과학의 위로 / 이강룡

 

 

 

 

 

 

1장 빛과 입자

무한과 유한: 앎이란 이미 아는 것으로 아직 모르는 것을 알아내는 지혜

ㆍ앎이란 이미 아는 것으로 아직 모르는 것을 알아내는 지혜이다. 

 

ㆍ무한급수란 무한히 더해지는 수를 일컫는데, 무한 속에서 규칙성을 찾아낼 수 있다면 그런 무한은 유한의 다른 모습이 된다. 그러니까 그동안 우리가 무한한 것이라고 여겼던 것이 실은 우리가 미처 몰라서 그렇게 느껴졌던 셈이다. 

 

빛의 속성: 언제나 삶의 최단 경로를 알고 있는 동네 주민들

ㆍ보이지 않는 전자기파를 때로 '보이지 않는 빛'이라고 부르기도 하다. 

 

ㆍ빛은 항상 최적의 경로로 움직인다. 빛이 앞으로만 가다가 방향을 트는 것은 오로지 그것이 더 빨리 이동하는 경로일 때만 그렇다. 

 

ㆍ빛의 입장에서 가장 유리한 것은 공기를 최대한 많이 통과하고 물은 되도록 적게 통과하는 것이다. 빛은 직진하지만, 공간이 휘어져 있을 때는 굴곡을 따라 움직인다. 

 

ㆍ광선이 어느 방향으로 움직일지 선택하기 전, 자신의 최종 목적지를 알고 있어야 한다. 

 

전기와 자기, 전자기파: 전자파로 둘러싸인 안전한 세상

ㆍ물감은 서로 합칠수록 검정에 가까워지지만 빛은 합칠수록 흰색에 가까워진다.

 

ㆍ아인슈타인은 E=mc2 하나로 에너지와 물질이 서로 교환 가능하다는 점을 입증했다. 핵분열은 무거운 핵이 쪼개지면서 줄어든 질량만큼의 에너지가 발생하는 현상이고, 핵융합은 두 핵이 합쳐져 하나로 되면서 줄어든 질량만큼의 에너지가 발생하는 현상이다. 과정은 반대지만 줄어든 질량이 막대한 에너지로 바뀐다는 점은 같다. 

 

ㆍ물체가 움직인다는 것은 달리 말해 그 물질 안에 포함된 전자가 움직인다는 말도 된다. 전자가 움직이는 것을 전기의 흐름, 즉 전류라고 부른다. 전류가 흐르면 반드시 주변에 자기가 생긴다. 

 

주파수와 공명: 마음이 맞는 사람들과 함께 누리는 인생의 행복

ㆍ우리 몸의 70%가 물인데 모든 세포에 물이 포함돼 있고, 모든 물에는 수소 원자가 포함돼 있다. 수소 원자의 상태를 추적하면 세포 모양을 이미지로 구성해볼 수 있다. MRI는 이 원리를 활용한다. 수소 원자 주변에 강한 자석을 가져가면 수소 원자들이 일정한 방향으로 회전축이 도는 세차운동을 한다. 팽이가 잘 돌 때는 팽이 회전축이 수직으로 딱 고정돼 있다. 그러다가 팽이의 축이 회전하기 시작하면 팽이는 비틀거리며 돈다. 이렇게 회전축이 도는 것을 세차운동이라고 한다. 수소 원자의 세차운동에 주파수를 맞추어 공명시키면 우리가 원하는 신체 내부의 영상을 얻을 수 있다.

 

아날로그와 디지털: 이분법으로 풀 수 없는 복잡다단한 인생사

ㆍ우리 안에는 차지하는 비중만 다를 뿐이지 감성과 이성의 두 측면이 늘 공존하는 것 같다. 어찌 보면 감성과 이성은 떼놓을 수 없는 한 몸의 다른 면인지도 모르겠다. 전자기파의 전기와 자기, 시공간의 시간과 공간처럼 말이다. 사람들은 인간 유형을 아날로그형과 디지털형으로 나누기도 한다. 

 

ㆍ세밀한 부분까지 정확히 아는 데는 디지털이 좋고, 대강의 전체 흐름이나 윤곽을 하는 데는 아날로그가 좋다. 

 

ㆍ세상을 꿰뚫는 한 가지 물리 법칙은 아직 발견되지 않았다. 

 

현대 문명의 기반, 반도체

ㆍ조지 불이 창안한 논리 체계에 기반을 두고 있는 디지털 신호는 0과 1,  이 둘로 이루어져 있다. 어떤 명령을 실행하는 것은 1, 실행하지 않는 것은 0이다. 이진법을 쓰면 생일 케이크의 초는 7개면 충분하다. 촛불이 켜진 것을 1, 꺼진 상태를 0으로 보면 0000001(1세)부터 1111111(127세)까지 표현할 수 있다. 

 

ㆍ트랜지스터는 0과 1인 신호를 제어할 수 있는 장치다. 전구의 전원을 켜고 끄는 전자 스위치를 만든다면 트랜지스터 하나가 필요하다. 그런데 기능을 더 넣고 싶다면 경우의 수가 늘어나야 하니까 트랜지스터가 하나 더 필요하다.  

 

반도체의 8 공정

 

 

 

2장 시간과 공간

 

상대성 원리: 보는 관점에 따라 달라 보이는 인생의 오묘함

ㆍ당뇨병은 에너지의 원료인 포도당을 몸이 흡수하지 못해서 생기는 병이다. 에너지로 써야 할 포도당을 잘 흡수하지 못하면 피 안에 포도당이 너무 많이 남게 되는데 그 아까운 포도당들이 결국 오줌으로 다 배출돼 버린다. '당뇨'가 '포도당 오줌'이라는 말이다. 

 

ㆍ좋은 질문은 더 나은 지식을 이끌어내는 힘을 지닌 듯하다. 

 

ㆍ아리스토텔레스는 모든 물체는 움직이다가 결국 멈추게 되므로 정지 상태가 물체의 본성이라고 생각했다. 

 

특수 상대성 이론: 달라 보였던 것들이 하나였음을 깨달았을 때의 벅찬 희열

ㆍ빠르게 이동하는 물체의 시간이 지연되고 공간은 수축된다. 

ㆍ중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 흐른다.

 

일반 상대성 이론: 훌륭한 사람들이 일으키는 거대한 일렁임

ㆍ크로노스: 누구에게나 똑같이 주어진 시간

ㆍ카이로스: 사람마다 다르게 느끼는 시간

 

ㆍ뉴턴의 이론에 따르면, 힘은 거리의 제곱에 반비례한다. 거리가 두 배 멀어지면 힘은 반이 아니라 1/4로 줄어든다. 

 

ㆍ중력은 물체가 서로 당기는 힘인데, 아인슈타인은 이 힘이 시공간의 울퉁불퉁한 굴곡 때문에 생기는 효과라고 설명했다. 

 

ㆍ무거운 물체는 시공간을 출렁이게 한다.

 

시간과 시계: 자기만의 일상을 구축한 이의 근사하고 단정한 삶

ㆍ시간은 항상 공간에 따라, 즉 물체 위치와 이동에 따라 신축성 있게 변한다. 이 세상 모든 것은 서로 다른 위치에서 서로 다른 운동을 하고 있으므로 완벽하게 동일한 한 종류의 1초란 없는 것이고, 따라서 불변하는 '절대 시간'도 없는 것이다. 

 

표준과 단위: 게으름에서 오는 느슨함과 부지런함에서 오는 유연함

ㆍ판단에는 기준이 필요하고, 그 기준이 일정할수록 더 올바른 판단을 할 수 있다. 

 

ㆍ삶의 폭과 기준은 저마다 다르다. 그건 살면서 저절로 정해지기도 하고, 스스로 정해야 할 때도 있다.

 

일상 용어와 과학 용어

ㆍ보이는 만큼 또 알게 된다. 자주 보이면 알기도 쉽다. 

 

 

 

3장 과학과 수학

 

스칼라와 벡터: 과속을 피하는 방법과 목적지까지 가는 방법

ㆍ속력은 스칼라이고 속도는 벡터다. 

 

계산과 방정식: 복잡한 인생 고민을 푸는 지혜

ㆍ수 영역을 획기적으로 확장하는 데 기여한 허수 i가 있다. '허수'라는 명칭이 이 수에 대한 확신이 서지 않았을 때 붙여진 이름이라서 현실에는 존재하지 않는 수라는 인상을 주지만 여러 계산에 필수로 사용되는, 버젓이 존재하는 진짜 수다. 양자역학을 설명하는 데 필수적이다. 

 

패턴 인식과 기하학: 적합한 삶의 방식을 찾으려는 본능

ㆍ사람들은 늘 공통점을 찾으려 한다. 똑같으면 더 좋겠지만 똑같지 않아도 어떻게든 유사성을 찾아내려고 한다. 

 

ㆍ비슷한 점을 찾는 것은 패턴 인식의 한 방식이다. 사물에서 일정한 형태를 떠올리고자 하는 것. 즉 패턴 인식은 인간의 타고난 본능 같다. 

 

ㆍ살아가면서 어떤 문제를 해결하기 전에 먼저 살펴봐야 할 것은 과연 해결할 수 있는 문제인지 먼저 곰곰이 따져보는 일이다. 

 

미분과 적분: 어머니의 사랑을 미분하면 남는 것

ㆍ세상에 불변하는 것은 없으니, 변화 자체가 자연의 진리다. 세상 모든 것이 변한다면 우리가 할 수 있는 일은 그 변화에 잘 대처하는 방법뿐이다. 

 

ㆍ미분은 변화율을 알기 위한 수학적 방법이다. 

 

삼각함수와 로그: 우리의 감각을 통역해주는 멋진 계산법

 

 

수학과 물리학, 그리고 예술

ㆍ예술에서 주로 발견되는 수학 원리는 비례와 대칭이다. 

 

4장 우주와 인간

 

우주의 탄생: 12월 31일 밤 11시 59분 59초에 시작된 과학의 역사

 

원소와 주기표: 하나뿐인 세계에 존재하는 사람 수만큼의 세상들

ㆍ초전도란 전기가 밖으로 새지 않고 그대로 유지되는 현상이다. 

 

생명 원리: 물질이 생명으로 바뀌는 기적

ㆍ인간의 몸을 이루는 물질들은 별을 구성하는 요소와 똑같기에 인간은 어떤 면에서 '별의 부스러기'다. 

 

ㆍ우리는 일하거나 뭔가 배워나갈 때 항상 '양과 질'의 관계를 따진다. 양이 중요한 것 같기도 하고, 질이 중요한 것 같기도 하고, 둘다 똑같이 중요한 것 같기도 하다. 뭐가 더 중요한지는 모르지만 분명한 건 양이 증가하는 두중에 문득 질적 발전이 이루어진다는 점이다. 

 

ㆍ세상에 온전히 좋기만 한 일은 없다. 또 온전히 나쁘기만 한 일도 없는 것 같다. 

 

진화: 살아남은 자가 강한 자라는 살벌한 실전 인생

ㆍ진화는 실행 오류에서 비롯되었다. 

 

기억의 메커니즘: 인간 존재의 소멸은 사망이 아닌 망각

ㆍ감각이나 감정 정보를 다루는 곳은 편도체다. 장기 기억을 주관하는 것은 해마인데, 해마로 정보가 보내지는 경로는 두 가지다. 하나는 감정 처리 중추인 편도체를 경유하는 경로이고, 다른 하나는 후주의피질을 통한 경로다. 

 

ㆍ기억을 오래 유지하기 위해 해마가 먼저 하는 작업은 수집된 데이터를 잘게 쪼개는 일이다. 

 

과학자들의 인생 특강

 

 

 

 

 

 

에필로그: 지식의 성장과 공동체 정신

ㆍ인간은 앎을 소유할 수 없으며, 다만 영원히 지향하고 사랑할 수만 있는 것은 아닐까. 모름을 인정하게 되면 진리 앞에 겸손해진다.