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우리가 보는 세상은 진실인가, 환상인가. 사람의 눈은 380에서 750나노미터 사이의 좁은 빛에만 반응한다. 과학의 역사는 이 좁은 창의 바깥을 향해 시선을 넓혀 온 기록이다. 『지적 혁명의 순간들』은 그 기록을 연대의 순서가 아니라 물음의 순서로 다시 쓴다.
익숙한 과학사에서는 갈릴레이 다음에 뉴턴이 오고, 뉴턴 다음에 아인슈타인이 온다. 이 책은 그 배열을 내려놓고 물리학의 결정적 장면 32개를 네 개의 물음으로 다시 묶는다. 무엇을 어떻게 보았는가, 흩어진 것을 어떻게 하나로 묶었는가, 물질은 무엇으로 이루어져 있는가, 그리고 이 모든 것은 어디로 흘러가는가. 그래서 뉴턴은 2부에서 천상과 지상을 하나의 법칙으로 묶은 사람으로 등장하고, 3부에서 빛을 입자로 설명한 사람으로 다시 나온다. 한 사람의 생애보다 하나의 물음이 어떻게 이어지고 갈라지는지를 따라가는 편이 과학이 실제로 움직여 온 방식에 더 가깝기 때문이다.
1부 〈관찰과 실재〉는 감각의 범위를 넓힌 관찰자들을 만난다. 렌즈를 깎아 두 개의 무한을 연 갈릴레이와 훅과 레이우엔후크, 브라헤의 자료에 남은 8각분의 차이를 오차로 넘기지 않고 완전한 원을 버린 케플러, 에테르 바람을 찾다가 아무것도 찾지 못한 마이컬슨과 몰리, 스펙트럼 바깥에 온도계를 놓은 허셜, 사진 건판의 별빛에서 우주의 자를 만든 리비트가 차례로 나온다. 2부 〈통합과 보존〉은 사과와 달, 전기와 자기와 빛, 질량과 에너지, 시간과 공간이 하나의 수식으로 묶이는 과정을 따라가고, 대칭이 있는 곳에 보존이 있다는 에미 뇌터의 정리를 그 중심에 놓는다.
3부 〈파동과 입자〉는 뉴턴과 하위헌스의 대결에서 시작해 이중 슬릿, 광전효과, 물질파, 파동함수와 불확정성, 양자 얽힘을 거쳐 힉스 장에 이른다. 세상이 연속인지 알갱이인지를 묻던 물음은 양자역학에 와서 둘 중 하나를 고르는 문제가 아니게 되었다. 4부 〈화살과 흐름〉은 되돌릴 수 없는 시간의 화살에서 출발해 튜링과 섀넌의 정보, 팽창하는 우주와 별의 일생, 블랙홀 정보 역설, 창발과 생명으로 나아간다. 마지막 장은 변하지 않는 수식을 찾으려는 물리학의 성향이 플라톤적 본질과 어디서 닮고 어디서 갈라지는지를 묻는다.
이 책은 과학사를 극적인 승리의 목록으로 꾸미지 않는다. 금성의 위상은 프톨레마이오스의 금성 모형을 무너뜨렸지만 티코 브라헤의 체계와는 양립했으므로 그것만으로 지동설이 확정된 것은 아니었다. 마이컬슨과 몰리의 영 결과도 한 번에 모든 에테르를 지운 것이 아니다. 측정이 대상을 교란한다는 이야기와 불확정성 원리는 같은 말이 아니며, 생명이 음의 엔트로피를 먹고산다는 슈뢰딩거의 표현은 오늘의 열역학 언어로 다시 옮겨야 정확하다. 저자는 널리 퍼진 단순화를 하나씩 바로잡으면서, 과학의 전환이 결정적 관측 하나와 그것을 둘러싼 여러 모형의 비교가 함께 만들어 내는 과정이라는 점을 보여 준다.
입자물리학자인 저자는 수식을 최소한으로 줄이되 개념의 적용 범위를 흐리지 않는다. 본문에는 각주를 달지 않았고, 배경지식이 더 필요한 대목과 현대 연구의 판정은 책 끝의 장별 보충 설명에 장 단위로 모았다. 40점의 그림과 모식도가 관측 장치와 개념의 구조를 눈앞에 보여 준다. 에필로그는 암흑물질과 암흑에너지, 중력파 검출기 라이고와 남극의 아이스큐브, 제임스 웹 우주망원경으로 시선을 옮긴다. 200여 년 전 허셜의 온도계가 처음 붙잡은 적외선이 이제 초기 우주를 들여다보는 창이 되었다. 제01장에서 렌즈를 깎던 사람들이 시작한 감각의 확장은 아직 끝나지 않았고, 이 책은 그 사실을 독자에게 다음 질문으로 건넨다.
출처: 국립중앙도서관 출판예정도서 등록 정보(출판사 제출)
물음이 과학사를 다시 쓸 때
과학사 교양서는 대개 두 가지 방식 가운데 하나를 택한다. 위대한 인물의 전기를 연대순으로 이어 붙이거나, 발견의 결과를 교과서처럼 정리해 늘어놓는 방식이다. 앞의 방식에서는 과학이 몇몇 천재의 영감으로 전진한 것처럼 보이고, 뒤의 방식에서는 그 발견이 왜 필요했는지가 사라진다. 『지적 혁명의 순간들』은 세 번째 길을 택한다. 이 책은 인물도 결과도 아닌 물음을 단위로 과학사를 다시 짠다.
네 개의 부는 각각 하나의 물음을 품고 있다. 우리가 보는 세상은 진실인가, 자연은 얼마나 단순한 원리로 일관되는가, 세상은 연속인가 알갱이인가, 세상은 어디로 흘러가는가. 이 배열의 힘은 같은 인물을 서로 다른 물음 앞에 세울 때 드러난다. 뉴턴은 천상과 지상을 하나로 묶은 통합자이면서, 빛의 본성에 관해서는 한 세기 넘게 파동설과 겨룬 입자론자다. 허셜의 온도계가 스펙트럼 바깥에서 읽은 열은 1부에서 관찰의 확장으로 등장하고, 에필로그에서 제임스 웹 우주망원경의 적외선으로 되돌아온다. 연대기였다면 흩어졌을 장면들이 물음을 따라 서로를 비춘다.
이 책에서 가장 믿음직한 대목은 극적인 서사를 스스로 절제하는 자리들이다. 저자는 케플러가 브라헤의 자료에 남은 8각분의 차이를 무시하지 않았기에 천문학을 개혁할 수 있었다고 쓰면서도, 철학과 종교의 시대가 그 한 번의 계산으로 끝났다고 보기는 어렵다고 덧붙인다. 금성의 위상은 프톨레마이오스의 금성 모형을 반박했지만 티코 브라헤의 체계와는 양립했고, 지구의 운동을 직접 입증하려면 연주시차 같은 다른 증거가 더 필요했다. 마이컬슨과 몰리의 영 결과도 곧바로 모든 에테르를 지운 것이 아니었다. 이런 문장들은 이야기의 재미를 덜어 내는 대신 과학이 실제로 확신에 이르는 방식을 보여 준다. 결정적 관측 하나와 그것을 둘러싼 여러 모형의 비교가 함께 전환을 만든다는 것이다.
입자물리학자의 손길은 개념을 다루는 정밀함에서 드러난다. 측정이 대상을 교란한다는 이야기와 불확정성 원리를 구별하고, 최소 작용의 원리가 엄밀하게는 정지 작용의 원리라는 점을 짚으며, 뇌터 정리가 보존 법칙의 수학적 구조를 설명할 뿐 우주의 목적까지 증명하지는 않는다고 선을 긋는다. 슈뢰딩거가 생명은 음의 엔트로피를 먹고산다고 쓴 대목에서는, 생명체가 자유에너지를 받아들이고 더 큰 엔트로피를 환경으로 내보낸다고 말하는 편이 정확하다고 옮겨 적는다. 대중서가 흔히 뭉개는 경계를 이 책은 끝까지 지킨다. 그러면서도 문장은 무겁지 않고, 본문의 흐름을 끊을 만한 논점은 책 끝의 장별 보충 설명으로 옮겨 두었다.
마지막 장에 이르러 책은 과학사에서 과학철학으로 건너간다. 물리학은 왜 변하지 않는 수식을 찾는가, 수학은 왜 자연에 그토록 잘 맞는가, 그 수식은 발견되는가 발명되는가. 저자는 종이 위에서 식을 정리하다 보면 이미 놓여 있는 것을 더듬어 찾는다는 느낌이 들 때가 있다고 고백한다. 그러나 곧바로 감각은 증거가 아니라고 덧붙이고, 플라톤적 본질을 탐구하되 그것이 실험으로 입증되었다고 단정하지 않겠다고 말한다. 이 고백과 절제의 균형이 이 책 전체의 태도를 요약한다.
출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보(출판사 제출)
일러두기
프롤로그 · 우리가 보는 세상은 진실인가, 환상인가
1부. 관찰과 실재 — 눈에 보이는 것 너머를 여는 열쇠
제01장 가시광선의 한계를 넘다 — 망원경과 현미경이 열어젖힌 두 개의 무한
제02장 정밀 측정이 원을 깨뜨리다 — 티코 브라헤의 관측과 케플러의 타원
제03장 금성의 위상이 던진 파문 — 관찰 하나가 체계를 무너뜨리는 방식
제04장 아무것도 발견하지 못한 실험 — 마이컬슨과 몰리, 그리고 사라진 에테르
제05장 측정이라는 개입 — 보는 행위가 대상을 바꿀 때
제06장 보이지 않는 빛 — 허셜의 온도계가 스펙트럼 바깥에서 읽은 것
제07장 별빛의 자를 만든 사람 — 리비트의 주기·광도 관계와 우주의 거리
제08장 138억 년 전의 잡음 — 우주배경복사를 관찰한다는 것의 의미
2부. 통합과 보존 — 달라 보이는 것들을 하나의 수식으로
제09장 지상의 사과와 천상의 달 — 뉴턴의 만유인력과 보편 법칙의 탄생
제10장 전기와 자기가 하나가 되다 — 패러데이의 직관과 맥스웰의 방정식
제11장 질량과 에너지의 동등성 — E = mc²가 이어 붙인 두 세계
제12장 자연은 게으르다 — 페르마의 최단 시간 원리와 최적화의 미학
제13장 대칭이 있는 곳에 보존이 있다 — 에미 뇌터의 정리
제14장 열과 운동의 통합 — 통계물리학이 이은 미시와 거시
제15장 시공간의 융합 — 4차원이라는 직물, 그리고 1919년에 휘어진 별빛
제16장 아직 오지 않은 통합 — 네 가지 힘을 하나로 묶으려는 시도
3부. 파동과 입자 — 물질과 존재의 근원을 묻다
제17장 빛을 둘러싼 첫 대결 — 뉴턴의 입자와 하위헌스의 파동
제18장 이중 슬릿의 충격 — 회절과 간섭이 보여 준 것
제19장 광전효과 — 빛을 알갱이로 본 아인슈타인의 시선
제20장 모든 물질은 파동이다 — 드브로이의 대담한 제안
제21장 원자 모형의 진화 — 궤도를 도는 위성에서 확률의 구름으로
제22장 파동함수와 불확정성 — 슈뢰딩거 방정식이 말하는 존재의 확률
제23장 양자 얽힘 — 멀리 떨어져도 이어지는 상관관계
제24장 대칭이 부서지며 질량이 생기다 — 표준모형과 힉스 장
4부. 화살과 흐름 — 시간, 엔트로피, 그리고 정보
제25장 되돌릴 수 없는 것 — 열역학 제2법칙과 시간의 화살
제26장 세계를 비트로 다시 쓰다 — 튜링과 섀넌, 실체가 된 정보
제27장 팽창하는 우주 — 정적 우주관을 무너뜨린 허블의 관측
제28장 별의 일생 — 붉은 거성에서 블랙홀까지, 물질의 순환
제29장 사건지평선 너머 — 정보는 블랙홀 속에서 사라지는가
제30장 무질서에서 솟는 질서 — 상전이, 창발, 그리고 자발적 대칭 깨짐
제31장 생명이라는 특이점 — 엔트로피를 거스르는 것처럼 보이는 현상
제32장 변하지 않는 수식을 찾아서 — 현대 물리학과 플라톤적 본질
에필로그 · 질문은 끝나지 않는다
장별 보충 설명
출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보(출판사 제출)
부가기호 05400: 독자 대상 교양 · 발행 형태 전자출판물 · 내용 분류 자연과학.
출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보 · 부가기호 뜻은 국립중앙도서관 ISBN 안내 기준
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김동희 / 이성과 본질. 출간 후 상세 정보가 갱신됩니다.
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