[파인만의 여섯가지 물리이야기]

#파인만의 여섯가지 물리이야기 표지

 

 

리처드 파인만은 1918년 뉴욕 브룩클린에서 태어나서 1942년 프린스턴 대학에서 박사학위를 받았고,

1965년에는 양자전기역학을 완성한 공로로 노벨 누리학상을 수상하였다.

파인만은 정말이지 뛰어난 천재이고 그 덕분에 인생을 자유자재로 즐겁게 산 사람인 것 같다.

 

 

이 책을 보고 천재는 원래 저렇게 정상은 아니구나 라는걸 새감 다시한번 생각하게 해주었다. 

 

 이 책은 파인만이 1960년대 초에 칼텍 학부 학생들을 대상으로 한 물리학 강의 중에서 가장 쉽고 가장 기초적인 강의 여섯개를 골러 역은 것이다. 위대한 물리학자 파인만은 뛰어난 선생으로 유명하다고 하는데 확실히 그런것 같다.

뛰어난 사람이란 어떤사람일까?

강의를 잘하는 사람?

아니면 완벽하게 이해가 가도록 설명해주는 사람?

물론 그런 사람들은 뛰어난 선생일 것이다. 하지만 이 책에서 말하고 있는 파인만의 강의는 결코 쉽지 않고 완벽하게 이해가 되지도 않았다. 가장 쉽고 기초적인 부분이라고 파인만은 말하고 있는데도 말이다. 

 

파인만의 6강은

움직이는 원자, 기초물리학, 물리학과 다른 과학의 관계, 에너지 보존법칙, 중력의 이론, 양자적 행동 등에 대해 말하고 있다. 

 

1강에서는 원자 가설을 말하며 움직이는 원자에 대해 이해하기 쉽게 예시를 들며 설명하고 있다.

누구나 알고 있듯이 물이 수증기와 얼음이 되는 물리적 현상인 원자가설로 명쾌하게 설명하고 있고, 또 화학적 반응, 즉 어떤 물질과 다른 물질이 만났을 때 두 물질을 구성하는 원자들이 파트너를 바꿔 새로운 분자를 구성함으로 또 다른 물질로 변화하는 과정에 대해서도 설명하고 있다. 즉 우리가 흔하게 목격하는 자연 현상들은 모두 "움직이는 원자"의 작용이라고 말하고 있다.

 

2강과 3강에서 말하고 있는 기초물리학과 물리학과 다른 과학의 관계는 정말 어려웠다.

특히, 물리학의 대표적인 뉴턴과 아인슈타인의 중력과 근거리힘에 대해 설명한 부분은 듣기만해도 머리속이 복잡해 질 정도이다. 파인만은 근거리 힘 중 대표적인 힘의 전기력을 예로 설명하고 있는데, 종전의 물리학자들은 전기력을 "전하의 부호가 다른 두 입자들이 서로 당기는 힘"으로 이해했지만 양전하의 존재가 공간상에 어떤 상태를 형성하여 그 안에 음전하가 들어오면 끌어당겨지는 힘을 느끼게 한다는 것이다. 여기서 더 흥미로운 것은 "장"이 파동을 실어 나를 수 있다는 것인데, 즉 전자기장은 "전자기파"를 발생시키는데 전류뿐만 아니라 라디오파, 레이더, 빛, X-선, 감마선 등이 모두 전자기파의 서로 다른 형태에서 진동수가 다른 파동일 뿐이고, 진동수가 높아질수록 파동은 입자의 성질을 더 강하게 띠게 된다. 즉 파인만은 근거리 힘에는 전자기력 외에 핵력과 약력이라는 것이 더 있다고 말하고 있다는 것이다. 결론적으로 물리학은 이런 근거리힘을 연구하는 양자역학과 중력을 설명하는 고전역학으로 구성하고 있다는 것이다.

나머지 에너지 보존법칙, 중력의 이론, 양자적 행동 들에 대해서도 파인만은 알기 쉬운 예를 들어 설명하고 있다.

그 중 가장 흥미롭던 부분은 중력의 이론 중 뉴턴의 법칙이 생겨나게 된 과정이다. 티코 브라헤라는 천문학자에서 시작된다. 브라헤는 천체의 운동법칙을 알아내려면 먼저 정확한 관측자료 필요하다고 생각하고 수십년에 걸쳐 천문대에서 별들을 관찰하여 일일이 위치를 기록했다. 그 데이터를 기반으로 브라헤의 제자였던 케플러는 연구 끝에 태양계의 행성들이 일정한 규칙성을 가지고 움직인 다는 것을 알아냈고, 행성들의 궤적은 타원이며 타원의 내부에 있는 두개의 초점 중 한곳에 태양이 위치하고 있다는 사실과 태양 주위를 공전하는 행성의 속도는 태양과 거리가 가까울 때는 빨라 졌다가 태양과 거리가 멀어지면 느려지는데, 그 결과 태양과 행성을 잇는 반경 벡터를 그리면 일정 기간 동안 반경 벡터가 쓸고 간 면적은 항상 동일하다는 것, 행성의 공전 주기는 공전 궤도 크기의 3/2승에 비례한다는 것이다. 그 후 뉴턴은 케플러의 법칙과 갈릴레오의 관성의 법칙을 이용해 중력 법칙을 추론해 내며 뉴턴의 법칙을 만들어 낸다. 

 

 

이 책에서는 정확한 수식을 찾는 것에 대해서는 설명하고 있지 않지만 아마도 꽤 어려울 것이라는 건 안다.

그것을 위해 뉴턴이 미적분학이라는 새로운 수학분야를 개척했다는 사실을 알기 때문이다.

파인만의 마지막 강의에서는 양자적 행동에 대해 설명하고 있다. 빛과 전자의 특성에 대해 실험한 결과를 토대로 알기쉽게 설명해 놓은 부분도 매우 재미있었다. 이 책을 읽고 나니 이런 재미있는 법칙과 이론을 과학자들이 발견해낸 과정이 몹시 궁금하게 느껴졌다. 많은 훌륭한 과학자 들이 그랬던 것처럼, 강력한 호기심을 품고, 과감한 상상과 세심한 관측, 실험 과정을 거쳐 결국 만물을 관통하는 공통 법칙을 발견한다는 것은 정말 멋진 일인 것 같다는 생각을 했다.

하지만 또 너무 많은 훌륭한 과학자들이 너무 많은 것들을 만들고 찾아서 공부가 더 어려워진거 같지만 반대로 생각하면 어려운 것들을 배우는 것 또한 하나의 즐거움이라 생각한다.