파인먼 평전 : 괴짜 물리학자가 남긴 현대 물리학의 위대한 이정표

파인먼 평전 : 괴짜 물리학자가 남긴 현대 물리학의 위대한 이정표

$44.00
Description
“모든 것은 원자로 되어 있다”
천재 물리학자, 파인먼을 통해 읽는 20세기 현대 물리학의 모든 순간

나는 천둥벌거숭이로 태어나 자연의 이치를 깨친답시고
약간의 시간을 할애해 여기저기 기웃거렸을 뿐이다 _리처드 파인먼
상대성이론과 양자역학의 등장, 핵폭탄의 발명, 핵보다 더 작은 입자의 등장, 베타 붕괴, 우주왕복선 챌린저호 폭발 참사. 20세기 물리학은 어느 때보다 큰 번영을 누렸으며, 큰 비극을 안겨주었다. 곧 현대 물리학의 흐름은 20세기 인류의 역사와 궤를 같이한다. 지식이 홍수처럼 범람하여 인류를 원자보다 더 작은 세계부터 지구 밖 광활한 우주까지, 본래 지녔던 세계관을 극한으로 확장시켰다. 뉴턴 이후 300년 동안 이어져 온 시간과 물질을 보는 관점이 바뀌었으며, 물리학자들의 손에서 전쟁이 끝났다. 전쟁 이후 핵물리학은 더 작은 입자를 찾기 위해 막대한 자금을 들여 입자가속기라는 장비를 만들었고, ‘비대칭적’으로 붕괴하는 입자들을 발견했다. 그리고 지구 밖 달로 향했던 7명의 우주인이 하늘의 별이 되었다. 이 모든 이정표에 이름을 새긴 위대한 과학자가 바로 리처드 파인먼이다. 세상을 보는 시선이 바뀐 시대, 한 천재의 삶에 인류의 지평이 팽창된 역사적인 순간이 고스란히 담겨 있다.

19세기까지 물리학의 거점은 독일을 중심으로 한 유럽이었다. 하지만 두 번의 큰 전쟁으로 물리학의 거점이 유럽에서 미국으로 옮겨졌다. 미국은 독일에서 망명한 아인슈타인을 앞세워 세계 물리학의 최전방이 되길 원했다. 1918년 뉴욕에서 태어나 1988년 캘리포니아에서 세상을 떠난 리처드 파인먼은, 매사추세츠 공과대학(이하 MIT)과 프린스턴에서 전자(e)의 작용이 최소작용의 원리를 따른다는 것을 밝혀 양자역학과 상대성이론 사이의 연결고리를 발견했으며, 코넬에서 파인먼 다이어그램을 고안해 입자 간 상호작용 방식을 단순화시켰고, 캘리포니아 공과대학(이하 캘테크)에서 오늘날 반도체 기술의 기반이 되는 양자전기역학을 완성했다. 프린스턴 대학원생 시절 참여한 맨해튼 프로젝트에서는 스물일곱 젊은 나이에도 팀을 이끌며 수백 명의 과학자 사이에서 압도적 기량을 뽐냈다. 온몸에 암세포가 퍼져 몇 번씩이나 큰 수술을 받는 순간에도 끈이론 연구를 이어갔으며, 죽기 직전까지 챌린저호 참사의 진상을 밝혔다.

파인먼의 천재성은 단지 물리학, 양자역학 분야에 그치지 않았다. 나노기술의 최초 아이디어를 제안한 사람이었으며, 친구였던 분자생물학자 막스 델브뤽의 연구실에서 DNA 돌연변이 기제를 밝히는 데 실마리를 제공하기도 했다. 만약 양자컴퓨터가 등장한다면 이 아이디어의 시초에서 파인먼의 이름을 발견할 수 있을 것이다. 어느 인터뷰에서 파인먼은 ‘대재앙이 발생해 후대에 단 하나의 문장으로 다음 세대에 최대한의 정보를 전달해줘야 한다면 무엇이라 남길 것인가’라는 질문에 이렇게 대답했다. “모든 것은 원자로 구성되어 있다.” 그가 남긴 이 한 문장에 어떤 의미가 담겨 있는지, 그의 삶을 통해 인류의 빛나는 지성을 읽자.
저자

제임스글릭

저술가이자기자이며에세이작가이다.1954년에태어나하버드에서영문학을전공했다.10년동안「더뉴욕타임스」에서편집자와기자로지내면서다양한경험을쌓은뒤,과학과기술을주제로기고문과책을쓰는일에전념하고있다.방대한자료를치밀하게조사·연구하여신선한시각으로종합하고의미깊은내용을특유의어법으로정확하면서도흥미진진하게전달하는솜씨로정평이난작가다.1989년에서1990년에는프린스턴에서초빙교수로강의를하기도했다.

『카오스』는글릭이쓴첫책으로‘나비효과’라는개념을전세계인에각인시킨책이다.뿐만아니라프랙탈,로렌츠끌개,망델브로집합,쥘리아집합등의개념을일반인들도알기쉽게해설해,교양과학서로는이례적으로세계적베스트셀러가되었으며미국에서만100만부이상이팔렸다.과학자들의생애와과학에대해주로글을쓰는글릭은『뉴욕타임스매거진』에미첼파이겐바움,스티븐제이굴드,더글러스호프스태터,브누아망델브로등에대해썼고,이외에도『뉴요커』『슬레이트』『워싱턴포스트』에글을썼다.또한BestAmericanScienceWriting시리즈의초대편집자를지내기도했다.

저서는『아이작뉴턴』,『천재:리처드파인만의삶과과학』,『카오스:현대과학의대혁명』,『빨리빨리!초스피드시대의패러독스』,『WhatJustHappened:AChroniclefromtheInformationFrontier(정보혁명,정말무슨일이일어났나)』등이며,이중『아이작뉴턴』은2004년에『카오스』는1988년에퓰리처상최종후보작으로선정되었다.현재이저서들은30개국어로널리번역되었다.그는현재뉴욕에살고있다.

목차

프롤로그

파로커웨이
시골도도시도아닌곳|탄생과죽음|그럴만한값어치가있다|학교에서|만물은원자로구성되어있다|진보의20세기|리처드와줄리언

MIT
최적경로|공학도의사회성키우기|최신물리학|기계공|파인먼군은물론유대인입니다만|분자내부의힘|학비가아깝지는않을까요?

프린스턴
격식이판치는동네|종이접기와리듬|스프링클러의미스터리|합리주의자|Mr.X와시간의본질|양자역학과최소작용원리|아우라|폐결핵|전쟁준비|맨해튼프로젝트|논문마무리

로스앨러모스
까만서류가방을든남자|연쇄반응|전함과쾌속어뢰정|확산|머리로계산하기|기계로계산하기|울타리안에서|마지막봄날|헛된희망|핵공포|때를기다릴거야|우리과학자들은영리하다

코넬
평온한대학|현상은복잡해도법칙은단순하다|그들은모두잿더미나다름없지|마음의장벽주위로|무한대줄이기|다이슨|제멋대로그림을넣고생각하여시각화한것|슈윙어의영예|제기계장치는너무나먼곳에서왔습니다|또한파인먼이발표한이론이있었다…|프리먼다이슨과함께한국토횡단|오펜하이머의단념|다이슨그래프,파인먼다이어그램|머나먼우화속나라로

캘테크
코파카바나에서온사기꾼|아,여인들의사랑이란!|물리학과함께미래로|양자액체|새로운입자,새로운언어|머리겔만|천재를찾아서|약한상호작용|가정적인삶으로|양자전기역학에서유전학으로|허깨비와벌레|밑바닥공간|파인먼의온갖지식|탐험가와관광객|스웨덴에서주는상|쿼크와쪽입자|다음세대를위한교육|영원히지속될수있다고생각하세요?|농담도잘하시네!|기술이불러온참사

에필로그

감사의말
파인먼문헌목록
참고문헌
찾아보기

출판사 서평

진정한과학은혼란과의문이고,야망과갈망이며
안개속을지나는행진이다.

“여기에서중요한점이뭔가?”베테가물었다.
“중요한것은없습니다.”파인먼이말했다.“그저재미있지않나요?”
“재미있네.”베테가동의했다.파인먼은이제부터하고자하는것은재미있게노는것이라그에게말했다.

[파인먼의위대한강의]
리처드파인먼은뛰어난교육자였다.물리학을하는방법중에제1원리란것이있는데“기본물리법칙과상수및입자에대한기본적인정보만으로물질의모든물리적,화학적성질을계산하는방법”을뜻한다.리처드파인먼은어떤문제를만나더라도제1원리로해결하길원했고,학생들역시이원리로과학을하길바라는마음으로물리학을가르쳤다.
책은세번의기념할만한강의를기록했다.첫째로파인먼이교수가된직후맡은코넬대학원의<기초수리물리학>강의다(362쪽).파인먼은맨해튼프로젝트의경험을토대로‘유용한것과교과서적단순지식’을구분하여학생들을가르쳤다.관습을타파하려했고,수업을듣는학생들에게물리학적직관을기르는법을알려주기위해애썼다.무엇을배제할지파악하게했으며,스스로익힌계산요령들을소개했다.또학생들이계산의굴레에빠져허우적거리지않도록필요한정확도를지정해주었다.파인먼은첫강의부터대학원생뿐만아니라물리학과와수학과의젊은교수들까지모두매료시켰다.
둘째로비공식강의인<물리학X>세미나다(652쪽).파인먼은교수가된후약20년동안일주일에한번학부생들을모아즉흥수업을진행했다.과학과관련된궁금증이라면무엇이든질문할수있었고,파인먼은즉흥적으로대답하며수업을진행했다.이세미나에참여한학생들은마치속세의모든것을알고있는현인을만난경험을했다고소회했다.형식은물리학강의였지만파인먼이이수업에담고자했던메시지는‘진정한이해란일종의명확성을의미한다’였다.즉,이해했다면단순한언어로누구나이해할수있게설명할수있어야한다는것을전하고싶었다.
셋째로불혹을넘긴파인먼이캘테크에서1학년학부생을대상으로한2년짜리<기초물리학>강의다(586쪽).교육자파인먼남긴위대한업적으로,파인먼덕분에18~19세기에매몰된기존의물리학강의에서벗어날수있었다.책으로출판되어지금까지도기초물리학강의에교재로쓰인다.이강의는파인먼에게도큰의미가있었다.파인먼은지금까지받아들인물리학지식을재정립하길원했다.마치지도를그리듯파인먼의머릿속에서물리학은표류하고있던힘과물질들의길을잇고방향을찾았다.관습에얽매이지않고세계에대한지식,곧자신의지식과과학계의지식을방대하게정리한사람은뉴턴이래단한명도없었다.파인먼이인류에게남긴위대한유산이다.

[파인먼의평범한삶]
책은평범한파인먼역시꼼꼼히기록했다.
유년시절동네에서라디오수리공으로이름을떨쳤으며,자기방에서구두약을녹여암실을만들려다가불을낼뻔한적도있다.해변을뛰어다니며‘모래와바위는다른가?’‘바닷물이출렁이는것이파도인데,공기가출렁이는현상은바람일까?’와같은자연을향한근본적인의문도품곤했다.특히아버지멜빌파인먼과의에피소드는리처드파인먼이세상을보는시선이어떻게정립되었는지에대해잘설명한다.(“그러니까아빠말은,저새를관찰하고새가무슨행동을하는지살펴보자는거야.중요한건‘이름’이아니라,‘어떻게사느냐’거든.”_53쪽,“‘움직이는물체는계속움직이려고하고,가만히서있는물체는네가세게떠밀지않는한계속서있으려고한다’는거야.이런성질을관성이라고하지만,어째서그런지는아무도몰라.”_54쪽)과학자들,특히과학을배우는학생들이라면파인먼의유년시절을통해매우의미있는메시지를얻을것이다.

파인먼의삶에서사랑역시빼놓을수없는주제다.첫사랑‘알린그린바움’과의슬픈사랑이야기,사별후갈피를잡지못한채문란하고방탕했던카사노바의삶,제네바호숫가에서만난마지막사랑궤네스하워스까지.책은파인먼은순애보같은모습도,카사노바로살수밖에없었던비극도,아이를사랑하고가족을지키는한가정의가장의모습도놓치지않고기록했다.특히파인먼의사후에발견된첫사랑알린을향한편지는사랑조차열렬히임했던파인먼의모습을절절하게기록하고있다(368쪽).
파인먼의마지막순간은어땠을까.책은파인먼의마지막순간을기억하고기념한다.1978년10월,1981년9월에발병한암으로각각두번의큰수술을받아야만했다.투병의순간에도파인먼은양자색역학이라는새로운분야에몰입했으며,우주왕복선챌린저호참사의진상을규명해냈다.숨이다하는순간까지과학자로살았던리처드파인먼의모든순간을기억하자.

제임스글릭의‘역사를바꿀천재를찾아서’

“파인먼은그세대에서가장독창적인정신의소유자였다.”
_프리먼다이슨

현대물리학을지탱하는두기둥은양자역학과상대성이론이다.그렇기에20세기물리학의양대산맥은누가뭐라고해도‘알베르트아인슈타인’과‘리처드파인먼’이다.상대성이론의아인슈타인은시간과공간을다루는거시적세계를,양자역학과전자기학을통합하는이론을완성한리처드파인먼은미시적세계를확장시켰다.우리는두사람을소위‘천재’라부른다.베스트셀러작가인제임스글릭은책을저술하는내내관찰자의시선으로리처드파인먼을가까운곳에서바라보고,기록하는것에온전히집중했다.하지만파인먼의천재성을이야기하는순간이되자,자신의의견을과감하게피력했다(510쪽).
제임스글릭은천재라는말의현대적의미에서부터시작한다.과거의문헌에서찾은“천재성이란이전에는결코없었던것을만들어내는신과같은능력”이라는의미를되새기며천재라불릴수있는필요조건을제시한다.나아가과거에천재라불렸던사람들의천재성을냉정하게평가하며문학,음악,미술,건축,스포츠까지시야를넓혀천재라불렸던사람들을재평가한다.그과정에서특별한천재성은어떻게발휘되는지와,현재에는어째서과거보다천재들이드물게등장하는지에대한근거를찾는다.글릭의냉정한평가끝에남은특별한천재(과학분야한정)는고전물리법칙의뉴턴,불확정성원리의하이젠베르크,대륙이동설의베게너,상대성이론의아인슈타인그리고파인먼이다.

제임스글릭은천재라는특별함을두고이렇게썼다.“천재는역사를바꾼다.”하지만이렇게덧붙이기도했다.“과학은개별적인발견이아니라우연하고중복된다수의발견에관한역사다.”한명의천재도필요하지만,그를검증하는사람들에의해쓰이는것이역사라고말한다(541쪽).노벨상을받고도한참이지난어느날,파인먼은질문이가득쓰인통의편지를받았다.“만약에디슨이전구를발명하지않았다면?”“하이젠베르크가S행렬을창안하지않았더라면?”“플레밍이페니실린을발견하지못했다면?”“아인슈타인이일반상대성이론을만들지않았다면?”온갖가정법으로가득한편지를읽고난후파인먼은이렇게답했다.“저는항상이와같은질문이이상하다고생각합니다.과학은필요할때창조됩니다.우린서로가상대방보다월등히똑똑한건아니거든요.”천재에의해서든,다수에의해서든과학은언제나더발전하는방향으로나아갈것이라고말이다.
제임스글릭역시파인먼과같은생각이었다.단한가지,파인먼이역사를바꾼천재라는사실만제외하고말이다.

책속에서

과학적지식에는다양한종류가있는데그중파인먼의주특기는실용적지식이었다.파인먼에게지식이란‘기술하는것’이아니라‘행동하고성취하는것’이었다.상당수의물리학자들이유럽문명의전통하에서교육받고성장했지만,파인먼은그림을감상한적이없고음악도들어본적이없으며교양서적은물론과학책마저도읽지않았다.다른과학자들이그에게뭐든자세히설명해주려고하면아주질색하는통에그들을몹시당혹스럽게만들곤했다.그래도그의학습능력은놀라워서배워야할것은어떻게해서든배우고야말았다.편견없이지식을추구했다는이야기이다.안식년에는생물학에관심을가져,유전학자들이DNA변이를이해하는데필요한작지만의미있는기여를했다.언젠가는“길이64분의1인치미만의초소형전기모터를만들어보라”라며1,000달러의상금을공개적으로내걸었다(실제로상금을줬다).이처럼일찌감치초소형기계의가능성을떠올린덕분에자칭나노기술자라는사람들의지적아버지가되었다.
_28쪽

성인이된파인먼은과학자들에게물었다.“대재앙이일어나모든과학지식이사라졌다고합시다.단하나의문장으로다음세대에게가장많은정보를전달해줘야한다면,뭐라고말할건가요?뭐라고남겨야우리가이세계에대해이해한바를가장잘전달할수있을까요?”파인먼이제시한모범답안은다음과같다.“만물은원자들로구성되어있는데원자란끊임없이움직이는미세한입자를말하며이입자들은어느정도떨어져있으면서로잡아당기지만,너무바짝다가서면서로밀치는성질이있다.”그러고는다음과같이부연설명을달았다.“약간의상상력과사고력만발휘해도이한문장에담긴세계에대한정보가엄청나다는걸알게될겁니다.”
_67쪽

파인먼은디랙의논문을계속넘기다특정단어가나올때마다동작을멈추고깊은생각에빠졌다.유사체analogue라는단어였다.“매우간단한양자유사체가존재한다”,“그것들은고전적유사체를보유하고있다”,“이제이모든것의양자유사체가어떠해야하는지쉽게알수있다”….파인먼은고개를갸우뚱거리며옐레에게물었다.“물리학논문에유사체가웬말이죠?A식과B식이유사하다analogous면결국똑같다는이야긴가요?”
“아뇨.”옐레가정색을하며말했다.“‘유사하다’는말과‘똑같다’는말은의미가달라요.”파인먼은칠판앞으로가디랙의논문에나온공식들을쭉적고하나씩하나씩따지기시작했다.옐레의말대로그것들은똑같지않았다.디랙의논문에서유사체라는말은‘똑같다’는뜻이아니라‘비례한다’는뜻이었다.파인먼은디랙의공식에곱셈상수를추가하고몇개의항에값을대입한다음,이식저식을넘나들며옐레가혀를내두를만큼엄청난속도로계산을해나갔다.잠시후두사람의눈앞에는매우낯익은방정식,슈뢰딩거방정식이나타났다.파인먼의라그랑지안식체계와양자역학의표준파동함수사이에는연결고리가존재했던것이다.
_213쪽

오펜하이머는다시한번버지에게편지를썼다.“현재상황에서젊은과학자를영입하는데너무뜸을들일필요는없을듯합니다.로스앨러모스의과학자들사이에서파인먼의평판은대단합니다.그는탁월한이론학자일뿐만아니라누구보다도활발하고책임감있으며따뜻한마음의소유자입니다.또한총명하고매사에분명하며제가지금껏만나본사람중에서분별력이가장뛰어난사람입니다.파인먼은이곳에서매우귀중한존재입니다.리더의역할을훌륭히수행했고,젊지만비중있는연구를했습니다.”
_337쪽

며칠후파인먼은학생식당에서밥을먹고있었다.갑자기가장자리에학교문장이새겨진식판을누군가가공중으로던졌다.접시가날아가는순간그가품었던오랜의문의실마리를찾았다고여길만한경험을했다.접시가회전할때,흔들거렸다.학교문장때문에파인먼은접시의회전과흔들림이동시적이지않음을알아볼수있었다.하지만바로그순간,그에게는이두가지형태의회전이서로관련있는것처럼보였다(물리학자로서의직관때문이었을지도모르겠다).파인먼은‘이제놀아봐야겠다’고혼잣말했다.그래서이문제를종이에계산해보려했다.이문제는의외로복잡했지만라그랑지안과최소작용원리를사용해서흔들림과회전의관계가2:1의비율임을알아냈다.
_379쪽

파인먼이진지하게열중하는순간을본사람에게는파인먼의연구과정이강렬한데다심지어신체감각을교란시키는것처럼보였을것이다.마치그의두뇌가사고기능을멈추지않았을뿐만아니라몸의모든근육까지확장된것처럼말이다.코넬대학교기숙사의한이웃은파인먼의방문을열었을때그가어떤문제를고민하면서침대옆의바닥주위로뒹구는모습을발견했다.파인먼이구르지않을때는적어도리듬감있게중얼거리거나손가락으로두드리고있었다.부분적으로과학적시각화과정은자연속에자신을들여놓는과정이다.예컨대상상하여그려낸빛줄기속에혹은상대론적으로움직이는전자속에말이다.과학사가제럴드홀턴GeraldHolton이지적했듯이“여기에정신과자연법칙에관한이미지를만드는공동의형상화과정”이있다.파인먼에게이과정은쉽게자각할수있고,다채로우며,빠르게떠는리듬과상호작용하는요소들을지닌하나의본성이었다.
_403쪽

파인먼은강의를완성된드라마처럼기획했다.“자,시간이다됐습니다.다음시간에이어서이야기하겠습니다.”이렇게말하면서수업을끝내고싶진않았다.파인먼은도표와방정식들이미닫이형2단칠판에가득차도록너무나정확히시간을맞췄다.마치판서를마친모습을처음부터자신의머릿속에담고있었던것같았다.촉수가달린큰주제들은과학의구석구석으로촉수를펼쳐나갔다.
_591쪽

그의강의는대단한업적이었다.학기가끝나기도전에과학계에강의에대한소문이퍼졌다.하지만신입생을위한것은아니었다.몇달후파인먼은시험결과에충격을받고의욕이꺾였다.그럼에도한해가지난후대학에서는2학년이되는같은학생들을계속가르쳐달라고파인먼에게부탁했다.파인먼은그렇게했다.마침내양자역학의보충강의를상세하게가르치려했다.그는또다시일반적인순서를뒤집었다.캘테크의다른물리학자데이비드굿스타인DavidGoodstein은훗날이렇게말했다.“최근에당시학생이었던이들과이야기를해보니흐릿한기억을떠올리면서모두가파인먼교수로부터직접배운2년간의물리학수업은일생일대의경험이었다고제게말하더군요.
_595쪽

저는답이가까이있다고믿는사람들을평생봐왔습니다.하지만그때마다어김없이실패했습니다.에딩턴은전자이론과양자역학으로모든것이간단해질것이라생각했어요.아인슈타인은통일이론이거의완성되었다고생각했지만,핵에대해선아무것도알지못했습니다.당연히핵에관해서알아낼수가없었습니다.사람들은대개답에아주가까이왔다고생각하지만저는그렇게생각하지않습니다.자연이궁극적이고간결하며통일되고아름다운형태를지니는지는아직해결되지않은문제입니다.전어느쪽이옳다고말하고싶지않습니다.
_714쪽

사람들이제게“궁극적인물리법칙을찾고계신가요?”라고묻습니다.아니요,그렇지않습니다.만일모든것을설명해줄간결하고궁극적인법칙이있다는것이밝혀진다면,좋아요그런법칙을발견하면멋질겁니다.만약이법칙이수백만겹으로싸인양파같은모습으로나타났다면,그건원래그렇기때문이죠.
_713쪽

“그럼우리는아인슈타인의시대보다통합에조금이라도더가까이가지못한건가요?”역사가는물었다.
파인먼은화를냈다.“이건말도안되는질문이군요!우린분명히더다가갔단말입니다.우린더많이알고있고요.밝혀질것이유한하다면우린분명히지식을얻는데틀림없이더가까이간겁니다.아시겠어요?이걸어떻게상식적인질문이라할수있는지모르겠군요.다바보같은짓이네요.이런인터뷰는언제나쓸모없군요.”
_716쪽