나는 나(小宇宙)를 얼마나 이해하고 있는가

<제3의 생각>을 읽고

[내가 알아야 할 과학은 어벤져스에서 배웠다] 어벤져스로 대표되는 마블 시네마틱 유니버스(MCU)의 슈퍼히어로 영화를 무척 좋아한다. 그 가운데 몸의 크기를 개미만큼 줄일 수 있는 엔트맨을 통해 양자역학을, 시공간을 넘나들며 미래를 내다볼 수 있는 닥터 스트레인지를 통해 다중우주(멀티버스)라는 개념에 대해 처음 알게 되었다. 물론 최소한의 과학 원리를 바탕으로 영화적 상상력이 크게 가미된 설정으로만 여겨왔다. 그러나 이번에 <제3의 생각>을 읽는 내내 그 동안 내가 과학에 대한 관심과 지식이 턱없이 부족했음을 인정할 수 밖에 없었다. 우선 이 책의 부제인 "우리는 이 우주를 얼마나 이해하고 있는가"에서 '우주'를 '과학' 또는 '물리학'으로 치환해본다면 현재 나의 이해도는 제로에 가깝다고 고백해야할 것 같다. 이 책의 저자 소개에 따르면 1979년 노벨 물리학상 수상자인 스티븐 와인버그는 자연의 거의 모든 현상을 이해하는데 기초가 되는 표준모형 이론에 기여하고 힉스 입자의 발견을 예견한 현존 최고의 석학 중 한 사람이라고 한다. <제3의 생각>은 저자가 <뉴욕 리뷰 오브 북스>와 다른 정기 간행물에 기고한 글들을 과학의 역사, 물리학과 우주론, 공적인 관심사, 개인적인 관심사 라는 네 가지 주제별로 나눠 구성한 책이다.

    이렇게 일천한 과학 감수성을 가진 내가 현대 물리학의 지존이 쓴 책을 구태여 읽게 된 이유는 크게 두 가지다. 첫번째는 최근 모 책 소개 프로그램의 오디오 클립을 감명깊게 듣고 덜컥 구입한 칼 세이건의 <코스모스>와 관련이 있다. 분량과 내용에 압도된 나머지 아직 선뜻 읽어나가기가 부담스러워 워밍업 차원의 과학 개론서를 알아보던 차에 <제3의 생각>의 출간 소식을 듣게 된 것이다. 두번째는 같은 맥락으로 전문가와 비전문가 모두 재미있고 이해하기 쉬운 과학 에세이라는 추천사 때문이다. 그러나 이 책을 일독하고 난 후 '비전문가'의 범주가 최소한 과학이나 물리학에 대한 기초 지식을 갖고 있는 사람이 아닐까하는 생각이 들었다. 그럼에도 책 속의 글 곳곳에서 우리가 사는 세상을 설명하고 바라보는 힘을 가진 과학에 대한 저자의 애정과 성찰을 느낄 수 있었다.

[책 속으로1-이론 물리학자의 지분]

    지난 수 세기를 거치며 우리가 깨우쳤듯이 과학에서의 발견은 이론과 실험 또는 관찰이 협력을 이루어야 가능하다. 이론은 실험이 나아갈 방향을 지시한다. 또한 이론은 실험 결과를 해석할 때 필요하다. 실험은 이론을 확증하거나 반박하기 위해 필요하다. 동시에 이론에 영감을 주기 위해서도 필요하다. 실험과 이론, 이 둘은 불가분의 관계에 있으므로 함께 가야 한다.(34쪽) 

    지금까지 과학자라고 하면 이론과 실험을 겸하는 사람으로 여겼는데 이 대목을 통해 그렇지 않음을 처음 알게 되었다. 저자는 입자 물리학 분야의 이론 과학자다. 저자의 말에 따르면 이론과학자들은 스스로를 드러내는 퍼즐에서 영감을 얻는데 때때로 실험 과정에서 퍼즐 조각을 찾게 된다고 한다. 대표적 사례로 19세기 사람들은 빛을 에테르라는 가상의 매개 물질 속 파동이라고 믿으며 지구의 움직임에 빛의 속도가 미치는 영향을 탐구했지만 끝내 에테르는 발견되지 않았다고 한다. 결국 이 퍼즐은 아인슈타인에게 공간과 시간을 새로운 관점에서 보고 상대성 이론을 창안하도록 영감을 주었다는 이야기가 퍽 흥미로웠다.

[책속으로2-현재의 눈으로 본 과학사]

    과학의 역사는 방향 없이 하나에서 다른 것으로 이어지는 지적 유행의 역사가 아니라, 진실을 향해 가는 진보의 역사이다.(93쪽)

    현재의 기준으로 과거를 연구하는 방식의 휘그식 역사관에 대해 처음 알게 되었다. 저자는 예술, 종교, 정치의 역사와 달리 과학의 역사는 휘그식 해석이 적용될 만한 특수성을 갖고 있다고 말한다. 다시 말해 어떤 것이 틀렸고 어떤 것이 맞았는지를 깨닫는 것은 오로지 현재 지식의 관점을 통해서만 실현될 수 있기 때문에 과학은 한 시대에 유행하는 질문을 해결하는 것이 아니라, 세상을 이해하는 데 초점을 맞춘다고 덧붙인다. 이러한 과정의 연속이 바로 과학적 사실을 넘어 인간과 우주의 진실을 마주할 수 있는 과학의 역사라고 읽혀졌다.

[책속으로3-기본 입자란 무엇인가]

    물리학의 과제는 어느 것이 기본 입자를 결정하는 것처럼 자연에 대한 고정된 질문 세트에 답하는 것이 아니다. 우리는 어떤 질문을 해야 올바른 것인지 알지 못한다. 또한 우리는 이따금 답을 목전에 두기 전까지 찾지 못한다.(114쪽)

    20세기 전반부, 인간은 물질이 원자로 되어 있고 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 원자핵은 다시 양성자와 중성자라는 입자로 되어 있음을 알게 되었다. 그리고 20세기 후반에 들어서는 양성자와 중성자 외에도 다른 입자들이 있으며 그들 사이에는 더욱 심오한 구조가 있다는 것을 밝혀 나갔다.(9쪽, 감수의 글中)   

    저자는 20세기 후반 물질의 기본 구조를 연구하는 입자 물리학 분야에서 중요한 기여를 하며 아직도 현역으로 활동하고 있는 사람이다. 그런 그가 20여년 전 자신이 쓴 글의 제목이 묻는 질문에 답을 내놓을 수 없는 현실에 슬픔이 밀려온다고 술회한다. 이 장면을 대하면서 한 고학자의 과학에 대한 식을 줄 모르는 열정과 이면에 숨겨져 있는 일종의 고독감을 동시에 느낄 수 있었다.

[책속으로4-우리가 아직 모르는 우주]

    호킹은 <시간의 역사>에서 자연에 관한 완벽한 이론이 미래에 발견될 가능성을 언급하면서 이렇게 썼다. "그때 우리는 신의 마음을 헤아리게 될 것이다." 하지만 이 구절은 신이 우주를 갖고 주사위 놀이를 하지 않는다고 한 아인슈타인의 말처럼 은유이다.(119쪽)

    과학자의 입에서 신이라는 존재가 소환되는 순간, 그 스스로 자신의 이론이나 실험이 틀렸음을 인정하는 것이라는 구절을 어느 컬럼에서 본 기억이 떠올랐다. 하지만 아인슈타인의 말이 무슨 뜻인지는 이번에 양자역학에 관련된 내용을 이리저리 찾아보며 새로이 알게 되었다. 더불어 고전역학과 양자역학의 차이를 어렴풋이나마 배울 수 있었다. 만유인력의 법칙으로 유명한 뉴턴으로 대표되는 고전역학은 모든 입자의 위치와 속도, 그리고 입자에 미치는 힘들을 남김없이 알 수 있다고 가정하면, 이론상 우리는 미래를 예측할 수 있다고 주장한다. 이와는 다르게 양자역학은 계산(이론, 설명)을 통해서 얻을 수 있는 것은 확실성보다는 확률이라고 선언하였는데, 여기서 아인슈타인은 이 확률을 가르키며 신은 우주를 갖고 주사위 놀이를 하지 않는다고 반박했다는 것이다.

    이 책에서도 현대 양자역학의 탄생에 기여한 닐스 보어, 루이 드 브로이, 에르빈 슈뢰딩거, 베르너 하이젠베르크 등 여러 과학자의 이름이 나온다. 마치 러시아 고전소설에 등장하는 인물들의 이름처럼 아직도 낯설지만 그들의 이름뿐만 아니라 과학 이론과 실험 내용에 대해서 시간을 두고 차근차근 공부해보고 싶은 마음도 생겼다. 양자역학은 원자 구조, 기본적인 화학, 그리고 빛과 물질의 상호작용을 과학적으로 이해하기 위한 열쇠라는 표현이 무척 인상적이기도 했다.

"양자역학으로 충격을 받지 않은 사람은 아직 그것을 제대로 이해하지 못한 것이다."-닐스 보어

"그 누구도 양자역학을 이해할 수 없다고 말해도 과언이 아닐 것이다."-리처드 파인만

[책속으로5-유인 우주선에 반대한다]

    "유인 우주선이 장기간 꾸준히 유지되는 가장 큰 이유는 종으로서의 생존 때문이다."라는 주장이 있다. 이 말에 동의하지만 먼 미래에나 가능한 이야기다.(중략) 다시 말해 인간을 화성에 데려다 놓는 문제가 아니라, 지구로부터 지원을 받지 않아야 한다. 어쩌면 우리는 남극에서부터 시작해야 한다.(226쪽)

    저자는 정부의 유인 우주선 프로그램 지원에 대해 과학, 국제 협력, 탐사, 영감, 파생 기술, 인류의 생존 측면에서 볼 때 유인 우주선보다 로봇 탐사선이 더 효용이 크다고 날선 비판을 가한다. 그리고 다음 장에서 기초과학 연구에 대한 정부의 예산 감축 문제와 기후 변화의 위험성에 대해서도 지적한다. 자신이 이룩한 업적에 안주하지 않고 사회로 눈을 돌려 여러 공공정책에 대해서도 쓴소리를 마다하지 않는 노학자의 연륜을 엿볼 수 있는 대목이라고 생각한다.

[책속으로6-과학에 대한 글쓰기&과학의 발견과 예술]

    우리의 일은 매우 추상적이고 인간사와 전혀 관련이 없는 비인격적 수학 법칙을 다룬다. 우리에게 대중을 위한 글쓰기는 잠시 이론 물리학 연구의 상아탑을 벗어나서 바깥의 넓은 세상과 만날 수 있는 귀중한 기회이다.(246쪽)

    역설적으로 이론 물리학에서 가장 큰 도움은 우리의 이론이 충족시켜야 하는 제약들에서 나온다. 물론 이런 제약들이 우리의 일을 어렵게 만들기도 한다. 나에게 이런 일은 예술에도 마찬가지로 적용된다고 여겨진다. 예술가는 자신의 작업을 어렵게 만드는 바로 그 제약에서 영감을 찾아낼 뿐 아니라, 예술이 우리에게 주는 즐거움 대부분은 예술가들이 이런 제약을 어떻게 해결해 나가는지를 목격하면서 나온다.(252쪽)

    요즘 다양한 분야에서 일하는 사람들의 에세이를 찾아 읽으며 타인에 대한 상상력을 기르기 위해 노력하고 있다. 각자 생활하는 분야는 서로 다르지만 글쓰기라는 행위를 통해 타인이나 세상과 연결되고 싶어하는 모습을 보면서 새삼 독서와 글쓰기의 힘을 깨닫게 된다. 저자 역시 자신의 고유 영역에만 머물지 않고 <제3의 생각>을 비롯한 여러 저서를 통해 우주와 물리학의 면면을 대중과 함께 나누고 소통하려고 함을 알 수 있었다. 특히 과학을 예술에 비추어 두 분야의 연결고리를 만들어내는 능력도 인상깊었다. 그는 회화, 문학, 영화 등 여러 사례를 꺼내와 예술가와 과학자 모두 인간에 대한 이해라는 같은 가치를 추구하는 존재라는 걸 보여준다.

[우주를 이해하는 길을 떠나다] <제3의 생각> 재독(再讀)을 마친 과학 문외한의 좁은 시각에서 볼 때 이 책은 제목처럼 적어도 3번은 읽어야겠다는 생각이 든다. 마치 요즘 다시 주목받고 있는 삼국지의 '삼독(三讀)'처럼. 물론 물리학을 비롯한 과학 전반에 대한 기초를 갖고 있을 경우는 일독만으로도 유의미한 독서가 될 수 있을 것이다. 여담을 더하자면, 책 제목에서 '제3의'는 저자의 세번째 에세이라는 의미를 갖고 있다는 출판사의 책 소개를 찾을 수 있었다. 그럼에도 '제3의 생각'에는 저자의 과학에 대한 고찰과 세상과 우주를 바라보는 통찰이 고스란히 담겨 있다는 것 또한 부인할 수 없을 것 같다.

    아직 턱없이 부족한 과학 감수성을 단련시킬 방도를 찾아나설 준비를 하는 내가 이 책과 저자를 만나게 된 건 고무적인 일이라고 생각한다. 먼저 편식하지 않는 독서를 위한 도전과제로서 과학 분야 책에 대한 부담감을 덜어낼 수 있었다. 일단 급한대로 이 책을 재독할 때는 <아날로그 사이언스> 두 권과 함께 읽으며 <제3의 생각>에 등장하는 인물과 이론, 용어들을 이해하는데 도움을 받았다. 앞으로 여유가 될 때마다 다른 과학 입문서도 찾아 읽을 생각이다.

    그리고 과학의 역사와 현대 과학의 현주소에 대해 조금이나마 이해할 수 있었다. 아울러 우리 주위의 현상을 설명하고 세상을 바라보며 우주의 역사를 좀 더 명확하게 이해하기 위한 과학자들의 삶과 태도에 대해 생각해볼 수 있는 시간이었다.

    끝으로 <아날로그 사이언스>의 프롤로그와 아직 읽지는 못하고 그저 듣기만 했던 <코스모스>에서 나온 문학적이면서도 과학적인 표현에 기대어본다. 인간은 우주의 탄생과 별의 죽음으로부터 시작된 존재. 어떤 의미에서 우주와 같은 기원을 갖고 있는 인간이 우주를 이해한다는 건 자신을 이해한다는 말과 다르지 않을 것 같다. '인간은 소우주(小宇宙)다.'는 말처럼. 우주를 향한 과학의 길을 한 발자국씩 따라 가다보면 언젠가 나도 우주에 대해 지금보다는 훨씬 더 많은 걸 이해할 수 있을 것이라고 격려해주는 저자의 목소리가 들리는 것만 같다.

====리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다=====