과학도서 - `물리학이 즐겁다`를 읽고 물리학이 즐겁다

`물리학이 즐겁다`를 읽고
나는 과학은 좋아하는 편인데 물리만큼은 별로 좋아하지 않는다. 그렇게 재미없는 것도 아닌데 이상하게도 관심이 끌리지 않고 어렵기만 하다. 차라리 수학이 더 좋다.
어쨌든 이번 기회에 물리에 관심을 가져 볼까 해서 책도 이 책 `물리학이 즐겁다`를 선택하게 되었다.
책의 제목이 `물리학이 즐겁다`여서 물리에 관한 이야기만 쓰여진 것이 아니라, 과학에 대한 전반적인 이야기가 함께 실려져 있었다. 그 만큼 물리가 과학에 있어서 큰 비중을 차지하고 중요하다는 것을 느낄 수 있었다.
`시간의 역행은 가능한가?` 지난번 독서 토론에서도 주제로 올랐던 것인데 정말 가능한 것일까? 이 책에서도 시간과 관련한 이야기가 한 부분을 차지하고 있었다.
만화나 영화 같은 것을 보면 인간이 타임머신을 타고 과거나 미래를 자유롭게 드나드는 것을 볼 수 있다. 하지만 이것을 만화, 영화에나 있…(생략)

않는다. 그것은 열역학 제2법칙에 어긋나기 때문이다. 그러므로 열역학 제2법칙이 있는 한 물병 속에서 시간이 과거로 가는 일은 없을 것이다. 따라서 엔트로피 증가의 법칙은 우주의 사건을 뒤로 돌리는데 가장 큰 장애가 된다.
우주에서의 시간은 엔트로피가 최대로 될 때까지 한 방향으로만 흘러갈 것이다.

타임머신을 타고 과거로 가서 부끄러운 과거를 지우고 싶다는 생각 같은 것을 버리고 오늘이 미래에 부끄러운 과거가 되지 않도록 노력해야 할 것이다.
또 하나 궁금했던 것이 혼돈 과학이었는데 이 책에서 잘 소개 해 주었다.
자연 전체를 지배하는 질서정연한 자연 법칙 같은 것이 과연 존재할까?
고대부터 그것을 밝히려는 노력이 전개되었지만 그들은 자연을 냉철하게 관찰하기보다는 그들의 사상과 종교적 신념을 정당화하는 방편으로 이용하기로 했기 때문에 효과적으로 자연 현상을 설명할 수 없었다.
17세기에 이르러 뉴턴 역학이 확립되자 비로소 사람들은 자연이 질서정연한 자연법칙에 의해 운행되고 있다는 것을 알게 되었다. 하지만 뉴턴 역학을 이용하여 자연의 모든 현상을 수학적으로 분석할 수 있었던 것은 아니다. 실제로 분석해 낼 수 있었던 것은 자연의 여러 가지 복잡한 현상 중에서 간단한 몇몇 현상에 지나지 않았다. 그러나 컴퓨터의 이용이 본격화되면서 그때까지 우리가 다룰 수 없었던 방정식을 다룰 수 있게 되자 자연은 우리가 생각하고 있던 것과는 또 다른 여러 가지 현상을 가지고 있다는 것을 알게 되었다.
1963년에 다양한 기상 현상을 기술할 수 있는 기상 모델을 찾으려고 하던 로렌츠는 간단한 3원 연립 미분 방정식에서 혼돈이라고 불릴 만한 정도로 복잡하고 불규칙적인 결과를 얻는다. 간단한 방정식으로부터 혼돈스런 현상이 나타난 것이다. 그것은 혼돈과 질서를 새롭게 인식할 수 있도록 해 준 사실이었다.

또 하나 흥미로운 것은 로렌츠의 그 기상 모델에서 얻은 복잡한 해를 위상 공간에 그려보면 복잡하지만 일정한 규칙성을 가진 기하학적인 형태로 나타난 것이다. 그런데 이러한 기하학적인 구조가 이미 자연계에 널리 존재한다는 사실이 다른 분야에서 속속 발견되었다. 그 구조가 바로 프랙탈구조이다. 나뭇가지나 허파의 동맥, 눈송이가 바로 그 구조로 되어 있다.
결국 1970년대부터 시작된 혼돈과학은 기존의 방법으로는 잘 분석할 수 없어서 혼돈스러운 운동이라고 치부되던 운동의 많은 부분을 자연 질서 속으로 끌어들인 것이다.

그러나 혼란스러워 보이는 모든 현상이 모두 해결된 것은 아니다. 이제 이런 세계를 들여다보는 작은 창을 겨우 낸 셈이다. 아직은 우리 주위의 자연 속에는 질서와 혼돈의 세계가 함께 존재하고 있다는 것을 알아야 한다.

이 책을 읽고 다른 것들도 많이 알게 되었지만 그래도 앞서 언급한 시간과 혼돈과학이 가장 재미있게 잘 배운 것 같다. 그 전에 갖고 있던 물리에 대한 나의 생각도 조금 바뀌게 되었다.