무질서와 질서 사이에서-한 복잡계 물리학자의 이야기-

언제나 더 많은 질문, 더 많은 도전을 찾아 헤매었던

한 물리학자의 명석한 마음속으로 떠나는 여행

인류가 오랫동안 당연하게 여겨 왔던 생각이 하나 있다. 이 세상을 이루는 참된 이치인 진리(眞理)가 우주와 대자연의 질서 속에 있다는 것이다. 하지만 우리가 사는 세상은 무작위와 무질서를 특징으로 하는 복잡계(complex system)이며, 진리도 그 안에 있다는 사실을 평생의 연구를 통해 밝혀 온 사람이 있다.

바로 “원자에서 행성까지 물리계의 무질서와 변동 간 상호 작용, 무질서한 물질과 무작위 과정에 대한 기여와 공로”로 2021년 노벨 물리학상을 받은 조르조 파리시(Giorgio Parisi) 이탈리아 사피엔차 대학교 교수가 그 주인공이다. (지구 기후의 물리학적 모형 연구를 통해 복잡계에 기여한 마나베 슈쿠로(真鍋淑郎), 클라우스 하셀만(Klaus Hasselmann)과 공동 수상했다.)

복잡계는 무질서한 상호 작용을 통해 많은 수의 행위자(agent)가 연결된 계를 말한다. 이때 행위자는 원자에서부터 일종의 합금인 스핀 유리(spin glasss), 신경 세포, 유전자, 단백질, 사람이나 동물까지 실로 다양하다. 상대성 이론으로 뉴턴이 해결 못 한 우주의 시공간에 담긴 비밀을 풀고, 양자 역학으로 상상도 못 했던 불확실성의 세계도 정복한 물리학자들의 쾌진격도 1960년대 이후 과학계 곳곳에서 분출하는 복잡계라는 난제에 가로막혀 멈추고 말았다.

원래 입자 물리학자였던 조르조 파리시는 자신이 원래 풀고 있던 이론 물리학적 문제를 풀기 위해 복잡계를 다룬 통계 물리학적 방법론을 들여다보다가, 1980년경 스핀 유리처럼 무질서하고 복잡한 물질들의 상전이 같은 기묘한 거동을 다루는 복제 기법(replica method) 같은 방법론을 발견하고 개발함으로써 통계 물리학뿐만 아니라 수학, 생물학, 신경 과학 및 기계 학습과 같은 매우 다양한 영역에서 완전히 무작위적인 갖가지 재료와 현상을 이해하고 설명할 길을 열었다.

이번에 ㈜사이언스북스에서 출간된 『무질서와 질서 사이에서: 한 복잡계 물리학자의 이야기(In Un Volo Di Storni: Le Meraviglie Dei Sistemi Complessi Copertina Flessibile)』는 이탈리아인 역사상 스무 번째 노벨상 수상자이자 이탈리아 물리학자로는 여섯 번째 노벨 물리학상 수상자인 조르조 파리시의 첫 번째 대중 과학서이자 그의 첫 한국어판 단행본이기도 하다. 동시에 2021년 노벨 물리학상 수상자와 관련된 책 가운데 국내에 처음 소개되는 책이기도 하다.

파리시의 처음이자 최신의 에세이인 이 책은 그가 1966년 로마 사피엔차 대학교에 입학 후 68 혁명의 한복판에서 맛보았던 격변의 기억, 수수께끼 같은 상전이 현상에 쏟았던 관심, 스핀 유리를 분석하는 복제 기법 아이디어를 탄생시켰던 과정에 대한 고찰, 25세의 나이에 노벨상을 코앞에서 놓쳤던 경험, 그렇지만 결국 노벨상 수상자로 우뚝 서기까지 수많은 우여곡절을 담은 8편의 에세이로 구성되어 있다. 이탈리아 외에도 미국, 영국, 프랑스, 스페인, 포르투갈, 루마니아 등지에서 번역 출간되어 큰 관심을 받은 바 있는 이 책은, 과학을 실험실에서 벗어나 현실 세계로 가져오는 흥분 넘치는 발견의 여정으로 독자를 이끈다.

지은이 : 조르조 파리시

1970년에 로마 사피엔차 대학교(Sapienza Università di Roma)를 졸업하고 1971년부터 1981년까지 프라스카티 국립 연구소(Laboratori Nazionali di Frascati)에서 연구원으로 근무했다. 1981년부터 1992년까지 로마 토르 베르가타 대학교(Università degli Studi di Roma Tor Vergata)에서 이론 물리학 교수로 재직했고, 이후 사피엔차 대학교에서 양자 이론 교수로 재직하고 있다. 1988년부터 린체이 아카데미, 1992년부터 미국 국립 과학원, 1993년부터 프랑스 과학 아카데미, 2013년부터 미국 철학회의 회원으로 활동했다. 그는 입자 물리학, 통계 역학, 유체 역학, 복잡계, 최적화 이론과 같은 물리학 분야뿐만 아니라 신경망, 면역 체계, 빙하 및 동물 집단(찌르레기)의 움직임에 대한 연구를 수행했다. 볼츠만 메달, 막스 플랑크 메달, 노니노 상, 울프 상을 수상했으며, 2021년에는 “원자에서 행성 규모에 이르는 물리계의 무질서와 변동 사이의 상호 작용을 발견한 공로”로 이탈리아 물리학자로는 여섯 번째로 노벨 물리학상을 받았다.

옮긴이 : 김현주

한국 외국어 대학교 이태리어과를 졸업하고, 이탈리아 페루자 국립 대학교와 피렌체 국립 대학교 언어 과정을 마쳤다. EBS의 프로그램 「일요시네마」 및 「세계의 명화」를 번역하고 있으며, 현재 번역 에이전시 엔터스코리아에서 출판 기획 및 전문 번역가로 활동하고 있다.

감수 김범준

성균관 대학교 물리학과 교수. 서울 대학교 물리학과에서 「초전도 배열에 대한 이론 연구」로 박사 학위를 받았다. 복잡계의 거시적인 특성을 주로 연구한다. 특히 사회에서 일어나는 여러 현상을 과학의 시선으로 이해하는 연구에 관심이 많다. ‘변화를 꿈꾸는 과학 기술인 네트워크(ESC)’의 3기 대표와 한국 물리학회 대중화 위원회 위원장을 역임했다. 『세상 물정의 물리학』, 『관계의 과학』, 『내가 누구인지 뉴턴에게 물었다』 , 『보이지 않아도 존재하고 있습니다』 등을 저술했다.

1장 찌르레기의 비행 9

2장 50여 년 전 로마의 물리학 33

3장 상전이, 혹은 집단 현상 57

4장 스핀 유리, 무질서의 도입 77

5장 과학과 은유 107

6장 아이디어는 어디서 오는가 129

7장 과학의 의미 149

8장 난 아무것도 후회하지 않아요 163

참고 문헌 177

인명 찾아보기 182

용어 및 문헌 찾아보기 205