과학도서 - 물리학 환상 여행 물리학 환상 여행

우주는 하나의 수수께끼이다. 아마 앞으로도 어느 정도는 영원히 그럴 것이지만, 우리는 여전히 그 우주를 이해하려고 시도할 것이다. 우주와 관련하여 가장 경이로운 것 중의 하나는 우주의 대부분은 이해할 수 있는 것처럼 보인다는 사실이다. 과학으로 인해 몇몇 신비로움이 없어지겠지만, 그러는 동안 새로운 수수께끼들이 생겨날 것이다. 과학은 우리들이 세상의 몇 가지 측면들을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다. 그렇지만 그 과정에서 우리는 자신이 옛날에는 알지 못했던 사실들을 이제는 이해하지 못함을 알게 된다. 이해라는 과제가 결코 해결할 수 없는 운명인 것처럼 보이는 것이 불만족스럽게 여겨질 것이다. 그렇지만 우리는 여전히 물리 세계에 관해 모든 것을 알 수 없다 해도 가능한 많은 것을 알려고 해야 한다. 결국 우리가 이 세계에 존재하고 있기 때문에, 아주 작은 경이라도 그것을 조사해 봐야 하는 것이다.
이 책은 이야기 형식…(생략)

서 방출되어 결국 우주의 모든 에너지는 이런 식으로 방출되어 열적 죽음을 초래한다.
이 첫 번째 방문은〈변화〉라기보다는〈존재〉의 과학에 대해서 말해준다. 에너지 보존과 열역학적 평형, 그리고 변화하지 않는 상태를 향한 자연의 진보에 대해서 말해준다.
두 번째 방문에서 스크루지는 끊임없이 변하는 시간의 유령을 만나는데, 그 유령은 그에게 존재가 아니라 변화, 우주에서 일어나는 변동에 대해 설명하게 된다. 첫 번째 방문자는 에너지와 엔트로피, 일정한 양과 평형에 대해 설명해 주었다. 그의 두 번째 방문자는 부정(不定), 변화 그리고 생성에 대해 이야기하게 된다.
두 번째 방문은 넓은 의미로 시간을 다루고 있다. 최근 과학의 시각으로 보자면, 여기서 보게 되는 광경은 정확히 묘사할 수가 없는 것이다. 실제 유령이 전하는 메시지 중 하나가 현재의 순간이란 개인적인 것으로 보편적인 것이 아니라는 사실이다. 이 담론은 운동과 변화, 그리고 비평형열역학을 다루는데, 이들은 결국 질서를 만들 수 있다. 빅토리아 시대의 평형열역학이 주제에 관한 마지막 단어는 아니다. 그러나 어떤 의미로는 우주의 열적 죽음을 예견하고 있기 때문에 마지막 단어, 유언이라고 할 수도 있다. 의미 있는 일은 아무것도 일어나지 않는 상태에서 모든 것이 황량한 죽음을 맞는다. 우리는 비평형열역학이 성경에서 말하는 창조라는 의미에서 첫 번째 단어라고 말할 수도 있을 것이다.
스크루지는 운동과 시간이 어떻게 상대적인가에 대한 설명을 듣게 된다. 시간은 절대적이지 않고 관측자의 운동에 따라 달라진다는 것에 대해, 원인과 효과가 어떻게 현재를 완벽하게 알게 되면 과거와 미래 역시 알 수 있게 된다는 의미를 함축하는가에 대해, 결과적으로 새로움도 자유 의지도 존재하지 않는다는 것에 대해 설명을 듣는다. 또한 그는 어떻게 절대적으로 결정된 것조차 완전히 예측할 수 없게 되는가를 알게되고, 어떻게 혼동, 카오스가 창조를 낳게 되는가를 보게 될 것이다.
유령은 스크루지에게 생명, 우주와 지금이라는 수수께끼에 대해 이야기하게 된다.
스크루지는 유령의 마지막 방문을 받는다. 세 번째 방문은 자연의 양자적인 측면을 다루고 있다. 이것은 1930년경에 이에 관한 많은 발전이 이루어진 이후로는 더 이상 공상 과학 소설이 아니다. 그렇지만 과학 마법임은 명확하다. 이 유령이 전해주는 내용들은 다른 유령에 비해 이상한 것으로, 어리석어 보이기까지도 한다.
스크루지는 그야말로 모든 것을 포함하는 자연의 풍부한 꿈들에 관해 듣게 된다. 일어날 수 있는 어떤 것이 어떻게 어떤 의미로 실제 일어나게 되는지, 있을 수 있는 모든 것들이 관찰이 이루어지기까지는 서로 배제되지 않은 채 어떤 의미로 실제 함께 존재한다는 것이 무엇인지를, 유일한 하나의 실재를 만들어내는 것은 관찰자, 측정, 혹은 일종의 시스템과의 상호 작용이다.
그는 간섭, 파, 입자와 불확정성에 대해 배운다. 그는 파동, 무에서 나와서 다시 무로 돌아가는 입자에 대해 배운다. 그는 어떤 물리 법칙을 따르지 않는 것처럼 보이는 상관 관계, 연관들을 배운다. 또한 그는 이 모든 것이 실험에 의해 믿을 수 있는 것으로 입증되었다는 것도 배운다.
물리학이란 무엇인가?
우리는 자연의 원리를 이해하고 다양한 자연 현상의 저변에 깔려 있는 질서를 발견하고자 노력한다. 물리학은 가장 본질적인 수준에서 물질의 성질과 구성 및 이들의 상호작용을 다룬다. 물리학의 영역은 작은 원자핵으로부터 광대한 우주까지 포함한다. 물리학은 실험장치를 사용하여 측정할 수 있는 것, 다시 말해서 물리적 실체의 본성에 대하여 관심을 갖는다. 그리고 그것을 일반화시켜 이론을 만든다. 그러기에 우리는 자칫 따분해 질 수 있는 물리라는 것에 호기심을 가지고 있으면서도 한편으로 두려움을 가지고 있다. 이러한 면에서 이 책은 우리들에게 적절한 비유를 통해 쉽게 설명해 주고 있고, 스크루지라는 잘 알려진 인물을 통해 거리감을 좁혀준다.
엔트로피 여왕은 과거 물리학의 문제, 즉 열역학, 에너지 보존, 엔트로피간의 연관들을 설명한다. 시간과 변화가 쟁점이 되는 현대 물리학의 설명은 실제 기간이 지나면서 변하는 시간 할아버지 유령이 떠맡는다. 지금 물리학자들의 기반이 되고 있고, 앞으로도 물리학에서 풀어야 할 과제가 되는 문제를 설명하는 유령은 광대이다. 그런데 실제 물리학의 미래 문제는 우리들이 보통 생각하는 상식적인 현상들과 달라서 일반인들에게는 너무나 엉뚱하게 들린다.
유령들이 묘사하는 과학, 우리의 과학에 의해 만들어낸 이 세상의 그림은 항상 일관되어 있지 않다. 과학이 만들어낸 이 세상의 그림은 시간에 따라 조금씩 변하고 있으므로 이전 방문자들이 전하는 몇몇 사실들은 이후의 다른 방문자에 의해 수정되기도 한다. 이것은 과학의 본성이다. 심지어 과거에 많은 지지를 받은 이론들도 어떤 상황에서는 더 새로운 세상 그림에 그저 유사한 것이었음이 밝혀진다. 이들 일련의 방문을 마치고 나면, 아마도 우리는 이러한 의문을 가질 것이다.

........................................................................................................................〈도대체 마지막 진리는 무엇일까?〉