독서모임 - 천국의 문을 두드리며
입자물리학과 우주론
추천자, 발제자, 진행자 : jstory
토론도서 : 천국의 문을 두드리며 (리사 랜들)
참석자 : jstory, 가볍게, 문화도시인, 무우니 4명
처음에 8명의 참석자의 신청으로 시작했던 '천국의 문을 두드리며'가 최종 4명의 모임으로 축소가 되었습니다. 일정상 맞지 않은 분도 있으시고, 책의 난도도 영향을 미쳤을 것이라는 추측도 하게 됩니다.
처음으로 강남의 XYZ 라는 곳을 빌려서 진행했는데, 한 건물의 오피스텔을 공유오피스로 개조를 해 놓았습니다. 정시 전에는 대기할 장소가 없다는 점, 화장실이 오피스텔에 붙어 있고, 음류 등의 서비스 물품이 없고, 가격은 홍대보다 더 비싸다 정도에서 약간 비호감이었다는 것이 제 개인적인 평입니다.
4명이 모였고, 총평으로 얘기를 시작했습니다. 모두의 얘기를 잘 듣고 정리하고 싶다는 생각을 했지만, 얘기를 듣다가 하다 보니 놓친 부분도 많았습니다. 기억에 남는 부분만이라도 공유를 하는 것이 좋겠다는 생각으로 후기를 작성합니다. ^^
이 책의 좋았던 부분에 대해서 이야기하는 부분에서, 제가 이해하지 못해서 지루하게 생각했던 LHC(강입자 충돌기)에 대한 설명 부분에서 큰 감동을 받았다는 문화도시인님의 말씀이 기억에 남습니다. 세계의 많은 나라들이 협력해서 1964년에 만들어졌던 힉스 입자의 존재를 밝히는 실험을 할 수 있는 '강입자충돌기'를 만들어 내고, 만 명이 넘은 전 세계의 과학자들이 모여서 문제없이 운영을 한다는 점에서 과학책을 읽으면서 항상 느끼는 경이로움을 느끼고, 인간지성의 성과에 감동을 받았다는 내용으로 그 감동이 내가 살짝 놓쳤던 부분을 짚어주셨다는 생각에 너무 좋았습니다.
제이스토리님이 이 책을 10조짜리 장난감을 만들고 난 이후, 20조짜리 장난감을 만들기 위한 연구자금 수거용 마케팅용 책이라는 해석도 허를 찌르는 독특한 관점이었습니다. 입자물리학이라는 분야에서 나오는 성과가 한계가 있고, 현대의 성과는 바이오-생물학에서 더 많이 나올 것이기에 과학의 예산이라는 것이 다른 쪽으로 흘러들어야 한다는 관점은 생각지 못했던 다른 관점으로 한 번에 설득이 되는 설명이었습니다.
가볍게님이 말씀하신 스케일에 대한 내용으로 가장 작은 것과 가장 큰 것의 연결과 고전역학(뉴턴역학, 상대성이론)과 양자역학의 차이점에 대한 설명에는 공감과 이해의 동질성에서 좋았습니다.
전반적으로 이 책은 많은 의문점을 남겨줍니다. 과학책을 읽으면서 느끼게 되는 이해의 한계성을 어떻게 뛰어넘을 것인가에 대해서는 모두들 조금씩 공감하는 것 같아서 나만의 문제는 아니라는 안도감을 느끼게 됩니다. 하지만, 입자물리학에서의 표준모형의 형성과 관련해서 충돌을 통해서 만들어지는 수백 개의 입자의 궤도에서 어떻게 17개의 입자로 만들어지게 되었는지에 대한 이해공유, CERN에 한국의 연구진도 있는데, 그 이유가 LHC에 사용되는 반도체가 삼성전자에서 만들어지는 것이라서 일부 참여가 가능했다는 비하인드 스토리는 너무 재미있는 포인트였습니다.
독서모임의 마지막 부분에 과학에서의 아름다움이라는 부분에 대한 두 분의 설명이 시간이 지나도 계속 기억에 남습니다. 우리가 말하는 가장 단순하게 모든 현상을 설명할 수 있는 아름다움이라는 것이 정말로 진실이 맞을지? 아니면 우리가 이해하기 쉬운 것을 더 아름답게 느끼기 때문에 나도 모르게 뭔가를 설명할 수 있는 쉬운 길로 더 복잡한 현상을 단순화해서 이해하려고 하는 것은 아닌지? 토론 당시에는 반박했던 이 물음이 오랫동안 화두로 남을 것 같다는 생각이 들었습니다.
세상은 꼭 나의 이해 안에 들어올 정도로 단순한 법칙으로 설명될 수 있어야만 하는 것은 아닐지도 모른다는 가능성을 마음 한편에 남기는 모임이었습니다.
알면 알수록 내가 무지하다는 것을 알게 된다는 누군가의 말처럼, 새로운 책은 새로운 무지를 알려주는 길잡이인 것 같습니다. 참 세상에 쉬운 책도 없고, 쉬운 삶도 없는 것 같습니다.
이 책은 현재의 이론 및 실험 물리학을 더 잘 이해하고 싶어 하는 독자들과 건전한 과학적 사고의 원칙 및 현대 과학의 본질을 더 정확하게 이해하고자 하는 독자들을 위한 것이다. (P10)
과학과 과학적 사고의 타당성에 대해 더 명확하게 이해하게 될 것이다. 또 반대로 개념의 기초를 이루는 실제 과학을 이해하고 나면, 과학적 사고의 기본 요소들을 제대로 이해하게 될 것이다. (P11) ??? 다른 분들의 답변???
과학은 진화하는 지식의 총체이다. 지금 연구되고 있는 아이디어들 중 많은 것들은 틀렸거나 불완전한 것으로 밝혀질 것이다. (P26)
과학자들이 무언가를 "안다"라고 하는 것은 일정 범위의 거리나 에너지 영역에서 잘 검증된 예측을 내놓는 생각이나 이론을 가지고 있다는 뜻일 뿐이다. 이런 생각과 이론은 반드시 영구불변한 법칙이나 가장 근본적인 물리 법칙일 필요는 없다. (P32)
보다 정밀한 관측은 보다 진보된 지식을 낳는다. 이것이 과학의 진보다. (P33)
물리학자들은 이러한 본능을 어떤 현상과 관계되는 거리와 에너지의 크기에 따라 그 현상을 범주화하는 형태로 발휘한다. 우리 물리학자들은 이런 방법을 유효 이론이라고 부른다. 유효 이론은 문제와 관련된 거리에서 어떤 효과를 미치는 입자와 힘에만 관심을 가진다. (P43)
광자는 입자인 주제에 파동처럼 행동한다. (P55)
어떤 스케일에서 주어진 유효 이론에서 어떤 측정에 대해서든 다른 결과를 주지 않는 효과는 무시해도 아무런 문제가 없다. ~~~ 지금 보고 있는 현상을 보다 더 근본적으로 설명하는 것, 이 문제에 대해 새로운 통찰을 가져다주는 것이 과학에서의 진보이다. (P56)
과학자들은 모르는 것들과 아는 것들을 나누는 경계를 넘기 위해 천국의 문을 두드린다. (P60)
과학이 과학이기 위해서는 측정과 관련된 모든 요소를 이해해야 할 필요가 있다. 사고 실험과 실제로 행해진 물리적 실험을 통해 갈릴레오는 중력의 본질을 더 잘 이해하게 되었다. (P64)
임마누엘 칸트가 아름다움과 숭고함을 어떻게 구별했는지 상세히 설명했는데, 칸트에 따르면 아름다움이란 "우리가 우주를 위해 만들어졌고, 우주는 우리를 위해 만들어졌음을 믿도록 해 주는 것"이고, 숭고함이란 그보다 훨씬 더 두려움을 주는 것이라고 했다. 그레거슨은 사람이 "숭고한 것을 볼 때 불안감"을 느끼는 것은 그것이 "잘 맞지 않는 것", 즉 인간의 상호작용이나 지각을 넘어서는 것이기 때문이라고 이야기했다. ~~~ 숭고함 : 어떤 악곡이 아름다움과 두려움을 동시에 느끼게 하는 영역에 도달하는 경우가 종종 있으며, ~~~ 클레멘트에게 숭고한 음악이란 그 통상적인 이해능력을 넘어선 어떤 정점에 있는 것으로 안이한 해석이나 설명을 거부하는 것이라고 했다. (P79)
과학은 세계에 대한 객관적이고 검증 가능한 진리를 추구한다. 과학은 우주를 구성하는 요소와 이 요소들이 상호 작용하는 방식에 관심을 둔다. (P81)
목표의 차이가 대립의 원인이어서는 안 된다. 사실 과학과 종교는 원리적으로 분업을 아주 잘하는 것처럼 보인다. ~~~ 아메리카 헤리테이지 사전 : 종교를 우주의 창조자이며 ~~~ 딕셔너리닷컴 종교 ~~~ (P85)
종교는 그들의 존재감을 고양한다. 삶의 이유, 의미, 목적, 그리고 공동체로서의 일체감을 제공한다. (P92)
구성 요소들이 모여서 보통은 보기 힘든 현상을 어떻게 만들어내는지 잘 알지 못한다면 생명 현상을 제대로 이해하기 힘들 것이다. 생명은 기본적으로 구성 요소들을 기반으로 하면서도 그것을 넘어서는 창발현상이다. (P95)
경험을 기반으로 한 논리 중심의 과학과, 계시를 바탕으로 한 신앙은 진리에 도달하기 위한 방법 자체가 근본적으로 다른 것이다. 모순~~ (P102)
나는 이 책의 제목을 통해 과학의 철학과 목표가 성경의 그것과 다르다는 것을 보여주고 싶었다. 과학이 다루는 것은 수동적으로 얻은 지식이나 믿음이 아니다. 우주의 진리 그 자체가 목적이다. 과학자는 적극적으로 지식의 문을 두드린다. 이 문이 바로 우리가 알고 있는 영역의 경계에 해당한다. (P104)
뉴턴의 법칙은 우리가 잘 아는 길이와 속력과 밀도의 범위 안에서 훌륭하게 작동한다. 이 법칙들과 일치하지 않는 일들은 양자 역학이 규칙을 바꿔 버리는 아주 짧은 거리나, 상대성 이론이 적용되는 극히 빠른 속력이나, 일반 상대성 이론이 지배하는 블랙홀 안처럼 엄청난 고밀도 세계에서만 나타난다. (P121)
DNA가 서로 다른 길이 스케일에 걸쳐 있어 서로 다른 작동 방식이 얽혀 있는 물체이기 때문이다. DNA를 가지고 연구하는 과학자들은 서로 다른 스케일, 서로 다른 물체, 그리고 서로다른 기술을 사용할 수밖에 없다. (P126)
아주 높은 에너지에서는 하나의 세기를 가지는 오직 하나의 힘만이 존재할 것이라고 한다. ~~~ 대통일 이론 Grand Unified Theory GUT. (P143)
탐구하는 에너지가 높을수록 더 작은 세계에 대해 알 수 있고, 그 에너지로부터 만들어지는 입자가 그 에너지와 크기 스케일에 적용되는 근본적인 물리법칙을 이해하는데 열쇠가 됨을 알 수 있다. (P155)
아인슈타인의 주요한 통찰 중 하나는 입자의 질량값은 그 입자가 멈춰 있을 때 얼마만큼의 에너지를 가지고 있는지를 말해 준다는 것이었다. 그러나 입자의 질량이 항상 0이 아닌 값을 가지는 것은 아니다. 빛처럼 질량이 0인 입자가 있다. 그런데 이런 입자는 결코 정지하지 못한다. (P178)
대부분의 대학에서 과학 관련 학과가 있는 건물을 보면, 대체로 캠퍼스에서 제일 못생긴 건물임을 알 수 있다. 이곳을 활기 넘치는 공간으로 만드는 것은 (주변 풍경과 함께) 여기서 일하는 사람들과 그들의 과학적, 공학적 목표와 성과이다. (P218)
작가인 마크 비센테 : "대부분의 사람이 아무렇지 않게 거리낌없이 말하는 일에 대해서도 과학자들은 절대적인 것처럼 들리는 것을 피하기 위해 애쓰는 것처럼 보여 놀란 적이 있다." ~~~ 과학자들은 언제나 세상에서 제일 정확하게 말하는 사람이 아니다. 하지만 과학자들은 최소한 자기 전문 분야에 대해서 이야기할 때에는 자신이 알거나 이해하는 것과 알지 못하거나 이해하지 못하는 것을 명확하게 구분해서 말하려고 한다. ~~~ 확률이나 조건을 붙여~~~ (P296)
정밀성과 정확성 : 어떤 양을 반복 측정하는데, 기록된 값이 몇 번이고 측정해도 많이 차이가 나지 않는다면 그 계측 기기는 정밀하다. 정밀함이란 편차의 정도를 말해 주는 척도인 것이다. ~~~ 정확성은 측정된 평균값이 원래 참값에 얼마나 가까운가를 말해 준다. (P299, 300)
음식이나 용기에 들어있는 위험 화합물 : BPA 연구가 수십년 동안 경종을 울려 왔음에도 불구하고, 증거는 아직 복잡하고 논의의 여지도 많다. 그런 게 인생이다. 현실 세계에서는 애매하고 모순되는 데이터를 가지고 규제할 지 말지를 결정해야 한다. (P304)
"진리는 아름다움이고 아름다움은 진리다." 키츠의 그리스 항아리에 대한 송시 ~~~ '아름다움은 진리이고, 진리는 아름다움이다. 이것이 세상에서 그대가 아는 전부이며, 알아야 할 전부다. ~~~ 진리는 항상 미학적 기준을 만족시킬 것이라고 믿고 싶어들 하지만, 아름다움이란, 적어도 부분적으로는, 진리에 대해 신뢰할 만한 심판자가 될 수 없는 주관적인 기준일 뿐이다. ~~~ 토머스 헨리 헉슬리 : "과학은 체계화된 상식이다. 거기서는 많은 아름다운 이론들이 추악한 사실에 죽임을 당한다." (P372)
패리티 대칭성 깨짐은 우리가 보는 모든 물질과 본질적인 관계를 맺고 있는 현상일 뿐만 아니라 더 복잡한 현상에 대한 아름다운 설명으로 이끌어 준다. (P378)
아름다움은 취향을 동반하는 법이고 결국 취향은 주관적인 기준이기 때문이다. 그렇다고 해도 인류가 어떤 공통의 미학적 기준을 공유하지 않는다고는 믿기는 어렵다. (P379)
균형과 조화를 찾는다. 미술, 종교, 과학 모두가 사람들에게 균형과 조화에 다가갈 수 있다고 약속한다. 그러나 균형은 단순히 구성 원리 중 하나이다. (P380)
실험이 증명한 바에 따르면 약한 핵력은 좌회전성 페르미온과 우회전성 페르미온에 다르게 작용한다. ~~~ 약한 핵력이 왼쪽과 오른쪽을 똑같이 다루지 않는다는 이 놀라운 성질은 실험으로 증명되었고, 표준 모형의 핵심적인 특징이다. (P400)
기본 입자가 질량을 얻는 이 기묘한 과정을 우리는 힉스 메커니즘이라고 한다. 힉스 메커니즘은 우리에게 기본 입자가 어떻게 질량을 얻는지뿐만 아니라 질량의 성질에 대해서도 알려 준다. ~~~ 광자가 질량이 없다는 것은 전자기학에서 결정적으로 중요한 사실이다. 광자에 질량이 없기 때문에, 약한 핵력이 극히 작은 영역에서만 작용하는 데 반해서, 전파는 아주 멀리까지 퍼져나갈 수 있는 것이다. (P402)
힘의 이론은 약한 핵력에 관련된 대칭성을 지키지만, 그 대칭성은 진공을 채우고 있는 힉스 장에 의해서 깨져 있다. (P404)
같은 성질을 가진 똑같은 페르미온은 절대로 같은 장소에 있을 수 없다. ~~~ 오스트리아 물리학자인 볼프강 파울리의 이름을 딴 파울리 배타원리이다. (P431)
우리가 제안하는 것은 드라마틱하게 비틀려 있는 우주이다. 물질과 에너지가 있으면, 시공간이 휘어진다는 아인슈타인의 가르침에 따라 얻은 결과이기도 하다. (P455)
세계의 본질에 대한, 적어도 우리를 이루는 물질에 대한 우리의 관점을 바꿔 놓을 것이다. 결과가 나오고 나면 완전히 다른 세계가 펼쳐질 것이다. 우리 생애 안에 우주를 완전히 다르게 보게 될지도 모른다. (P466)
이론이 아름답다고 진정으로 판정할 수 있는 것은 이론이 어떻게 작동하는지 완전하게 이해했을 때이다. (P475)
고에너지 실험은 단순히 새로운 입자를 찾는 일이 아니다. 실험은 더 많은 것을 설명할 수 있는, 우리가 알고 있는 모든 것의 기초가 되는 물리 법칙의 구조를 찾고 있다. (P480)
하워드 조자이는 그 자리에 모인 쟁쟁한 이론 물리학자들의 발표와 연설을 계속 지켜보면서, 그가 감명을 받은 것은 그들 모두가 얼마나 다르게 생각하는가 하는 점이었다고 이야기했다. (P550)
자기가 가는 길이 궁극적으로 틀린 것으로 판명될 수 있다고 하더라도, 자신의 연구가 중요하다고 믿는다면 그 연구에 몰두할 수 있을 것이다. (P553)
모든 창조적인 사람에게 필수적인 능력은 옳은 질문을 제기하는 능력이다. 창조적인 사람은 진보를 이룰 수 있는 확실하고, 흥미롭고, 가장 중요하게는 실행 가능한 방법을 안다. (P557)
이런 식의 대등한 소통이 창조성을 가르치고, 적어도 촉진하는 최선의 방법이라고 생각한다. (P566)
작은 스케일과 큰 스케일 모두에서 우주의 끝에 서 있는 셈이다. 과학자들은 약한 핵력의 스케일인 약 10^-17센티미터에서 우주의 크기인 10^30센티미터까지의 거리를 실험적으로 탐색해 왔다. (P569)
