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지난 2천5백 년간 과학의 혁신을 가져온 '아름다운' 실험들

교양 물리과학서. 이 책은 철학교수이자 역사학자인 저자가 칼럼을 기고하던『물리학 세계』에 과학사상 가장 아름답다고 생각한 물리학 실험 10가지를 발표했던 내용을 모아 엮은 것으로 실험의 아름다움을 통해 과학의 의미를 깨달을 수 있도록 정리했다.

《세상에서 가장 아름다운 실험 열 가지》는 푸코의 숭고한 진자 실험과 러더퍼드의 원자핵 발견, 갈릴레오와 경사면, 에라토스테네스의 지구 둘레 재기 등의 실험 내용과 사이 사이 저자의 흥미로운 칼럼을 더해 구성되었다.

과학자들이 뽑은 아름다운 실험
실험이 아름답다고 하는 것은 무슨 의미일까? 과학사학자이자 철학자인 로버트 P. 크리즈는 과학자들이 어떤 실험이 아름답다고 말하는 것을 듣고 의문을 품었다. 엄정하고 객관적인 과학 실험이 예술작품처럼 아름다울 수 있을까? 아름답다고 하는 실험에는 어떤 것이 있으며, 그것은 왜 아름다울까? 그는 바로 작업에 착수했다. 그는 자신이 ‘결정적 순간(Critical Point)'이라는 칼럼을 기고하고 있는『물리학 세계』의 지면을 빌려 가장 아름답다고 생각하는 실험을 보내달라고 독자들에게 요청했다. 그의 제안은 인터넷 등으로 퍼져나가 수백 개가 넘는 실험들이 후보작으로 추천되었다. 그리고 그는 집계 결과를 2002년 9월 『물리학 세계』에 발표했다. 이 결과는 과학자들 사이에 큰 반향을 일 으켰고 로버트 P. 크리즈는 이를 바탕으로 책을 쓰게 되었다.

아름다운 실험의 조건
저자는 책에서 아름다운 과학 실험의 조건을 명확히 제시한다. 먼저 세상에 대한 깊이 있는 지식을 드러내야 한다. 실험을 통해서 세상에 대한 근원적인 지식을 새롭게 나타낼 수 있어야 아름다운 실험이다. 예를 들어 뉴턴의 프리즘 실험은 빛이 여러 파장으로 이루어져 있다는 사실을 새로이 보여주었다. 이 실험은 프리즘의 화려한 색깔 때문이 아니라 빛에 대한 새로운 지식을 밝혀냈기 때문에 아름답다.
둘째, 효율적이어야 한다. 쓸모없는 도구나 수식은 하나도 없이, 실험에 관여한 모든 도구들이 실험 결과를 나타내는 데 기여해야 한다. 에라스토테네스의 지구 둘레 재기는 이 효율성이 가장 잘 발휘된 실험 중 하나이다. 지구 둘레를 재는 데 간단한 기하학과 알렉산드리아에서 시에네 사이의 거리, 해시계 이외엔 어떤 것도 필요하지 않았다.
마지막으로 결정적이어야 한다. 실험이 성공함으로써 이론적인 모든 의문은 해소되어야 하며 오직 세상의 신비에 대한 의문만이 솟아나야 한다. 갈릴레오의 피사의 사탑 실험으로 물체는 무게에 상관없이 똑같이 떨어진다는 것이 분명해졌다. 그후에 품을 수 있는 의문이란 물체를 떨어지게 하는 힘은 무엇일까라는 것이었다.
이 책에 소개된 열 가지 실험은 이 아름다움의 세 가지 요소를 모두 갖추고 있다. 그리고 아름다운 실험의 요건인 깊이, 효율성, 명확성은 예술의 아름다움의 요소와 다르지 않다. 저자는 말한다. “실험의 아름다움을 음미할 수 있을 때, 우리는 아름다움이란 본래 어떤 것이었는지, 그 근본적인 의미에 눈을 뜨게 되는 것이다.”

과학을 다시 생각하게 하는 책
이 책은 과학자들은 냉철하고 감정이 없는 사람들이며 실험은 기계적인 작업에 불과하다는 통설에 정면으로 도전하고 있다. 오히려 과학자들은 시인이나 화가들에 못지않게 아름다움이라는 느낌에 강렬히 끌리는 사람들이며, 실험은 세상의 신비가 스스로 입을 열도록 돕는 창조적인 작업이라고 역설하고 있다. 실험의 아름다움은 과학자들을 탐구에 열중하게 하기에 과학 발전에 중대한 기여를 한다. 책에 인용된 앙리 푸앵카레의 말처럼 “과학자들은 즐겁기 때문에 연구하고, 즐거운 것은 아름답기 때문이다”(299쪽). 창조성과 활력이 넘치는 과학을 위해서는 과학의 아름다움에 눈 뜨는 것이 무엇보다 중요하다. 과학에 대한 오해와 무지가 팽배하고 기초 과학이 위기에 처한 지금 이 책이 전해주는 메시지를 귀담아 들을 필요가 있다.

실험 사이에 흐르는 간주들
이 책은 선정된 열 개의 실험을 연대순으로 정렬하고 있다. 그로써 과학이 지난 세월 동안 밟아온 긴 여정을 보여준다. 총 열 개의 장은 각각의 실험을 설명하고 있으며 실험 자체에 대한 내용뿐만 아니라 과학의 발전 과정과 각 실험들이 가지고 있는 과학사적 의미를 밝히고 있다. 그리고 장마다 해당 장과 연관된 주제를 다루는 열 개의 ‘간주’들 덧붙여 놓았다. 저자는 ‘간주’에서 과학이 아름다울 수 있는 이유, 뉴턴과 베토벤의 비교, 과학에서 사용되는 은유, 대중문화 속의 과학, 과학에서 느끼는 숭고함 등을 주제로 과학과 관련된 여러 논점들을 깊이 있게 다루고 있으며, 과학 실험이 아름다울 수 있다는 이 책의 주제를 다양한 각도로 설명하고 있다. 실험에 대한 구체적인 설명을 담은 장과, 보다 심도 있는 논의를 담은 간주가 교차하기에 이 책의 메시지가 더욱 강하게 다가온다.

차례

머리말: 전이의 순간

1. 에라토스테네스의 지구 둘레 재기
간주_과학은 왜 아름다운가

2. 사탑의 전설
간주_실험과 시현

3. 갈릴레오와 경사면
간주_뉴턴-베토벤 비교

4,뉴턴의 프리즘 빛분해
간주_과학은 아름다움을 해치는가?

5, 캐번디시의 엄격한 실험
간주_대중문화 속의 과학

6. 영의 빛나는 비유
간주_과학과 은유

7. 푸코의 숭고한 진자
간주_과학과 숭고함

8. 밀리컨의 기름방울 실험
간주_과학에서의 인식

9. 러더퍼드의 원자핵 발견
간주_과학의 예술

10. 단독 전자의 양자적 간섭
간주_또 다른 아름다운 실험들

결론: 과학은 여전히 아름다운가?

감사의 말
주석
옮긴이의 말
찾아보기

사람들은 과학자들이 차갑고 감정이 없다고 오해하곤 한다. 하지만 사실 과학자들은 아름다움과 진실에 열정적으로 이끌리는 이들이다. 예술가들이나 시인들보다 덜하지 않다. 이 책을 펼치면 그런 과학자들의 특별한 열정을 어느 대목에서나 느낄 수 있을 것이다. 과학자들이 진실 못지않게 아름다움을 중요하게 여긴다는 것, 그리고 예술작품에서 감동을 받는 것만큼이나 실험으로 황홀감을 느낀다는 것을……
-올리버 색스 알베르트 아인슈타인 의과대학 신경학 교수이자 작가


이 책은 과학의 아름다움을 새롭게 그려 보인다. 경사면을 매끄럽게 다듬고, 우물을 들여다보고, 탑을 오르고, 8천 개 중 고작 한 번 일어나는 섬광, 그러나 미래 핵 시대를 예고할 그 불빛을 보기 위해 어둠 속에 지키고 앉은 실천적인 인간들의 아름다움 말이다. 이 책에서 우리는 자연의 물리적, 근원적 비밀에 도전함으로써 숨겨진 진실을 파헤쳤던 과학자들을 만난다. 저자는 이 책을 통해 우리 시대 가장 뛰어난 과학사학자 및 과학철학자로 부상했다.
-딕 테레시 과학 저널리스트이자 작가