론의 바탕이 되고 있는 파인만 알고리즘과, 국내에서 아직 갈 길이 먼 기초과학 연구 및 투자의 중요성, 전 세계 자연과학 연구의 메카인 케임브리지대학교 캐번디시연구소의 예를 통해 화학·생명과학 등 다른 과학과 떼려야 뗄 수 없는 물리학의 융합적인 면모를 살펴본다. 또한 인류 역사에서 물리학자들의 운명을 좌우하며 물리학의 판도를 바꿔 놓기도 한 철학자들과의 관계성을 조명한다.

3장 「미래: 인류 생존을 걸머지다」에서는 입자물리학의 표준모형이 성립된 과정과 그 한계, 최종이론의 강력한 후보인 초끈이론의 가능성, 모든 이론들의 이론이라고 불리는 최종이론의 진정한 의미를 탐구한다. 그리고 ‘이해하는 것이 아니라 받아들이는 것’이라는 양자역학의 윈리와 치열한 증명의 역사, 뉴로모픽·‘의식’을 가진 인공지능·양자컴퓨터와 같은 신기술들의 발전 가능성과 한계, 물리학을 비롯한 모든 자연과학 및 과학기술, 사회 문화가 힘을 합쳐 해결해야 할 전 지구적 기후위기의 과제 등을 이야기한다.

들어가며: 새로운 시대의 가장 중요한 ‘교양’, 물리학

1장. 과거: 권위를 부수고 자라다
빛과 관성을 둘러싼 오랜 투쟁
수학적 이론과 실험적 증거의 만남
최초의 물리학자를 위한 변론
문명은 ‘법칙’ 이전과 이후로 나뉜다

2장. 현재: 학문의 경계를 허물다
파인만 알고리즘과 그 진화
기초과학의 힘: Research & Discovery
경계 없는 우주, 허물어지는 학문의 벽
물리학자가 철학을 품을 때

3장. 미래: 인류 생존을 걸머지다
우주 탄생의 비밀을 풀어낼 신의 방정식, 최종이론
인공지능은 과학자가 될 수 있을까
이해 저 너머 양자 세계를 만지다
기후 위기가 거짓말이라는 거짓말

나오며: 물리학의 꿈