과학적 사고로 다시 만나는 세계

일상의 재미를 발견하는 물리학자의 수다

 

매일 반복되는 똑같은 일상, 지루하고 평범한 하루를 더 흥미롭고 다채롭게 보내는 방법은 무얼까? 당연하게 여겼던 것들을 새로운 시각으로 바라보면 분명 전과 같은 일상 속에서 새로운 재미를 찾을 수 있을 것이다. 그리고 그 도구로 가장 좋은 것이 바로 과학이다. 과학은 우리가 사용하는 도구부터 우리의 행동, 선택, 감정까지, 그 안에 숨은 비밀을 속삭여주는 친절한 친구이다.

이 책은 반도체 연구원이자 응집물질물리학을 전공한 물리학 박사인 저자가 우리를 둘러싼 일상의 모든 것을 과학의 눈으로 바라보고 친절히 때로는 꼼꼼하게 안내한다. 탈모부터 도박과 주식, 힙스터와 조상의 비밀을 지나 배우자 선택과 기후 변화까지, 우리 주변 어디에서나 과학의 향기가 배어나온다. 이 책과 함께 평소 당연하고 무심하게 넘겼던 풍경을 잠시나마 새롭게 바라보는 시간을 갖게 될 것이다.

[목 차]

들어가는 말

 

1부 요즘 것들의 물리학

1 대머리의 수학적 정의

2 빛의 속도는 충분히 빠른가?

3 요즘 것들이 버릇없는 과학적인 이유

4 힙스터에 관한 수학적 고찰

5 쉬운 체중 감량법, 상대성 이론을 곁들인

6 나는 왜 여자친구가 없을까?

 

2부 과학의 오지랖에는 한계가 없다

7 눈에는 눈, 이에는 이의 과학적 정당성

8 눈먼 돈을 버는 방법

9 물리학자가 지옥에 갈 확률

10 돈을 건 내기에서 늘 이기는 방법

11 족보의 진실

12 역사에 이름을 남기는 방법

13 인공지능은 역사학자의 꿈을 꾸는가?

 

3부 과학자가 멸망에 대처하는 방법

14 특명: 과학자를 화나게 하라

15 멍청함의 팬데믹을 막는 방법

16 부동산, 최후의 그날까지

17 얼음물과 몰디브 여행

18 데우스 엑스 마키나

19 어느 물리학자의 묘비명

20 몬테카를로의 도박사

 

참고문헌

[본 문]

날이 갈수록 각 머리카락의 길이는 천차만별이 되어간다. 수학적으로 표현하면, 머리 길이의 ‘분산이 증가’한다. 머리 길이의 평균은 약 10센티미터로 유지되고 그 개수도 열 가닥으로 유지되지만 시간이 지날수록 각 머리 길이의 들쭉날쭉함은 증가하는 상황이다. 물리학자는 이런 상황에서 극한의 개념을 도입하는 것을 즐긴다. 어떤 변수를 0 또는 무한에 가까운 곳으로 보낸 후 결과를 상상해보는 것이다. 이번에 극한으로 보낼 변수는 머리 길이의 분산이다. 극한의 상황에서 가여운 중년의 머리 상태는 어떻게 변할까? 열 가닥 모발의 평균은 10센티미터로 유지되었지만, 분산이 최대인 분포를 상상하면 된다. 수학적으로는, 1미터까지 한 가닥만 남고, 나머지는 0센티미터에 가까운 경우가 된다. 실로 우스 꽝스러운 모습이 아닐 수 없다.

_ 1 대머리의 수학적 정의 / 19-20쪽

 

객관적이지 않은 표본 집단을 기준으로 내린 판단은 거짓된 비례관계를 만들어내기 쉽다. 더 심한 경우, 이런 비례관계를 인과관계로 착각하는 경우도 있다. 남자 친구를 더 잘생기게 만들기 위해 바람 좀 피우고 오라고 권해야 할까? 흡연량과 폐암 발병률의 비례관계를 보고 폐암이 담배를 피우게 만든다고 해석하는 꼴이다. 대중적인 작품이 볼품없다는 것은 통계적 편견이다. 그렇다고 대중의 선택이 항상 옳지도 않다. 이것이 어려운 점이다. 다수의 선택에 따른 통계는 어디까지 믿을 만할까? 그 신뢰도를 따져보는 것이 베이즈 통계학이다. 이것을 잘 판단하려면 수학을 잘해야 한다. 수학을 잘하는 힙스터는 쿨한 사람이다. 조건부 확률과 베이즈 통계학을 모르는 힙스터는 그냥 ‘홍대병’ 환자다. _ 4 힙스터에 관한 수학적 고찰 / 49쪽

 

수학적인 객관화는 현실을 냉철하게 판별하고 전략을 수립할 수 있게 도와준다. 그리고 여기에서 긍정적이거나 절망적인 포인트를 잡아내는 것은 주관적인 능력이다. 그런데 글쓴이는 이런 복잡한 알고리즘을 적용하여 인생 최고의 사랑을 찾았을까? 때로 어떤 질문들에는 구구절절 대답하지 않는 편이 낫다. 연인에게 책잡힐 요소를 굳이 글로 남겨둘 필요는 없기 때문이다. 다만 힌트를 주자면 나의 현재 d는 n·r보다 꽤 크다. 미래의 배우자가 이 문장에 숨겨진 뜻을 잘 이해할 수 있는 사람이라면—역설적으로—미래의 나는 최고의 사랑을 찾은 것이다.

_ 6 나는 왜 여자친구가 없을까? 78-79쪽

 

나를 중심으로 가계도를 그리면 마치 나무처럼 위로 올라갈수록 그 수가 늘어나는 것처럼 보였다. 나의 부모님은 2명, 조부모님은 4명이다. 증조부모님은 8명, 고조부모님은 16명으로 그 수는 세대가 올라갈수록 계속 두 배로 증가했다. 그 위로 족보를 살펴보진 않았지만, 나를 기준으로 몇 세대만 위로 올라가도 분명 꽤 많은 수의 조상이 존재해야 했다. 나뿐만이 아니라 다른 친구들도 이렇게 수많은 조상이 존재한다면, ‘도대체 과거에는 얼마나 많은 조상이 있어야 할까?’라는 의문이 생겼다. _ 11 족보의 진실 / 157쪽

 

자연과학 법칙인 ‘큰 수의 법칙’을 일상언어로 해석하게 되면 오류에 빠지게 된다. ‘시행 횟수가 늘어날수록 원래의 수학적 확률에 가까워진다’라는 부분만 보고 동전 던지기 내기를 하게 되면 어떨까? 이전에 세 판 연속으로 앞면이 나왔다면, 다음번에는 뒷면이 나올 확률이 올라갈까? 그래야 50퍼센트 확률에 가까워지는 것 아닐까? 완전히 틀렸다. 이미 많은 사람이 잘 알고 있는 ‘도박사의 오류’다. 내가 많은 패배를 기록했다고 해서 다음 판에 승리할 확률이 올라가지는 않는다. 매 판 앞면과 뒷면이 나올 수학적 확률은 항상 50퍼센트이다. 큰 수의 법칙은 내가 통계적으로 수많은 시행을 반복했을 때, 가장 확률이 높은 경우에 따른 기댓값을 알려줄 뿐, 다음번 시도에서 무엇이 나올 확률을 알려주는 법칙이 아니다. 하지만 큰 수의 법칙을 이렇게 일상 언어로만 해석하면 어리석은 판단을 할 수도 있다.

_ 14 특명: 과학자를 화나게 하라 / 193쪽

 

정사각형과 원의 표적에 기관총을 아무렇게나 쏘는 상황을 상상해보자. 단 총알은 정사각형을 벗어나지 않는다고 가정하자. 즉 탄흔이 정사각형 안에서 발견될 확률은 100퍼센트다. 그렇다면 원 안쪽에서 발견될 확률은 얼마일까? 정사각형 넓이 대 원 넓이의 비율일 것이다. 즉 총알이 원을 맞힐 확률은 원주율과 관련된 값이다. 기관총을 10만 발쯤 갈기고, 원안에 들어온 총알의 수를 세는 것은 사람이 하기에는 피곤한 일이지만 컴퓨터 프로그램을 작성하는 입장에서는 명령문 두 줄과 반복문 한 줄로 간단하게 끝낼 수 있는 과제이다. 이렇게 임의의 값을 흩뿌리고, 그 값이 가질 수 있는 확률 분포를 수많은 반복을 통해 구하는 컴퓨터 알고리즘을 ‘몬테카를로 기법’이라 한다. _ 20 몬테카를로의 도박사 / 253쪽

이 책은 과학을 설명하는 데서 그치지 않고, 과학적으로 생각하는 법을 자연스럽게 보여준다. 동료 연구자로서 오랫동안 지켜본 이한결의 질문은 늘 집요했지만, 이상하게 부담스럽지 않았다. 복잡한 이야기에서도핵심을 놓치지 않으면서, 듣는 사람이 흥미를 잃지 않게 풀어내는 힘이 있다. 그가 문제를 바라보는 방식이 이 책 곳곳에 잘 담겨 있다.

이 책이 다루는 과학은 연구실 안의 이야기가 아니라, 우리가 일상에서 판단하고 선택할 때 실제로 작동하는 생각의 방식에 가깝다. 독자는 이 책을 통해 과학이 특정한 지식이 아니라, 세상을 바라보는 하나의 태도라는 점을 자연스럽게 느끼게 된다.

— 손병민 성균관대학교 물리학과 교수