‘관찰 가능한 것만이 존재하는 것’이라고 믿어 온 물리학의 역사를 새롭게 쓰고 있는 이 책에서 ‘보이지 않는 것들의 과학’이 제공하는 매력에 빠져 보시길!
이로써 부디 이 책만은 당신의 책장에 오래도록 잘 보이길!
― 정재승(뇌를 연구하는 물리학자, 『과학 콘서트』 저자)

이 책은 ‘사람이나 사물을 보이지 않게 할 수 있을까?’라는 인류의 오랜 물음이자 과학적 난제를 중심으로 빛과 물질에 대한 탐구의 역사를 돌아보고, 이를 둘러싼 최첨단 과학의 현재와 미래를 그린 책이다. 물리학자이자 SF 애호가인 저자 그레고리 J. 그버는 과학의 역사와 SF 문학의 계보를 종횡무진하며 새로운 세계의 가능성을 펼쳐 보인다. 그동안 국내에 이 주제를 본격적으로 다루는 책은 없었다는 점에서 ‘보이지 않음의 과학’을 둘러싼 궁금증들을 해소해 주는 반가운 책이 될 것이다.

[목 차]

1. 크게 빗나간 나의 예측
: 가깝게 다가와 있는 ‘보이지 않음의 과학’

2. ‘보이지 않음’의 의미
: 투명 망토의 물리학

3. 과학과 허구의 만남
: 신화와 고전 속 투명 투구와 반지는 실현될까?

4. 보이지 않는 빛, 보이지 않는 괴물
: 적외선과 자외선 발견

5. 어둠에서 나오는 빛
: 빛은 입자일까, 파동일까

6. 가장자리로 가는 빛
: 파동 이론의 진화

7. 자석, 전류, 빛
: 전자기파의 발견으로 시작된 새로운 빛의 과학

8. 파동과 웰스
: 신비한 엑스선과 『투명 인간』

9. 원자 안에는 무엇이 들어 있는가?
: 마침내 밝혀진 원자의 구조

10. 마지막 위대한 양자 회의론자
: 양자물리학이 바꾼 것들

11. 내부 들여다보기
: CT와 MRI, 몸속을 보다

12. 사냥에 나선 늑대
: 보이지 않는 물체 연구

13. 자연에 없는 물질
: 특수 물질 개발

14. 투명 망토의 등장
: 변환광학의 진화

15. 점점 더 신기해지는 상황
: 투명 망토 구현의 여러 가능성

16. 숨기기 그 이상
: 투명화 기술이 만들어 낸 또 다른 가능성

부록 1. 나만의 투명 장치 만드는 법
부록 2. 보이지 않음에 관한 소설들

감사의 말
주
참고 문헌
장 첫머리 인용문 출처
도판 출처
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[본 문]

19세기 초, 과학자들은 눈에 보이지 않지만 분명히 물질 세계에 영향을 주는 두 종류의 빛을 발견했다. 사람의 직접적인 감각으로는 탐지할 수 없는 물리적 우주가 존재한다는 생각은 SF 작가들에게 보이지 않음에 대한 새로운 아이디어를 추구하도록 자극했을 뿐만 아니라, 보이지 않음의 과학에 진정으로 놀라운 방식으로 영향을 미쳤다. 이러한 발견은 “빛이란 무엇인가?”라는 질문에 답하기 위한 퍼즐의 핵심 조각이 된다. ― 53~54쪽

물론 다른 영향도 있었겠지만, 엑스선의 발견이 『투명 인간』에 가장 큰 영감을 준 것은 분명하다. 1881년, 에드워드 페이지 미첼은 단편 소설 「크리스털 맨」을 『뉴욕 선』에 발표했다. 이 소설은 플랙이라는 실험 조교가 자기를 대상으로 투명 인간 실험을 하도록 허락했지만 투명해진 채로 되돌아오지 못하면서 겪는 고난을 묘사한다. 그러나 웰스의 그리핀과 달리 플랙에게는 존엄성을 지킬 수 있는 투명한 옷이 있다. ― 149쪽

아인슈타인의 중력 개념에 따르면 거대한 물체는 그 주변의 공간과 시간을 뒤틀어 그 공간을 통과하는 물질과 빛의 경로에 영향을 준다. 변환광학은 똑같이 왜곡된 공간의 수학을 사용하지만, 광학 장치를 설계하는 도구로 사용한다. 이를 염두에 두면, 빛이 공간의 가운데에 숨겨진 영역을 우회하여 마치 아무것도 만나지 않은 것처럼 지나가도록 공간을 왜곡한다는 상상은 얼마든지 나올 수 있다. 이것이 바로 투명 망토다. ― 256쪽

내가 “완벽하게 보이지 않도록 만들기는 불가능하다.”라고 말하자, 레온하르트는 반드시 완벽해야 할 필요는 없다고 대답했다. 예를 들어 80퍼센트나 90퍼센트쯤 투명해도 여전히 엄청난 이점이 될 수 있다. 영화 〈프레데터〉(1987)에서 프레데터는 완전히 투명하지 않아서 움직일 때 감지되지만, 특수 부대를 전멸시키고 아널드 슈워제네거만 살아남는다. 레온하르트는 단순한 변환광학 장치를 적용하여 완벽하지는 않지만 펜드리, 슈리그, 스미스의 망토보다 원리적으로 훨씬 쉽게 제작할 수 있는 망토를 설계했다. ― 264쪽

2006년, 메타 물질과 투명 망토는 대중과 과학계 모두의 의식 속에 완전히 침투했다. 모든 사람의 머릿속에는 두 가지 큰 의문이 있었다. 어떻게 하면 가시광선을 차단하는 투명 망토, 즉 정말로 보이지 않는 물체를 만들 수 있을까? 그리고 이런 투명 장치는 어디에 사용할 수 있을까? 당시에는 거의 모든 것이 가능해 보였다. 예를 들어 데이비드 슈리그는 이렇게 말했다. “해변의 전망을 가리고 있는 정유 공장을 보이지 않게 할 수 있을 것이다.” 이는 1958년 헨리 슬레서가 단편 소설 「투명 인간 살인 사건」에서 구상한 투명 페인트 설파보르고늄과 매우 흡사한 용도였다. 이후 10년 동안 두 질문에 답하기 위한 많은 시도가 있었고, 여러 가지 놀라운 결과가 나왔다. ― 266~267쪽

보이지 않는 세계를 본격적으로 다룬 과학서 국내 첫 소개
투명 인간이라는 오랜 상상은 실현될 수 있을까

실제로 해리 포터처럼 투명 망토를 두르고 사라질 수 있을까? 미래 기술을 다루는 소설이나 영화를 보며 우리는 한 번쯤 이런 상상을 한다. 아직은 이런 일이 상상에 머물고 있지만, 2006년에 투명 망토를 만드는 방법에 대한 획기적인 논문 두 편이 『사이언스』지에 발표되면서 이런 상상이 현실이 될 수 있는 가능성이 싹텄다. 그 이후 ‘보이지 않음’을 현실화하는 다양한 방법에 대한 집중적인 연구가 이어졌고, 오늘날 이러한 가능성을 다루는 과학은 우리의 머릿속 세계를 훌쩍 뛰어넘어 예기치 못한 모습으로 다가와 있다. 물리학자이자 광학 연구자인 그레고리 J. 그버가 이 분야의 최신 연구 성과를 바탕으로 쓴 이 책은 ‘보이지 않음’에 대한 탐구의 과거와 현재를 살펴보고, 과연 보이지 않는 세계가 도래할 수 있을지 그 가능성을 그려 본다. 그리고 이 여정에는 새로운 상상력으로 실제 과학에 영감을 불어넣은 다채로운 과학 소설(SF)들이 함께한다. 이 책은 보이지 않는 세계에 대한 이야기일 뿐만 아니라 빛의 본질에 대한 인류의 이해, 그리고 이 지식을 발전시킨 여러 흥미로운 인물들에 대한 이야기이기도 하다. 정재승 교수의 말처럼 이 책은 “‘관찰 가능한 것만이 존재하는 것’이라고 믿어 온 물리학의 역사를 새롭게 쓰”며 과학에서 일어난 과감한 관점의 도약을 보여 준다. 이 거대한 전환을 어떻게 받아들여야 할지는 이 책을 읽는 독자들에게 주어진 새로운 질문이 될 것이다.


빛과 물질 탐구의 역사와 최첨단 과학의 좌표
레이더를 회피하는 스텔스 전투기, 자연재해 억제 기술, 정전기장 차단 망토…

과학적인 정의에 따르면, 특별한 방식으로 빛을 조작하여 자연적인 상태보다 물체를 보기 어렵게 만들 때 물체가 보이지 않는다고 간주하는데, 이 책은 이러한 ‘보이지 않음’의 가능성을 토대로 현재 우리가 서 있는 곳의 좌표를 가늠한다. 이 책은 페르세우스 신화에 나오는 투명 투구와 기게스의 반지(플라톤의 『국가』에 나오는 가공의 마법 반지로, 반지를 낀 사람은 다른 사람에게 보이지 않게 된다)부터 현대 과학에서 연구되는 투명 망토까지, SF와 진짜 과학의 역사를 들려준다. 무언가를 눈에 보이지 않게 하려면 빛과 물질의 성질을 알아야 하기에 빛의 파동설과 입자설, 원자론 성립의 역사, 엑스선 발견과 CT 스캔, 양자역학의 태동 등 빛에 관한 과학의 역사를 차곡차곡 쌓아 가며 보이지 않음의 원리를 구현하는 ‘변환광학’과 ‘메타 물질’로 대표되는 특수 물질 개발의 현주소에 이른다. 해리 포터가 사용할 만한 완벽한 은닉을 실현하는 투명 망토는 가까운 시일 내에 나오기 쉽지 않겠지만, 이 연구에서 파생되는 통찰은 무시하기 어렵다. 현대 과학은 레이더를 회피하는 스텔스 전투기, 지진 및 거대 파도 등의 자연재해 대비, 음파를 차단하는 음파 망토, 정전기장으로부터 MRI 장치를 보호하는 자기 망토 등 광범위한 영역에 ‘보이지 않음’의 원리를 도입하고 있다. 이 분야의 과학은 우리가 예상치 못한 새로운 가능성을 제시한다. 이 책을 덮을 즈음에는 투명 망토를 두르고 누군가를 엿보는 상상은 새로운 가능성의 일부에 지나지 않음을 알게 될 것이다.


SF와 물리학의 매력적인 태피스트리
영감과 발견의 실마리를 탐색하는 흥미진진한 여정

투명 망토나 투명 인간 같은 새로운 세계를 창조해 낸 SF 이야기를 통해 상상의 세계와 실제 과학이 서로 영감을 주고받는 과정을 보여 주는 것도 이 책의 백미다. SF 작가들은 과학자들과 더불어 ‘우리가 과연 다른 사람들 눈에 보이지 않을 수 있을까’에 대해 연구하고 그 원리를 이해하기 위해 노력해 왔다. 150년 전 물리학의 발전으로 자연에 대한 지식이 점점 더 많아지면서 사람들은 자연법칙의 범위 내에서 보이지 않는 일이 가능한지 상상하기 시작했고, 이 질문을 처음 던진 사람은 과학자가 아니라 SF 작가였다. 바로 피츠 제임스 오브라이언이 1869년에 발표한 단편 소설 「무엇이었을까? 하나의 수수께끼」는 보이지 않음에 대해 최초로 과학적 설명을 시도했다는 점에서 이전의 이야기들과 확실히 구별된다. 또 1897년에 출간된 허버트 조지 웰스의 『투명 인간』은 19세기에 이루어진 과학의 발견을 발판 삼아 ‘투명 인간’이라는 전설적인 캐릭터를 창조해 냈다. 이후로도 쥘 베른의 『빌헬름 스토리츠의 비밀』(1897), 잭 런던의 「그림자와 섬광」(1906), 필립 와일리의 『보이지 않는 살인자』(1931) 등의 수많은 소설에서 투명 인간과 보이지 않음이라는 테마가 다채롭게 변용되며 이어졌다. 이 책은 이를 소재로 한 작품들을 물리학의 인상적인 장면들과 함께 다루며, 본문에 담지 못한 소설들은 부록(‘보이지 않음에 관한 소설들’)으로 정리해 흥미로운 독서 리스트를 제공한다. 그리고 또 다른 부록인 ‘나만의 투명 장치 만드는 법’을 실어 실생활에서 투명 장치의 원리를 구현할 수 있는 방법도 제시한다. 이 책을 읽는 독자들은 과학의 역사와 함께 펼쳐지는 상상의 세계 속에서 신선한 영감과 새로운 발견의 실마리를 찾아볼 수 있을 것이다.

추천사
2023년 초이스 우수 학술 도서

“이보다 더 매력적인 ‘광학’ 책이 또 있을까! 본다는 것은 자연이 빚어낸 놀라운 빛의 향연! 이 책에는 본다는 것의 본질을 탐구해 온 발견의 역사와 그것을 극복하려는 발명의 미래가 고스란히 담겨 있다.
망원경, 현미경, 레이더, 엑스선, 적외선 감지기 등 지난 수백 년 동안 물리학은 보이지 않는 것을 보기 위해 애썼다. 하지만 물리학자 그렉 J. 그버는 이 책에서 물리학의 역사를 거꾸로 써 보려 한다. 어떻게 하면 볼 수 있는 것을 못 보게 할 것인지에 대한 탐구의 관점에서 말이다.
이 책의 미덕은 과학 소설에나 나올 법한 ‘투명 망토’나 가시광선 영역 밖에 있는 색을 가진 ‘보이지 않는 괴물’을 연구하는 학자들의 지적 탐험을 통해 독자들을 광학의 세계에 흠뻑 빠져들게 한다는 데 있다. 과학 소설 속 다양한 예제들로 빛의 물리적 속성들을 정확하게 서술하면서, 동시에 저자는 우리에게 ‘본다는 행위’ 그리고 ‘보인다는 현상’에 대해 철학적으로 사유할 수 있는 공간을 마련해 준다.
‘관찰 가능한 것만이 존재하는 것’이라고 믿어 온 물리학의 역사를 새롭게 쓰고 있는 이 책에서 ‘보이지 않는 것들의 과학’이 제공하는 매력에 빠져 보시길! 이로써 부디 이 책만은 당신의 책장에 오래도록 잘 보이길!”
― 정재승(뇌를 연구하는 물리학자, 『과학 콘서트』 저자)

“매혹적인 연구 분야에 대한 철저한 탐구”
― 퍼블리셔스 위클리

“보이지 않음의 과학은 대체로 이론적이고 추상적이지만, 문학에서는 생생하게 다가온다. 이 책의 저자는 보이지 않음을 다루는 소설에 관해서 세계 최고 전문가라고 확언할 수 있다.”
― 뉴욕 타임스 북리뷰

“우아한 문장으로 비범하고도 기묘한 과학과 문학, 인문학을 아우르는 중독성 강한 책. 언젠가 한 줄기 빛으로 사라진다는 오랜 꿈을 이룰 수 있을지에 대한 매혹적인 질문으로 가득 차 있다.”
― 데버러 블룸(퓰리처상 수상 과학 저널리스트)

“저자는 문학, 역사, 물리학의 매력적인 태피스트리를 엮어 수천 년 동안 인류의 상상력을 사로잡은 아이디어가 언젠가 어떻게 현실이 될 수 있을지를 보여 준다.”
― 리즈 하이네케(『무용수, 과학자, 빛으로 맺어진 우정』의 저자)

“광학의 역사에 대한 뛰어난 설명과 매력적인 개요. 독자를 매혹적인 과학 여정으로 안내한다.”
― 안드레아 알루(뉴욕시립대학교 첨단과학 연구센터 포토닉스 이니셔티브 초대 대표)

“광학과 원자에 대한 아이디어들이 2세기에 걸쳐 어떻게 얽혀 왔는지 보여 준다. 저자가 정리한 ‘보이지 않음에 관한 소설들’을 찾아보느라 월급을 탕진하지 않기를 바란다.”
― 포티언 타임스

그레고리 J. 그버
노스캐롤라이나대학교 샬럿 캠퍼스의 물리학 및 광학 교수. 주로 빛의 생성과 전달에서 나타나는 양자역학적, 통계학적인 성질에 대해 연구하고 있다. 지은 책으로 대중 과학서 『고양이 집사가 된 과학자들Falling Felines and Fundamental Physics』과 전문서 『Mathematical Methods for Optical Physics and Engineering』, 『Singular Optics』 등이 있으며, 공포 소설, 물리학, 자연에 관한 블로그 두 개를 운영하고 있다. 광학적 투명성과 투명 망토에 대한 그의 관심과 연구가 두 번째 대중 과학서 『보이지 않는』으로 이어졌다. 이 책은 저자의 연구와 SF 애호가로서의 관심이 잘 어우러져 물리학 및 광학의 역사와 현재를 독창적인 시각으로 그리고 있다.

옮긴이 김희봉
연세대학교 물리학과를 졸업하고 같은 대학원에서 물리학을 전공했다. 바른번역 소속 번역가로 활동하고 있으며, 과학을 중심으로 폭넓은 주제의 책을 번역하고 있다. 『카본 퀸』, 『과학에서 가치란 무엇인가』, 『1 더하기 1은 2인가』, 『사회적 원자』, 『E=mc2』, 『파인만 씨, 농담도 잘하시네』 등을 우리말로 옮겼다.