물리법칙의 특성

▣ 출판사서평

영국 BBC 방송에서 인기리에 방영!
학생과 일반인을 사로잡은 파인만 스타일의 물리학
자유로운 상상력과 창의적인 열정으로 물리학이 쉽고 경쾌해진다

“리처드 파인만은 천재이며 또한 관습을 좇지 않는 스타일이었다. 이 세상에 또 한 명의 리처드 파인만이 태어날 것 같지는 않다. 그는 진정 그의 시대의 산물이었다. 파인만 스타일은 과학혁명을 공고히 하고 혁명의 결과들을 탐색하는 과정에 잘 어울렸으며, 한 세대의 과학자들에게 많은 영감을 주었다. 내가 아는 한 이 책은 신바람을 돋우는 파인만의 영감이 살아 움직이는 최고의 기록이다.” -폴 데이비스 이론물리학자

일반인을 위한 파인만의 유일한 과학강연 책 『물리법칙의 특성』(개정판)이 해나무에서 출간되었다. 리처드 파인만은 1965년 양자전기역학(QED) 이론을 정립한 공로로 노벨 물리학상을 수상하고, 상대성 이론과 양자역학이라는 두 과학혁명을 통해 발전한 ‘새 물리학’의 주도적인 인물로서 수많은 과학자들에게 지대한 영향을 끼친 20세기 최고의 과학자다. 한편 그는 과학자로서의 업적과 명성뿐만 아니라 과학 해설가로서, 즉 과학을 잘 알든 모르든 어떤 청중에게라도 과학 이론을 쉽고 명확히 전달할 수 있는 대중 강연자로서 비범한 능력을 지닌 인물이었다. 일반인을 대상으로 한 그의 강의는 ‘물리학계의 전설’로 통할 만큼 명성이 자자했다. 1960년대 중반 미국 코넬 대학에서 이루어진 물리법칙의 특성에 관한 대중강연 역시 그의 진가가 드러난 최고의 강의였다. 그 강의는 수많은 학생과 일반인들을 사로잡았고, 영국 BBC 방송에서도 방영돼 큰 호응을 얻었다. 그 강의를 풀어쓴 이 책은 물리학의 고전으로 자리잡았다.

“전후 세대 이론물리학자 가운데 가장 훌륭하고 독창적이며 영향력 있는 과학자.” -뉴욕 타임스

“세계적인 석학이자 과학저술가 프리먼 다이슨은 리처드 파인만을 ‘우리 시대의 가장 독창적인 정신의 소유자’라고 묘사했다. 일반 대중을 대상으로 한 이 강의에서 파인만은 ‘물리학을 쉽고 명확하게 설명하기로 정평이 난 거장’으로서 자신을 드러냈다.” -타임스 리터러리 서플먼트

전문용어를 사용하지 않고 가장 일상적인 말로
심오한 물리 개념을 효과적으로 설명

파인만이 일반인을 위해 한 물리학 강의를 풀어서 만들어진 책으로는 유일한 이 책에서 파인만은 복잡한 작동원리로 운행하는 자연과 우주의 아름다움 속에 숨은 간명한 물리법칙을 독창적인 아이디어와 탁월한 비유로 경쾌하게 풀어놓는다. 번득이는 재치와 날카로운 통찰력, 그리고 탐구를 향한 뜨거운 열정으로 가득한 그의 강의는 관습과 형식주의에 얽매이지 않으려는 그의 인생철학과도 통한다. 그는 늘 유쾌하고 자유로운 삶을 추구했으며 기이하고 특이한 것들에 남다른 호기심을 보였다. 그와 같은 삶의 태도가 자유로운 상상력을 가능케 했으며 그로써 남들이 이루어내기 힘든 과학적 위업을 달성할 수 있었다. 파인만은 삶 자체에서 우러나온 자유로운 상상력과 창의적인 열정으로 물리학의 난해한 법칙들과 심오한 개념들을 수학용어나 전문용어를 사용하지 않고 가장 일상적인 말로 설명한다. 적절한 비유와 재치 있는 표현을 통해 문제의 핵심을 정확히 집어내고 누구나 경험한 일상적인 것들을 예로 들어 보여줌으로써 일반인들이 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

모두 7개의 장으로 구성된 이 책에서 파인만은 중력법칙, 보존 및 대칭성의 원리, 시간의 비가역성, 그리고 양자역학에서의 확률 및 불확실성 등 중요한 과학적 문제를 해명하고, 마지막 장에서는 그 스스로 새로운 물리법칙을 탐구한다. 7개의 주제가 물리학 일반을 포괄하지는 않지만 가장 기본적이고 중요한 문제들임에는 분명하다.

파인만의 영감이 살아 움직이는 최고의 기록

천재 과학자 파인만은 왜
일반인을 위한 대중강연에서
‘물리법칙의 특성’을 논했는가?

“이 일련의 강의를 통해 내가 이야기하고 싶은 것은 물리법칙의 일반적인 특성이다. 일반적인 특성을 논한다는 것은 물리법칙 자체를 논하는 것과는 다른 수준의 논의이며, 이런 표현이 허용된다면, 법칙 자체를 뛰어넘는 더 높은 수준의 논의라고 할 수 있다. 나는 좀더 전문적이기를 바라고, 모호한 방법보다는 더 솔직한 방법으로 자연을 이해하고 싶다. 그래서 나는 일반적인 이야기에 그치지 않고 물리법칙의 예를 보여주고자 한다. 자연이 ‘인간의 정신이 이룬 가장 위대한 일반화’라고 불리는 중력법칙처럼 우아하고 단순한 법칙을 따른다는 것이 어찌 경이롭지 않고 흥미롭지 않을 수 있을까?” _리처드 파인만

이 책의 첫머리에서 다루는 중력법칙은 물리학에서 가장 잘 알려진 법칙이다. 뉴턴이 중력법칙을 정립하기까지의 과정과 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 새롭게 수정되는 과정 등을 설명한다. 우주에서의 중력의 작용은 대단히 복잡하지만 기반에 있는 기본적인 패턴 혹은 체계는 단순하다는 것, 자연의 물리법칙은 단순하게 진술할 수 있기 때문에 아름답다는 것을 흥미롭게 밝힌다. 2장 ‘물리학과 수학의 관계’에서는 물리법칙을 탐구하는 데 있어서의 수학의 중요성, 특히 응용수학의 중요성을 강조한다. 파인만은 수학을 모르는 사람은 자연의 심원한 아름다움을 체험하기 어렵다고 주장한다. 심지어 자연을 감상할 수 있을 만큼 충분히 수학을 이해하는 사람과 그렇지 못한 사람 두 종류로 구분된다고 말한다.

고에너지 입자물리학은 거대한 가속기와 끊임없이 새롭게 발견되는 수많은 입자들로 파인만 시대 물리학을 주도했다. 파인만의 연구는 주로 이 모험을 향해 있었다. 입자물리학자들이 공유했던 중요한 주제는 원자를 구성하는 입자들의 집합 속에 질서를 부여할 대칭성과 보존법칙의 역할이었다. 코넬 대학에서 강의한 내용의 대부분은 입자 영역에서의 추상적 대칭성과 보존법칙들의 지위에 대한 것이었다. 이 책 3장과 4장에 정리되어 있다.

대칭성에 대한 파인만의 흥미와 멋지게 대조를 이루는 것은 비대칭성에 대한 그의 강의로 이른바 시간의 화살표 문제이다. 그가 이 주제에 관심을 갖기 시작한 것은 2차 세계대전의 혼란 중에 존 휠러의 지도를 받아 그의 박사학위 논문을 쓸 때였다. 원래 문제는 이론 속에서 과거와 미래가 대칭적으로 등장하는 전기역학 이론을 만들려는 시도와 관련되어 있었다. 이것이 파인만이 처음으로 전기역학에 손을 댄 것이었다. 그는 훗날 QED 연구를 완성하여 노벨상을 받게 된다. 그러나 시간의 화살표 문제는 본질적으로 풀리지 않은 채 이론물리학자들의 마음에 과제로 남아 있다. 이 책에 들어 있는 시간 문제의 본질에 대한 파인만의 대가다운 해설은 이 멋진 주제에 대한 고전적 견해로 남아 있다.

▣ 작가 소개

저 : 리처드 필립 파인만

Richard Phillips Feynman
꾸밈없고 직선적인 미국인 특유의 분위기를 지닌 학자로서 20세기를 살아간 물리학자 가운데 가장 유명한 인물로 손꼽힌다. 리처드 파인만은 1918년 5월 11일 뉴욕시 퀸즈의 작은 마을 파 락어웨이(Far Rockaway)에서 출생하였다. 어렸을 때부터 단편적인 대답보다는 많은 질문을 통해 생각하는 힘을 기를 수 있도록 유도하는 좋은 선생님의 역할을 하셨던 아버지의 영향을 많이 받았다. 어린시절 라디오를 수리하거나 금고와 자물쇠를 여는 일이 취미였으며 드러머, 화가로서의 재능뿐만 아니라 유머와 재치도 출중하였다.

1939년 MIT를 졸업하고 매사추세츠 공과대학과 프린스턴대학교에서 공부한 후 박사학위를 취득하였다. 제2차 세계대전 중에는 원자폭탄 개발계획인 ''맨하튼 프로젝트''에 참여하기도 하였다. 전쟁 후인 1945년 코넬대학교에서 이론물리학 조교수로, 1950년 캘리포니아공과대학교 교수로 재직하였다. 그는 1954년 알베르트 아인슈타인상 수상에 이어, 1965년 양자전기역학의 초기공식화에 대한 부정확성을 수정한 연구로 노벨 물리학상을 수상하였다.

파인만이 고안한 파인만 다이어그램은 이후의 이론 물리학에 널리 이용되었으며 20세기 물리학 중 거시적 세계를 아인슈타인이 다루었다면 미시적 세계를 다루는 물리학은 파인만으로 대표될 정도이다. 또한 파인만은 형식과 권위를 거부하고 창조적이면서도 주체적인 사고를 유지한 과학자이며 복잡하고 어려운 과학을 명쾌하게 대중에게 전달하는 과학의 전도사로 더 유명하다. 파인만식 화법이라고까지 불릴 만한 특유의 소탈하고 편안한 목소리로 과학과 사회 그리고 종교의 여러 주제를 쉽게 풀어내는데 탁월한 능력을 보여주었고, 그 어떤 학문적인 이야기도 그의 입을 통해서는 문외한이 알아들을 수 있는 재미있는 이야기가 되었으며 그의 저서가 어려운 물리학을 다루고 있으나 긴 시간에 걸쳐 많은 대중에게 많은 사랑을 받는 이유가 되었다.

그런 그의 경력을 보여주듯 『미스터 파인만!』은 농담과 재미나는 이야기들 속에 과학에 대한 열정과 순수한 정신이 배어 있는 매우 교육적인 책으로 학생과 젊은이들이 공부하는데 또는 세상을 살아가는데 도움이 될 수 있는 이야기들이 담겨 있다. 파인만은 자연과 우주의 아름다움 속에 숨어 있는 복잡한 물리법칙을 독창적인 아이디어와 탁월한 비유로 명쾌하게 풀어내는 마술사다. 번득이는 재치와 날카로운 통찰력, 그리고 탐구를 향한 뜨거운 열정으로 가득한 그의 강의는 관습과 형식주의에 얽매이지 않으려는 그의 인생철학과도 통한다.

『파인만의 여섯가지 물리이야기』와 『파인만의 또 다른 물리 이야기』는 파인만이 캘리포니아 공과대학에서 학부생을 위한 강의(강의록)에서 6가지씩 발췌한 책이다. 그리고 『물리법칙의 특성』은 코넬 대학에서 대중 강의로 쉽고 재미있는 ''물리법칙의 특성''에 관한 강의록을 묶은 것으로, 영국 BBC 방송에서도 방영 되어 큰 호응을 얻었으며 학생과 일반인들을 사로잡았다. 이 책에서는 그의 삶 자체에서 우러나온 자유로운 상상력과 창의적인 열정으로 물리학의 난해한 법칙들과 심오한 개념들을 수학용어나 전문용어를 사용하지 않고 가장 일상적인 말로 설명한다. 적절한 비유와 재치 있는 표현을 통해 문제의 핵심을 정확히 집어내고 누구나 경험한 일상적인 것들을 예로 들어 보여줌으로써 일반인들이 쉽게 이해할 수 있도록 하였다.

1963년 워싱턴 대학교에서 강연한 내용을 엮은 『파인만의 과학이란 무엇인가?』는 과학이란 무엇이고 과학적인 사고방식이 사회의 다른 분야에 어떤 영향을 미치는지를 이야기한 책으로, 물리학자 리처드 파인만의 삶과 종교, 정치 그리고 과학에 대한 모든 생각을 가감 없이 담고 있다.

파인만은 스스로 얽매임 없이 자유로이 생각하고 행동했으며, 학생들에게도 학점이나 취직 걱정을 떠나서 뭐든지 각자에게 제일 흥미로운 영역을 파고들라고 강조했다. 자신이 학계의 권위자였음에도 태생적으로 권위를 거부하고 독자적 사고를 추구한 그는, 지식 또는 과학의 불완전함을 자연스럽게 받아들여 무지가 어떻게 중요한 역할을 하는지를 깊이 꿰뚫어 보고 있었다. 1988년 오랜 암 투병 끝에 세상을 떠났으며, 칼텍에서 열린 추도식에는 많은 사람이 참석하여 그의 죽음을 애도했다.

역 : 안동완
고려대학교 물리학과 및 동대학원을 졸업한 후 한국원자력연구소 연구원으로 근무하다 1990년 조지아 공과대학에서 이학박사 학위를 받았다. 현재 강릉원주대학교 자연과학대학 물리학과 교수로 재직 중이다. 저서로 『일반물리학』 『양자역학』 『물리학』 등이 있으며, 『투바 : 리처드 파인만의 마지막 여행』을 우리말로 옮겼다.

▣ 주요 목차

머리말

1. 중력법칙, 물리법칙의 한 예
2. 물리학과 수학의 관계
3. 위대한 보존원리들
4. 물리법칙의 대칭성
5. 과거와 미래의 구별
6. 확률과 불확실성-자연의 양자역학적 관점
7. 새로운 법칙을 찾아서
옮긴이의 말