아인슈타인, 하이젠베르크, 보어, 허블…

 

과학의 거인들은 어떻게

세상을 뒤바꾼 이론을 창조했는가?

물리학자이자 인문학자, 베스트셀러 소설가인 앨런 라이트먼이 집대성한 20세기 과학사. 알베르트 아인슈타인, 막스 플랑크, 에드윈 허블 등 위대한 과학자들의 이야기와 특수상대성이론, 불확정성 원리, DNA 구조 등 분야를 넘나드는 현대 과학 최고의 발견들을 한 권에 담았다. 이 책의 가장 특별한 점은 과학자와 그들의 발견을 가장 잘 보여주는 기록인 원전 논문을 함께 실었다는 것이다. 현대 과학기술의 근간을 이룰 뿐 아니라 우리의 세계관과 철학적 사고까지 완전히 바꿔 놓은 이 과학의 발자취들은 과학을 포함한 모든 창의성이 필요한 분야에서 훌륭한 길잡이가 될 것이다.

[목 차]
  

추천사

머리말

수에 대한 주석

 

1장 양자_이천 년 만에 처음으로 쪼개진 원자가 내놓은 비밀: 막스 플랑크 (1900)

2장 호르몬_ 나도 모르게 내 몸을 조절하는 숨겨진 리모컨: 윌리엄 베일리스와 어니스트 스탈링 (1902)

3장 빛의 입자성_ 스물여섯의 가난한 사무원이 내놓은 위대한 논문: 알버트 아인슈타인 (1905)

4장 특수상대성이론_ 토끼 굴에 빠진 이상한 나라의 과학자: 알버트 아인슈타인 (1905)

5장 원자핵_ 푸딩 속에 숨겨진 건포도: 어니스트 러더퍼드 (1911)

6장 우주의 크기_2차원의 하늘을 3차원으로 보여준 세페이드 변광성: 헨리에타 리비트 (1912)

7장 고체의 원자 배열_ 테팔 프라이팬의 코팅 기술은 여기에서 비롯되었다: 폰 라우에 (1912)

8장 양자 원자론_ 사라졌다 나타나는 전자? 양자론과 원자론의 통합: 닐스 보어 (1913)

9장 신경전달물질_당신의 감정을 다스리는 진짜 물질은 과연 무엇일까?: 오토 뢰비 (1921)

10장 불확정성 원리_ 과거로부터 미래를 유추할 수 ‘없는’ 양자의 세계: 베르너 하이젠베르크 (1927)

11장 화학결합_ 곤충 마니아에서 광물 마니아로 변신한 꼬마 폴링의 위대한 발견: 라이너스 폴링 (1928)

12장 우주팽창_ 아인슈타인의 정적우주론 VS 허블의 팽창우주론: 에드윈 허블 (1929)

13장 항생제_ 신이 내린 우연한 선물, 페니실린이라는 묘약: 알렉산더 플레밍 (1929)

14장 생물에너지 생산_ 오늘 아침에 먹은 베이글이 날 움직이게 한다: 한스 크렙스 (1937)

15장 핵분열_ 자신의 과학 발견 때문에 자살을 기도한 과학자: 오토 한과 리제 마이트너 (1939)

16장 유동 유전자_ 돌연변이의 탄생은 우연일까 필연일까?: 바바라 맥클린톡 (1948)

17장 DNA 이중나선_ DNA는 어떻게 자녀에게 유전 정보를 전달하는 것일까: 제임스 왓슨, 프란시스 크릭, 로잘린드 프랭클린 (1953)

18장 단백질 구조_ 당신의 피가 새빨간 이유는?: 막스 페루츠 (1960)

19장 우주배경복사_ 우주 대폭발의 해답이 담긴 우주의 희미한 속삭임: 아노 펜지어스, 로버트 윌슨 그리고 로버트 디키 (1965)

20장 대통일이론_ 자연의 네 가지 힘을 하나로 통합하려는 노력: 스티븐 와인버그 (1967)

21장 쿼크_마트료시카의 마지막 인형: 제롬 프리드만 (1969)

22장 인공 생명체의 탄생_유전자변형 기술, 인류에게 희망을? 재앙을?: 폴 버그 (1972)

 

에필로그

역자의 말

논문 목록

주석

찾아보기

[본 문]
  

미지의 것을 발견하고, 알아내며 새로운 것을 발명하고자 하는 마음은 인간에게는 너무나 강렬한 욕구이기 때문에 이를 제외하고 역사를 이야기하는 것은 상상조차 할 수 없다. 이 열정적인 욕망은 이방인에 대한 두려움, 신에 대한 두려움, 심지어 죽음에 대한 두려움까지도 이겨낸다. 남은 것은 오직 발견의 기쁨이다. 우리는 파블로 피카소의 입체파에서, 제임스 조이스와 버지니아 울프의 의식의 흐름에서, 그리고 칙 코리아와 존 콜트레인의 펜타토닉 음계(5음계)를 이용한 재즈음악 실험에서 희열을 느낀다. 마치 새로운 대륙과 새로운 바다를 발견해 냈을 때처럼 말이다.

「머리말」 중에서

 

전문적인 과학자들조차도 전공 분야의 고전을 10년이나 20년 이상 지났다고 해서 읽지 않는 경우가 많다. 이는 최종 결과가 무엇인지만을 따지는 과학의 특수성 때문인 듯싶다. 결과가 요약된 것만을 원하는 탓에 원 논문에 대한 요구가 필요하지 않은 것이다. 게다가 개념이 발전하면서 그에 따른 새로운 수학적 방법이 생겨나고, 새로운 기술과 장비가 가능하게 되면서 발전된 형태로 결과가 수정된다. 그렇다면 원 논문 속의 아직 세련되지 않고 설익은 개념들을 애써 이해하려고 하는 것은 단지 시대에 뒤떨어진 행동일까? 과학의 역사를 재현하는 데 그저 짐만 되는 것일까? 나는 이런 인습이 잘못된 것이라고 믿는다. 내 관점에서 보면 과학의 위대한 발견을 담은 최초의 보고서는 예술작품과도 같다. 이 논문들은 시와 같은 리듬과 이미지, 아름다움, 그리고 진리가 담겨 있다. 고심해서 선택한 단어와 비유가 있고 간단하지만 심오한 주장이 있으며 불확실성과 고찰이 있기 때문에 우리는 요약본이나 해설서가 제공하지 못하는 위대한 과학자의 마음을 들여다볼 수 있다. 이 논문들에서 우리는 세상의 본질을 이해하려는 인간의 재능이 얼마나 엄청나게 발휘되는지를 보게 된다.

「머리말」 중에서

 

플랑크는 이 연구를 통해 두 가지 업적을 세웠다. 하나는 개념적인 측면이고 다른 하나는 정량적인 측면이다. 개념적인 측면에서, 그는 에너지가 연속적이고 무한히 쪼개지는 것이 아니라 더 이상 나뉘지 않는 단위로 존재한다는 것을 제시했다. 이는 2300년 전 데모크리토스의 원자론 못지않게 혁신적인 일이었다. 플랑크는 자신의 새로운 업적이 매우 중요한 의미를 가진다는 것을 분명히 인지하고 있었다. 그는 논문의 시작 부분에서 이렇게 말했다. “나는 물리학은 물론, 화학에도 상당히 의미 있는 관계를 얻어냈다.” 그러나 그는 자신의 양자론이 실재에 대한 혁신적인 개념을 탄생시키고 양자역학이라는 새로운 물리학을 잉태할 것이라고는 미처 생각하지 못했다. 양자역학이 보여주는 새로운 세계 중 하나를 예로 들어 보자. 양자의 세계에서는 모든 물질적인 물체는 한 순간에 여러 곳에 존재하는 것처럼 행동한다. 그래서 물리의 세계는 더 이상 완전히 예측되는 법칙을 따르는 게 아니라 어느 정도 불확실성을 갖는다.

「양자」 중에서

 

청년 아인슈타인은 홀로 세상과 맞서 싸우고 있었다. 그는 1900년에서 1905년까지, 안정된 일자리도 없이 혼자의 힘으로 몇 개의 과학 논문을 발표했다. 그리고 1905년, 세상에 알려지지 않은 무명의 특허청 사무원이 물리학 전체를 뒤흔들 논문 5편을 내놓았다. 이 중 하나의 논문만으로도 그는 상당한 명성을 얻을 수 있었다. 두 편의 논문은 원자와 분자의 존재, 그리고 그 크기에 대해 결정적인 증거를 보여주었고 다른 두 편의 논문은 시간과 공간에 대해 완전히 새로운 개념을 보여주었다. 이것이 바로 특수상대성이론에 대한 논문, 바로 E=mc2라는 유명한 공식이 등장한 논문이다. 그리고 훗날 그에게 노벨상을 안겨준 다섯 번째 논문은 빛의 양자적 본성에 관한 것이다. 아인슈타인 스스로도 이 마지막 논문을 가장 혁신적이라고 생각했다. 1905년 5월 말, 친구인 콘라드 하비히트에게 쓴 편지에서 청년 물리학자는 자신이 발견한 빛의 입자성이 “매우 혁명적”이라고 했다. 그가 이 표현을 쓴 건 이때가 유일하다.

「빛의 입자성」 중에서

 

리비트는 주기와 등급 간의 관계가 천문학적 거리를 측정하는 데 쓰일 수 있다는 사실을 이해하고 있었다. 하지만 그는 이런 사실을 논문에 직접 쓰지 않았다. 바로 이 점이 그의 논문과 다른 논문의 차이점이다. 호르몬을 발견한 베일리스와 스탈링, 그리고 원자핵을 발견한 러더퍼드는 그들이 찾으려고 했던 게 아닌 무언가를 발견했다. 그들은 자신들의 발견이 얼마나 중요한지를 알아보았고 이 점을 논문에 기술했다. 왜 리비트는 똑같이 하지 않았을까? 한 가지 가능성은 리비트를 비롯한 여성 동료들이 대담한 주장을 펼칠 수 있는 자리에 있지 않았기 때문이라는 것이다. ‘생각하는 사람이 아니라 일하는 사람’으로 뽑혔기 때문에 리비트는 핵심적인 개념을 발견했다고 공표하는 데 어려움을 겪었을지도 모른다. 실제로 그는 주장에 뒷받침이 되어줄 관측 장비에 접근조차 할 수 없었을 것이다. 또 다른 가능성은 자신이 발견한 새로운 사실을 도둑맞을까 봐 두려웠던 게 아닌가 하는 것이다. 당시 캘리포니아주 윌슨산 천문대가 하버드 천문대와 치열한 경쟁을 하고 있었기 때문에 더 불안했을 수 있다. 마지막으로, 어쩌면 단순히 개인적인 성향 때문일 수도 있다. 이 모든 걸 종합해

보면 첫 번째 설명이 가장 타당해 보인다. 어쨌든 리비트가 연구에 관해 자신의 의견을 드러내거나 중요성을 부각시킨 편지나 논문은 하나도 남아 있지 않다.

「우주의 크기」 중에서

 

양자역학은 자연의 실재에 대한 우리의 시각을 바꿔 놓았다. 하이젠베르크의 불확정성 원리가 의미하는 것 중 하나는 과거로부터 미래를 결정할 수 없다는 것이다. 입자가 미래에 어디에 위치할 것

인지는 현재의 위치와 속도를 알아야 구할 수 있다. 불확정성 원리는 바로 이런 조건이 가능하지 않다고 선포한다. 불확정성 원리는 갈릴레오와 뉴턴이 생각했던 확실한 세상은 존재하지 않는다는 판정을 내렸다.

「불확정성 원리」 중에서

 

그러나 DNA 재조합의 가장 중요한 응용이자 그 결과는 확실히 미래에 나타날 것이다. 유전자 재조합의 미래는 아직 아무도 제대로 모른다. 얼마나 강한 영향을 미칠지는 온전히 예측할 수 없다. 전에는 우리가 생명의 내부 작용에 대해 이처럼 강력한 힘을 가진 적이 없었다. 때문에 현재의 우리는 그 힘이 얼마나 대단한지를 제대로 추측할 수 없다.

「인공생명체의 탄생」 중에서

 

10의 거듭제곱으로 측정하면 우리 인류는 우주에 있는 가장 거대한 물체인 은하, 그리고 입자가속기로 그 안을 들여다볼 수 있는 가장 작은 물체인 전자와 쿼크, 이 둘의 중간쯤 위치한다. 우리는 한가운데 서있는 것이다. 가느다란 실과 같은 연약한 우리의 존재로부터 우리는 모든 것을 알고 싶어 한다. 얽히고 복잡한 것들까지도 말이다. 주된 원리와 세부적인 사항, 힘, 패턴과 사이클, 움직임과 작동방식, 생명의 비밀, 시간과 공간의 본질 등을 말이다.

우리는 이 모든 것을 알고 싶어 하고 알아야만 한다. 우리는 발견하고 발명하고 창조하고 질문을 한다. 더 깊이 들어갈수록 우리는 더욱 아름답고 신비로운 것을 찾아낼 수 있다. 우주는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 이상한 공간이다

「맺는말」 중에서

임경순 (포스텍 인공지능대학원 연구교수)

이 책을 통해 독자들은 현대 과학을 이끈 선구자들의 사상을 생생하게 읽을 수 있을 것이다.

 

박미용 (동아사이언스 기자, 번역가)

과학자라는 행운의 직업을 가진 사람들은 바로 발견의 즐거움을 만끽하는 사람들이다.

물론 과학을 배우면서도 그들과 같은 발견의 즐거움을 누릴 수 있다.

 

사이언스뉴스

독자들에게 최고 과학자들의 속마음을 들여다볼 기회와 성공에 이르기까지의 과정을 남김없이 보여준다.