파인만의 여섯가지 물리이야기

 

책이름 : 파인만의 여섯가지 물리 이야기

지은이 : 리처드 파인만

옮긴이 : 박병철

펴낸곳 : 승산

 

20세기가 낳은 최고의 천재 물리학자로 일컬어지는 리처드 파인만(Richard P. Feynman, 1918-1988)은 양자전기역학QED를 완성한 공로로 도모나가 신이치로朝永振一郞, 줄리안 슈윙어Julian Schwinger과 함께 1965년 노벨물리학상을 공동수상했다. 그가 개발한 ‘파인만 다이아그램’은 기본적 물리과정을 개념화하고 계산하는 강력한 도구로서, 근대과학 역사상 가장 훌륭한 아이디어로 손꼽는다.

『파인만의 여섯가지 물리이야기』는 파인만이 캘리포니아공과대학 물리학부 1·2학년생을 대상으로 강의한 『파인만의 물리학 강의』에서 이해하기 쉬운 여섯 강의를 추려내서 재편집한 책이었다. 그는 일상생활에서 체험하는 현상으로, 물리법칙을 설명해서 학생들은 흥미를 유도했다. 물리학자 폴 데이비스(Paul Davies, 1946- )는 서문에서 말했다. “수학이나 전문용어를 어지럽게 늘어놓지 않고 지극히 일상적인 사례들로부터 최첨단의 물리 개념을 자연스럽게 이끌어내는 능력이야말로 파인만의 전매특허”였다.

제1강 움직이는 원자. 과학이란 실험을 통하여 모든 지식을 검증하는 행위. 모든 물질은 원자로 이루어져 있으며, 이들은 영원히 운동을 계속하는 입자로서 거리가 어느 정도 떨어져 있을 때에는 서로 잡아당기고, 외부의 힘에 의해 압축되어 거리가 가까워지면 서로 밀어낸다. 사과를 지구만한 크기로 확대시켰을 때, 사과 속의 원자는 원래 사과의 크기 정도가 된다. 이온이란 몇 개의 전자가 초과되거나 혹은 결여된 상태의 원자.

제2강 기초물리학. 과학은 관측과 논리, 그리고 일련의 실험으로 진행되는 방법. 전기와 자기 그리고 빛을 하나의 체계로 통합한 ‘전자기장’. 다양한 물질들의 고유한 특성과 원자의 운동을 하나로 묶은 ‘양자 화학’. 자기력과 전기력은 동일한 하나의 장field에서 비롯, 전기와 자기는 동일한 현상의 서로 다른 측면. 세상의 모든 만물은 파동성과 입자성을 모두 갖고 있다.

제3강 물리학과 다른 과학과의 관계. 자연현상을 설명하는데 필수적으로 요구되는 기초학문 물리학. 물리화학과 양자역학은 무기물과 유기물에 모두 적용. 생명체의 세포 속에는 정교한 화학반응이 끊임없이 일어나면서, 하나의 화합물이 다른 여러 종의 화합물로 변화. DNA는 세포로부터 다른 세포로 전달되는 핵심물질. 우주의 모든 별들의 구성 성분은 지구에 있는 원소들과 동일한 종류. 대부분의 화학 원소는 별 속에서 일어나는 핵반응의 부산물로 생성. 뇌 속의 신경세포 및 이들 사이를 연결하는 시냅스synapse.

제4강 에너지의 보존. 어떤 상황에서도 그 양이 변하지 않는다는 ‘에너지 보존법칙’. 존재할 수 없는 영구기관. 에너지의 변화량은 물체에 작용한 힘과 물체가 이동한 거리의 곱. 물체의 운동 때문에 생긴 운동에너지는 중력장의 존재와 전혀 무관.

제5강 중력. 우주 안에 존재하는 모든 물체들은 다른 물체를 무조건 끌어당기는 성질이 있는데, 그 힘의 크기는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고 둘 사이의 거리의 제곱에 반비례. 달에서 바라볼 때 지구의 뒤편에 있는 바닷물은 지구의 공전중심보다 달의 인력을 적게 받으므로 원심력에 의해 바닷물의 수면이 높아지고, 달에서 보이는 바닷물은 달의 인력이 커서 달 쪽으로 끌려가기 때문에 수면이 높아져, 하루에 두 번씩 일어나게 되는 조석현상. 에너지와 질량은 동일한 실체로서 에너지가 있는 곳에는 반드시 질량이 존재한다는 상대성이론.

제6강 양자적 행동. 양자역학이란 물질과 빛이 연출하는 모든 현상들을 서술하는 도구이며, 특히 원자 규모의 미시세계에 주로 적용. 원자를 비록한 모든 물질의 현상을 설명해주는 양자역학의 불확정성원리. 베르너 하이젠베르크는 “위치와 운동량은 매우 높은 정확도록 동시에 측정할 수 있다면 양자역학은 붕괴된다.”