찌르레기떼에서스핀유리까지
파리시가회고하는물리학자로서의자신
우리연구는지금까지동물의무리나떼,군중(群衆)연구에사용되던패러다임을완전히바꾸어놓았다.이전에는상호작용이거리에의존한다는것이당연하게여겨졌다.그러나우리연구이후로상호작용은언제나이웃한존재에따라달라지는것으로간주되어야했다.아마가장흥미로운결과는수천마리새들의위치를추적하는동시에그자료에서동물의행태를파악하는데유용한정보를수집할수있음을보여주었다는것이리라.―30쪽에서
1장「찌르레기의비행」에서는파리시가2000년대초로마에서진행한찌르레기떼의행동연구가소개되어있다.이책의원제“InUnVoloDiStorni”가직역하면“찌르레기의비행에서”인것처럼파리시의대표연구이기도하다.그리고수많은대중과학콘텐츠에서복잡계하면항상나오는새떼의비행모습이그의연구에서유래했다.물리학자와조류학자,경제학자의연합팀으로진행된이연구는통계물리학의개념,사고의틀과최근급격히발전한영상과데이터처리기술의놀라운결합을이루어냈다.과학자의머릿속에서상상한단순한규칙으로이루어졌던기존모형에비해실제로새떼가따르는규칙을밝힌파리시연구진의연구는,복잡계물리학이다른과학분야에어떤기여를할수있는지보여주는멋진사례이다.
예전에는국제전화요금이엄청났다.이탈리아에서미국으로전화하는데분당1,200리라였는데,내가연구원으로입사해받은첫월급이12만5000리라였다.그러니까1시간30분정도통화하면한달월급이다날아가는셈이었다.팩스는존재도하지않았고,대신물리학부에는굉장히무겁고불편해거의사용하지않는전신타자기(사실상전신단말기)가있었다.―42쪽에서
2장「50여년전로마의물리학」에서그는자신이로마사피엔차대학교에처음입학했던1966년으로시간을되돌려,요즘세대라면상상하기도힘들연구환경과그속에서도이뤄낸이탈리아물리학의‘영광의순간’으로우리를안내한다.빠르게언급되었다사라지는많은과학자의이름에어질어질할지도모르지만,그럴때는책말미에추가된한국어판만의「인명찾아보기」가독자를도와줄것이다.
고해상도현미경으로물을관찰한다고생각해보자.약간구부러진아령형태의분자들이서로를움직이고끌어당기고돌리고멀어지며빠른속도로진동하는모습을보게될것이다.바로물에대한분자차원의설명이다.사람의눈에보이는물은특정한온도에서는냉각되어응고되고,또어떤온도에서는증발해기체가된다.각원자의행동이계전체의거동으로전환되는방법을설명하는것은무척어려운문제다.―61쪽에서
3장「상전이,혹은집단현상」은청년시절파리시가천착했던상전이연구를소개하고4장에등장할스핀유리이론의이해를도울배경지식을설명하는문단이다.여기서나온이징모형(Isingmodel)은통계물리학에서상전이현상을이해하는데가장널리이용되고있는모형이다.제목과초록에‘이징모형’이들어간논문이한해에1만편을훌쩍넘게여전히출판되고있을정도로널리애용되고있다.
연구자인생최고의성과는가끔우연히이루어지기도한다.다른길로가려던참에마주칠가능성도충분히있다.내가바로그런경우다.내가물리학에한공헌중가장크다고여겨지는것이스핀유리이론인데,바로입자문제연구중에개발한것이다.―79쪽에서
4장「스핀유리,무질서의도입」은2021년노벨물리학상수상사유에서중요하게언급된,스핀유리모형에서이뤄낸파리시의업적을당사자에게직접들을놀라운기회이다.스핀유리는비자성물질에자성(磁性)을띤불순물을섞은,그자체로는사실상산업적용도가거의없는금속합금의일종을말한다.수십년동안물리학자들은스핀유리의자성원리를풀지못했다.구체적으로말하면,이구조내의미세한철원자들은완전히무작위적인형태로정렬하는것처럼보였다.파리시는그패턴을알아냈고,그것을증명하기위해계의여러복제를동시에처리하는수학적기술인복제기법을정립했다.이후복제기법은신경과학이나기계학습과같은분야에서도그유용성을증명했다.
과학이,과학인이추구해야할
진정한모습은무엇인가?
이탈리아과학인으로서의파리시
물리학자에게는완전히다른계가수학으로동일하게설명된다는점을발견하는일이매우중요하다.그러나간혹방정식이동일하다해도관찰할수있는양에해당하는수학적표현이다른경우가있다.이경우(사실가장흥미로운경우다.)두계에서관찰되는움직임이매우다를수있다.그리고물리학적으로완전히다른분야(예컨대고체물리학과입자물리학)에속할수있어서두계를동일한수학적표현으로병합하는것은전혀예상치못한놀라움을줄수있다.―124쪽에서
책의후반부에세이4편에서파리시는과학의의미와가치를조명한다.5장「과학과은유」의주제는과학의기초가되는직관이은유를통해다른분야로전달되며영향을주고받는방식을알아보는것이다.비슷한시기에다윈이론과양자역학에도입된확률개념이어떻게영향을미쳤는지,물리학과수학,생물학에서은유가실제로어떻게사용되며어떤발전을이루어냈는지5장을통해알수있다.
아이디어는어디서생기는것일까?나같은이론물리학자의머릿속에서는아이디어가어떻게만들어질까?어떤유형의논리적과정을거치는것일까?지금나는인류사와사상사를바꿔놓을정도로대단한아이디어만이야기하려는게아니다.오히려‘미시적창의력(microcreativity)’이라불리는것,즉과학에서진보가일어나는데매우중요한역할을하는매일의일상속작은아이디어를이야기하고자한다.―131쪽에서
6장「아이디어는어디서오는가」에서파리시는과학진보에중요한역할을하는아이디어가탄생하기전,비언어적형태로잠들어있는잠복기의무의식적사고과정을고찰한다.양자역학의선구자들과아인슈타인,그리고파리시가실제로경험한문제해결의순간이생생히묘사된6장은아이디어를떠올리기위해오늘도머리를싸매고있을많은사람에게실천적조언이되어줄것이다.
현재이탈리아에서연구개발분야에들어가는비용은국내총생산의1퍼센트를조금넘는정도이지만,대한민국의경우4퍼센트가넘는다.(대한민국은2002년월드컵에서이탈리아를탈락시켰고,연구개발분야에서도이탈리아의3배이상투자하고있다.)―154쪽에서
7장「과학의의미」에서그가강조하는것은과학발전에꼭필요하지만,현대의거대과학에서는점차무시되어왔던과학자들의주체적인열정이다.특히그는이탈리아문화활동이서서히쇠퇴하고있다고우려하고,과학을문화의하나로서수호하기위해모든이탈리아과학인의각성을촉구한다.이때연구개발(R&D)분야에서대한민국의위상을언급하면서‘2002년월드컵’이야기를덧붙이는것은이탈리아인으로서그의내면을살짝엿볼수있게하는부분이다.
엇호프트는아주심오한이론물리학자로극도로정제된이론적측면도분석할수있는사람이었다.그에반해나는문헌에제시된다양한모형,즉실험작업들을정확히알고있었다.그러니까올바른모형을식별해야하는것은나였다.1973년그날오후,우리는노벨상을받을기회를잃고말았다.다행히우리둘다그때가유일한기회는아니었다.―175쪽에서
마지막8장「나는아무것도후회하지않아요」의제목은에디트피아프(EdithPiaf)의유명한샹송에서따온것이다.“난과거에신경쓰지않아요.”라는가사처럼그가덤덤하게풀어내는‘25세때노벨상을바로코앞에서놓친이야기’속에는같이‘한끗차이로미끄러졌던’동료이자1999년노벨물리학상수상자,헤라스뒤스엇호프트(Gerardus'tHooft)와의추억이녹아있다.굽이굽이돌아왔다고생각했지만뒤돌아보니그것은곧은길이었음을말하는이장은,복잡계의물리적,수학적원리를평생쫓아온과학자이자탐구자로서그가후학에게전해주고싶은말일지도모른다.
국내최고물리학전문가의감수로
더욱생생하게즐기는
한복잡계물리학자의이야기
“한개인은풀수없는수수께끼지만,여럿이모이면전체는수학적확실성이된다.”아서코난도일의소설에서셜록홈즈가한얘기다.예측불가능한개체의거동에서전체가보여주는거시적인패턴으로관심을옮기면과학적이해가가능한현상들이있다.단순하고무질서해보이는구성요소가여럿모인전체가다채로운질서를보여주는예가많다.책에서파리시가자세히소개한새떼의군무,통계물리학의상전이,그리고스핀유리가바로그렇다.
―‘감수의글’에서
저자의목소리를가장생생하게들을수있는이탈리아어판을번역한『무질서와질서사이에서』에는자기상전이와스핀유리라는비교적생소한주제와일세를풍미한노과학자의과학관이함께들어있다.한국에최초로소개되는이노벨물리학상수상자의저술이올바르고친숙하게전달될수있도록,우리나라의대표적인통계물리학자이자탁월한과학커뮤니케이터인성균관대학교김범준교수가직접감수를맡아주었다.또한김범준교수가직접쓴,책내용과파리시의노벨상업적을해설한글이(주)사이언스북스홈페이지에게재될예정이다.
“미래를예측하려아무리노력해도,
미래는우리를놀라게할것이다.”-조르조파리시
