“빅뱅 후 1조분의 1초까지 거슬러 올라가는
우주와 물질의 기원을 밝히는 지적 여행”
힉스입자를 발견한 CERN 소속 입자물리학자,
리처드 도킨스와 칼 세이건의 뒤를 잇는 이 시대의 과학커뮤니케이터
해리 클리프가 풀어내는 최신 현대 물리학이 밝힌 이 세상을 만드는 법
“아무것도 없는 상태에서 사과파이를 만들려면 먼저 우주를 만들어야 한다.” 전 세계에서 가장 유명한 다큐멘터리 〈코스모스〉에서 칼 세이건이 한 말이다. 이 책의 저자 해리 클리프는 이 말대로 궁극적인 사과파이 조리법을 알기 위해 우주의 기원을 밝히는 매혹적인 탐험을 떠난다. 세계 최대 규모의 입자연구소 CERN에서 모든 물질을 구성하는 기본 입자를 찾고, 거대한 지하실험실인 그랑사소 연구소에서 유령 같은 입자, 뉴트리노(중성미자)로 태양의 심장을 들여다본다. 그리고 전 세계를 놀라게 한 전설적인 발견, 힉스입자의 존재를 증명한 순간 속으로 들어가 인류가 도달한 물질세계의 심층 진리를 직관할 수 있게 해준다.
빌 브라이슨의 유머, 미치오 카쿠의 현장감, 칼 세이건의 유려한 설명이 한 권에 모인 것 같다는 평을 듣는 이 책은, 어렵고 지루한 이론 중심의 설명이 아니라 마치 체험기처럼 직접 연구소를 방문하고 실증적인 실험을 보여주는 등 과학 지식을 생생하게 풀어내 어떤 어려운 물리학 얘기도 술술 읽히게 한다. 그리고 웃음 짓지 않고는 못 배길 유머가 한시도 지루할 틈을 주지 않고 계속 읽을 수 있게 해주는 원동력이 되어 준다.
이 책은 실험물리학자가 쓴 몇 안 되는 과학교양서로 우리 세계의 신비가 밝혀지는 순간이 그 어떤 과학책보다 현실감 있게 담겨 있다. 수식과 개념의 난립이 아닌, 불과 연기, 거대한 엔진이 돌아가는 이야기를 통해 당신은 이 세상이 가진 경이를 목격할 수 있을 것이다.
『은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서』만큼이나 재밌다.
- 커커스 리뷰
★ 커커스 리뷰 선정 2021년 최고의 과학책
★ TED 270만, 영국왕립학술원 290만 회라는 놀라운 기록을 가진 과학계 명강의
★ 곽재식, 짐 알칼릴리, 숀 캐럴 등 과학자가 추천하는 대중과학 교양서
거대한 세상의 비밀을 탐구하는 아주 작은 과학
지난 100년간, 아인슈타인의 탁월한 연구인 상대성이론과 그보다 훨씬 더 혁신적이었던 양자역학으로 세상을 보는 우리의 눈은 완전히 바뀌었다. 두 이론 덕분에 인류는 우주가 무엇으로 이루어져 있고 어떻게 변화해 왔는지 알아낼 수 있었다. 하지만 축복과도 같은 시간이 지난 지금 물리학은 또 다른 전환점에 서게 되었다. 이에 인류는 전례가 없는 색다른 시도를 하게 되는데, 가늠할 수도 없이 방대한 우주의 기원을 아주 작은 입자를 통해 알아낸다는 것이었다. 22개의 나라가 협력하고 2,500여 명의 과학자가 참여한 초연합 실험 프로젝트가 수립되고 수많은 문제와 난관을 극복한 끝에 2012년, 드디어 인류가 찾아낸 소립자인 양성자를 이용해 우주를 탄생시킨 빅뱅을 재현하는 실험이 시작됐다. 지하 100m 아래에 총길이 27km, 무게 6,000톤에 달하는 거대한 입자가속기에서 두 양성자를 광속의 99.999996%까지 가속해 부딪혔다. 어마어마한 에너지가 터져 나오며 계측기에 무수한 숫자가 찍혀 나갔고 이윽고 상상만 해 왔던 신의 입자로 알려진 힉스 입자가 그 모습을 드러냈다.
지극히 작디작은 0.833 펨토미터 크기의 양성자로 현대 과학의 다음 페이지가 열렸을 때, 약 400만 년 전에 출현한 인류가 셀 수조차 없는 138억 년이란 우주의 시간을 거슬러 빅뱅 후 1조분 1초까지 세상을 이해했고, 과학의 가장 크고 근원적인 질문인 우리와 세상은 어떻게 만들어졌는가에 대한 답에 다시 한 걸음 가까이 다가서게 되었다. 이 책은 현대 과학의 가장 최전선에서 인류의 지평을 넓힌 수많은 과학자의 도전과 노력을 상세히 담아내고 있다. 또한 이들의 지치지 않는 열정으로 밝힌 우리 우주와 물질이 만들어질 수 있었던 기적 같은 원리 또한 담겨 있다. 현대 과학의 맨 앞에서 그 다음을 개척하는 인류의 지성에 대한 이야기를 통해 독자들은 인식의 저변을 확장하고 무한한 지적 욕구를 채울 수 있을 것이다.
오직 과학만이 말할 수 있는 세계의 감동
무수히 물체를 잘라서 더는 자를 수 없는 극히 미세한 입자의 세계에 들어오면 세상은 우리가 알던 것과는 다른 모습을 보여준다. 미시세계를 통해 본 세계는 하나씩 개별성을 가지고 구별되어 있지 않고 양자장이라고 하는 하나의 움직임 속에 있는 서로 연결된 연속성의 세계다. 모든 물체는 거대한 진동이 모여서 탄생한 집합이며 따라서 당신과 나는, 나뉘어 구별되는 존재가 아니라 서로 연결되어 있는 하나다. 점차 이기주의적 개인화로 나아가는 현대 사회에서 과학이 보여주는 미시세계의 이야기는 뜻깊은 메시지로 다가온다. 흔히 과학은 우리의 삶과 연관성이 바로 닿아 있지 않은, 거리가 있는 학문이라고 생각하지만 아주 작은 입자에도 우리 삶을 환기해 주는 가르침이 숨어 있었다. 과학 속엔 우리가 일방적으로 그은 인식의 한계를 넓히고 가장 잃지 말아야 할 가치에 대해서 알게 해준다. 과학은 말한다. 모든 원자는 동일한 우주의 바다에서 일어난 진동에서 태어났기에 우리는 모든 피조물과 하나인 셈이라고. 독자는 이를 통해 소외되는 현대인에게 오직 과학만이 전할 수 있는 깊은 감동과 메시지를 읽을 수 있을 것이다.
과학의 시대를 살아가는 이를 위한
누구나 끝까지 읽을 수 있는 대중과학 교양서
이 ...책은 방대하고 심도 있는 고급 과학지식을 다루고 있으면서, 과학에 관심 있는 사람이라면 그 누구라도 끝까지 쉽게 읽을 수 있는 대중과학 교양서다. 저자는 대중 독자를 위해 다른 과학책과 구별되는 독특한 특징을 이 책에 담았는데, 먼저 실험과학자라는 자신의 전문 분야를 살려 어려울 수 있는 과학 지식을 이론적인 설명에만 치중하지 않고 직접적인 실험과 발견을 통해 보여준다. 또한 『단 하나의 방정식』을 쓴 미치오 카쿠처럼 실제 연구소를 방문해 기계와 연구하는 과학자를 보여줘 마치 그곳에서 있는 것처럼 생생한 현장감을 느끼게 해준다. 진지한 과학 이야기 사이에 웃음이 터지게 하는 유머도 곳곳에 자리하고 있는데, 회의가 너무 많아서 일에 지장을 받자 회의를 줄이는 회의팀을 만들어 결국 회의가 더 많아졌다는 일화나 이론물리학자가 틀렸다는 걸 증명할 때 가장 즐겁다는 저자의 짓궂은 말 등 자신도 모르게 최신 현대 과학을 이해하면서 키득거리며 웃고 있는 자신을 볼 수 있을 것이다.
과학의 시대에 살아가는 우리에게 과학은 단순히 기술이 아닌, 우리의 생각과 판단의 큰 축을 구성하는 지식이자 사상이 되었다. 이전에는 상상하지 못했던 모습으로 변화할 세상 속에서 과학은 이제 멀리서 봐야만 할 존재가 아니다. 과학에 관심 있다면 그 누구라도 끝까지 재밌게 읽을 수 있는 친절한 과학책, 『다정한 물리학』을 한번 읽어보며 과학과 친해지는 시간을 가져보자.
프롤로그
1장 · 기본 조리법
2장 · 가장 작은 조각
3장 · 원자의 구성성분
4장 · 원자핵 분해하기
5장 · 열핵 오븐
6장 · 별
7장 · 궁극의 우주요리사
8장 · 양성자 조리법
9장 · 입자란 진정 무엇인가?
10장 · 최후의 구성성분
11장 · 만물의 조리법
12장 · 누락된 구성요소
13장 · 우주 만들기
14장 · 이것으로 끝인가?
부록 / 감사의 글 / 역자 후기 / 후주 / 참고문헌 / 찾아보기
〈코스모스〉 시리즈의 9편은 칠흑같이 어두운 배경에 작은 초록색 점이 나타나는 장면으로 시작된다. 처음에는 우주공간을 표류하는 떠돌이 행성처럼 보이는데, 서서히 확대해 보니 무언가 이상하다. 그러다 시청자들이 “아하, 행성이 아니라 사과였구나!”라고 깨닫는 순간, 갑자기 나타난 부엌칼이 사과를 사정없이 두 조각으로 자르고, 그 후에는 조리사가 롤링핀으로 밀가루 반죽을 펴서 무언가를 만든 후 오븐에 넣는 장면이 이어진다.
얼마 후 배경은 참나무 장식으로 유명한 케임브리지 트리니티 칼리지의 연회장으로 바뀐다. 그곳에는 기다란 테이블이 여러 개 놓여 있고, 그중 한 테이블의 끝에 붉은 터틀넥 스웨터를 입은 칼세이건이 앉아 있다. 웨이터가 세이건에게 갓 구운 사과파이를 권하자, 그는 카메라 쪽으로 시선을 돌리며 다음과 같은 첫 대사를 날린다-“아무것도 없는 무의 상태에서 시작하여 사과파이를 만들려면 우선 우주부터 만들어야 합니다.”
p. 022
연기의 정체가 궁금해진 나는 오랜 옛날부터 사용되어 온 화학분석법, 즉 “코 들이대고 냄새 맡기”를 시도했다. 낭만주의 시대의 저명한 화학자 험프리 데이비는 다양한 기체들이 인체에 미치는 영향을 확인하기 위해 본인이 직접 기체를 들이마시곤 했다. (…) 물론 추천할 만한 방법은 아니다. 하루는 데이비가 실험 도중 일산화탄소를 지나치게 들이마시고 쓰러진 적이 있는데, 연구원들이 그를 바깥으로 끌고 나와 신성한 공기를 마시게 했더니 희미한 목소리로 이렇게 중얼거렸다-“괜찮네. 오늘 죽을 것 같진 않아.”
pp. 027-028
나는 숯덩이가 충분히 곱게 갈리지 않은 것으로 판단하고 슬라이드를 빼내려다가 화면 왼쪽 아래에서 훨씬 작은 검은 입자를 발견했다. 현미경 렌즈를 그쪽으로 맞추고 대충 크기를 가늠하고 있는데, 갑자기 그 입자가 움직이는 것이 아닌가! 그것도 액체의 흐름을 따라 부드럽게 흘러가는 것이 아니라, 무언가가 마음에 들지 않는다는 듯 격렬하게 요동치고 있었다. 그 옛날 브라운이 왜 “살아 있는 분자를 발견했다”고 생각했는지, 그 이유가 피부에 와닿는 순간이었다. 그때 느꼈던 흥분과 기쁨은 말로 표현할 길이 없다. 소싯적에 생전 처음 천체망원경으로 토성과 위성을 발견했을 때에도 이와 비슷한 느낌이었다. 그때 내가 내뱉었던 말은 지금 생각해도 참 바보 같다-“맙소사… 토성이 진짜로 있었네!” 그전에도 책이나 TV를 통해 토성을 여러 번 보아왔지만, 내 눈으로 직접 확인하는 것은 완전히 다른 경험이었다.
p.064
충분히 가까운 거리에서 들여다보면 물질의 불연속성은 사라진다. 우리가 알고 있던 입자는 사실 입자가 아니라, 우주의 모든 곳을 가득 채우고 있는 양자장의 교란이었다. 모든 물체(사과파이, 인간, 별 등)는 이러한 진동이 모여서 탄생한 거시적 집합체이며, 이들이 함께 움직이면서 견고함과 영속성이라는 환영을 만들어내고 있다. 게다가 세상에는 단 하나의 전자장과 하나의 업쿼크장, 그리고 하나의 다운쿼크장이 존재하고 있으므로, 당신과 나는 서로 연결되어 있다. 우리 몸을 이루는 모든 원자들은 동일한 우주의 바다에서 일어난 잔물결이기에, 우리는 모든 피조물과 하나인 셈이다.
pp. 284-285
ATLAS의 파비올라 자노티가 등장하여 CMS와 동일한 위치에서 “언덕”이 형성된 그래프를 보여주자, 청중들은 목이 터져라 소리를 지르고 발을 구르며 한바탕 난리를 치렀다. 어느 정도였냐고? 월드컵 결승전에서 자국팀이 결승 골을 넣었을 때와 거의 똑같았다고 보면 된다.
그 자리에 모인 물리학자들은 함께 일궈낸 성공을 자축했고, 어느새 80대에 접어든 피터 힉스는 감...격의 눈물을 흘렸다. (…) CERN의 사무총장이 행사 종료를 선언할 때, 매트는 비로소 자신이 어떤 일을 했는지 실감할 수 있었다-“이제 좀 감이 오는군. 나는 아직 전문가가 아니지만, 대단한 놈을 발견한 건 사실이야.”
그렇다, 그들은 힉스입자를 발견했다.
p. 324
우리는 아무리 노력해도 우주가 탄생한 순간(중력, 시간, 공간, 양자장 등 모든 것이 하나로 통일되어 있던 순간)에 도달할 수 없을 것 같다. 실망스러운가? 그럴 필요 없다. 사실은 그 반대이기 때문이다. 우리는 물질과 우주의 기원을 이해하기 위해 꽤 먼 길을 걸어왔지만, 플랑크 규모에 도달하려면 아직 멀고도 멀었다. 궁극의 이론을 논할 때가 아니다. 아직 풀리지 않은 미스터리가 사방에 널려 있다. 암흑물질의 정체는 무엇인가? 빅뱅의 와중에 물질은 왜 반물질보다 많아서 지금까지 살아남았는가? 힉스장이 기적과 같은 값을 갖게 된 이유는 무엇인가? 다행히도 과학은 미스터리가 많을수록 강한 위력을 발휘한다. 더욱 희망적인 것은 방금 열거한 미스터리가 앞으로 몇 년 안에 해결될 가능성이 있다는 점이다.
p. 451
해리 클리프 [저]
케임브리지대학교의 물리학 교수로 입자물리학의 권위자이자 20대 중반의 나이로 유럽입자물리연구소(CERN)에서 진행되는 세계에서 가장 큰, 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 실험 프로젝트의 멤버가 되었다. 2013년 역사적인 힉스 입자 발견의 순간에 한 축을 담당했으며 이때의 경험을 토대로 TED에서 ‘현대 물리학의 끝과 다음’이란 주제로 강의를 했다. 이 강의는 270만이란 놀라운 조회 수를 기록하며 TED 명강의에 올랐는데 이로 인해 과학자로서 뛰어난 업적뿐만 아니라 대중을 위한 커뮤니케이터의 모습을 보여주었다는 평을 받아 새로운 칼 세이건으로 불리기도 한다. 현대 물리학의 가장 큰 질문인 모든 것의 기원에 대한 답을 찾기 위해, 클리프는 오늘도 제네바 지하 100미터 아래에서 거대 입자 탐지기 실험을 이어 가고 있다.
박병철 [저]
연세대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하여 박사 학위를 받았다. 이후 약 30년 동안 대학에서 학생들을 가르치다가 지금은 번역과 저술 활동에 전념하고 있다. 번역한 책으로는 《엘러건트 유니버스》, 《평행우주》, 《페르마의 마지막 정리》, 《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》, 《마음의 미래》, 《힉스, 신의 입자 속으로》, 《뷰티풀 퀘스천》 등 과학 서적 80여 권이 있다. 번역 부문에서 2005년에 한국출판문화상을, 2016년에 미래창조과학부 장관상을 수상했고, 아시아태평양 이론물리학센터(APCTP)에서 주관하는 우수과학도서에 7회 선정되었다. 지은 책으로는 《별이 된 라이카》가 있다.
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