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《꼴라쥬 파리》의 저자 이기진이 들려주는 물리 이야기!

일상이 즐거워지는 물리 이야기 『보통날의 물리학』. 인터넷서점 예스24에서 지난 1년 동안 ‘바나나박사 물리학에 쪼인트 맞다’라는 제목으로 연재한 칼럼을 묶은 책으로 우리 가장 가까운 곳에서부터 시작되는 물리에 대한 이야기를 들려준다. 최근 직접적인 원인에 대해 한창 논란이 된 지구온난화와 그 범인 이야기, 퀴리 부인에게 노벨상을 선사해준 방사능이 그녀를 죽음으로 몰고 가기까지의 이야기 등 누구나 일상에서 한 번쯤 품어봤을 법한 질문들을 살펴보며 과학, 특히 물리가 얼마나 우리 생활 가까이에 존재하고 있었고 다양하고 흥미로운 이야기를 가지고 있었는지 느낄 수 있도록 이끌어준다. 저자가 직접 그린 그림으로 흥미를 더해준다.

과학이란 자연이 가진 아름다움의 비밀을 푸는 일,
일상에서 우주까지 가장 톡톡 튀는 물리학 문제들만 모았다

물리를 알면 일상이 즐거워진다
과학은 책 속에만 있지 않다. 과학은 우리 일상을 지배하는 근본 원칙이자 하나의 재밌는 이야기다. 유명한 과학자들도 처음부터 어려운 수식과 용어를 사용해가며 과학을 연구한 것은 아니다. 뉴턴이 사과나무 아래서 사과가 떨어지는 것을 발견하고 만유인력의 법칙에 관해 연구하기 시작한 것처럼, 과학은 하나의 사소한 발견이나 사소한 이야기로부터 시작한다. 이 책에서 다루고 있는 물리 또한 어렵고 복잡한 수식으로 점철된 물리학이 아니라 실생활에서 직접 만나고 부딪히게 되는 물리학의 기본 원리들이다. 독자들은 굳이 이 책에 있는 어려운 내용까지 다 이해하려고 머리를 싸맬 필요가 없다. 그런 고민은 과학자들에게 양보하자. 우리는 단지 세상이 어떤 과학 원리와 숨겨진 이야기들로 둘러싸여 있는지만 알면 되는 것이다.

물리는 엉뚱한 질문으로부터 시작된다
<인간은 왜 지구가 자전하는 소리를 들을 수 없을까?>, <여자들은 왜 봄이 되면 치마에 홀릴까?>… 유명한 과학자들이라고 처음부터 어렵고 복잡한 물리 법칙들을 발견해낸 것은 아니다. 그들도 처음에는 엉뚱하고 황당해 보이는 질문들로부터 궁금증을 품기 시작했을 것이다. 그리고 그런 질문들은 마침내 놀라운 물리학적 발견이 되었다. 그런 질문들 중에는 누구나 일상에서 한 번쯤 품어봤을 법한 질문들도 있다.
이 책에는 최근 직접적인 원인에 대해 한창 논란이 되었던 ‘지구온난화와 그 범인 이야기’와 퀴리 부인에게 노벨상을 선사해준 방사능이 그녀를 죽음으로 몰고 가기까지의 이야기를 담은 ‘두 얼굴을 가진 방사능 이야기’, 우주를 구성하고 있는 물질 중 약 95%는 인간이 알지 못하는 물질이라는 사실을 지적한 ‘암흑물질 이야기’, 최근 “중성미자가 빛보다 60나노 초(0.00000006초) 빠르다”는 주장을 통해 시간 여행의 가능성에 대해 궁금증을 증폭시킨 ‘중성미자와 타임머신 이야기’와 같이 과학적인 주제를 다룬 이야기에서부터 금을 구분할 때 24K, 18K 등 ‘K’라는 단위를 쓰는 이유와 봄이 되면 여자들이 치마에 홀리는 이유, 초콜릿을 먹으면 사랑에 빠지기 쉽다는 속설, 최초의 전화기를 발명한 사람은 벨이 아니라는 이야기 등 매우 흥미롭고 재밌는 이야기들을 풍성하게 담겨 있다. 독자들은 이 이야기들을 통해 과학, 특히 물리가 얼마나 우리 생활 가까이에 존재하고 있었으며, 다양하고 흥미로운 이야기를 가지고 있었는지 느낄 수 있을 것이다.

그림 그리는 물리학자 이기진
그룹 2NE1의 멤버 CL의 아빠로 알려진 물리학자 이기진 교수는 지독한 딸 사랑으로도 유명하다. 그는 앞서 출간한 책들에서 자신의 사랑하는 딸들을 위해 그림을 그리기 시작했다고 밝혔다. 이기진 교수의 그림은 해외에서도 좋은 평가를 얻어 책이 계약되어 출간되기도 했다.
특히 이번 책 《보통날의 물리학》에서 그는 재기발랄한 그림을 통해 ‘물리 삽화’라는 이름으로 어려운 물리학적 내용을 쉽게 설명하고 있다. 그리고 각 장에는 그 장의 핵심이 되는 내용을 ‘꼴라쥬’와 ‘에필로그 그림’으로 작업하여 또 다른 즐거움을 느낄 수 있게 해준다.

보통 사람들을 위한 보통 물리학
보통 사람들은 ‘물리’ 하면 머릿속이 배배 꼬인다. 물리 때문에 먹고 사는 사람들보다, 물리를 몰라도 잘 먹고 잘 사는 사람들이 많다. 보통 사람들에게 물리란 학력고사나 수능을 위해 ‘어쩔 수 없이’ 공부했던 불필요한 지식들 가운데 하나다. 보통 사람들은 학교를 졸업하면 물리와 영영 이별을 한다.
그런데 보통 사람들은 아침에 일어나자마자 자기도 모르는 사이에 몇 가지 물리 법칙을 이용해서 하루 일과를 시작한다. 양치질을 하고, 구두를 신고, 만원 지하철을 타고 출근 시간에 늦지 않게 회사에 도착하는 사이에도 사람들은 일상에 숨겨진 물리 법칙들을 이용한다. 지금 집이나 일터, 학교에서 잠시 짬을 내서 컴퓨터 앞에 앉아 있는 당신의 ‘일상’도 마찬가지다. 우리 삶은 수많은 과학 법칙들로 이루어져 있다.
그런데 우리의 일상보다 물리가 훨씬 더 복잡하고 어렵게 느껴지는 이유는 그것이 우리 눈에 잘 보이지 않기 때문이다. 하지만 우리는 보이지 않는 물리 법칙을 이 책에서 다룬 엉뚱한 질문들을 통해 만날 수 있다. 어린 학생에서부터 어른에 이르기까지 물리에 대한 커다란 두려움과 조그만 궁금증을 품고 있는 사람이라면 누구나 환영한다.

PART 1. 지구 The Earth
- 북극곰을 죽인 범인은 지구온난화?
지구온난화의 원인은 아직까지 명확하게 규명되지 않았다. 일부 학자들은 현재의 지구온난화는 100만 년 전부터 1,500년가량의 주기를 가지고 나타나는 자연적인 기후 변동의 하나라고 주장한다. 그들은 고대 로마인들이 이탈리아와 영국에서 자라던 포도나무가 점점 북쪽에서 서식한다는 사실을 기록했는데, 이는 기원전 200년부터 기원후 900년 사이에 지구온난화가 있었다는 증거라고 한다. 그들은 이 외에도 동물이나 인구의 변화를 알려주는 역사 기록, 나이테의 간격, 미라의 치아 속 산소 동위원소 등을 보면 900년에서 1300년까지는 ‘중세 온난기’로, 1300년부터 1850년까지는 ‘소小 빙하기’로 분류할 수 있다고 한다. 그러므로 1850년부터 현재까지 ‘현대 온난기’라는 주장이다. 하지만 그들의 주장이 사실이라 할지라도 인간의 산업 활동이 지구온난화를 정상적인 수준보다 더 부추기고 있다는 것은 부정할 수 없다.

- 알면 더 무시무시한 방사능 이야기
일본 원전 사고는 원자력 안전성에 대한 초유의 경각심을 불러일으켰고, 우리나라 원전의 안전 현황을 점검하게 하는 계기가 되었다. 그런데 이런 무시무시한 방사능에게 우리가 알지 못하는 또 다른 모습이 있다고 한다. 1970년대에서 1980년대까지 신혼여행지로 각광을 받은 유성온천에 가보면 ‘방사능 온천’이라는 팻말을 볼 수 있었다. 방사능 온천은 라돈과 트론을 함유한 온천을 말한다. 대덕에 있는 유성 온천이나 설악산 근처의 척산 온천에 가보면 ‘라돈탕’이라고 적혀 있다. 고에너지인 방사선을 많이 쬐면 인체에 해롭지만 온천수나 광물에서 나오는 소량의 자연 방사선은 오히려 세포를 활성화시켜 자연 치유력을 높인다.

PART 2. 우주 The Universe
- 우주를 꽉 채운 정체불명의 암흑물질
우주를 둘러싸고 있는 물질 중에 우리 눈에 보이는 물질은 4%에 불과하다는 사실, 나머지 보이지 않는 물질, 우리가 정확히 알 수 없는 암흑물질이 23%이고, 암흑에너지가 73%다. 이는 나사NASA의 우주배경복사탐사선이 12개월 동안 빅뱅의 흔적인 우주배경복사를 관측한 실험 결과다.

- 우주 탐사의 전초 기지, 달
지구와 떼어놓을 수 없는 행성인 달이 어떻게 생겨났을까는 아직 풀리지 않는 의문이다. 달은 그 형성에 대해 많은 가설이 있다. 먼저, 분열 모델(또는 딸 모델)은 과거 지구의 자전 속도가 지금보다 빨랐을 때 지구의 일부분이 지금의 달로 떨어져 나갔다고 주장한다. 동반 형성 모델(또는 자매 모델)은 처음 지구가 생겼을 때 달도 같이 생겼다는 주장이다. 포획 모델은 달이 지구와 다른 장소에서 생성되었다가 지구의 중력에 의해 위성이 되었다는 주장이고, 마지막으로 충돌 모델은 지구가 최초에 형성될 때 현재 화성 질량의 두 배 정도 되는 천체와 충돌했고 이때 지구의 일부분이 떨어져 나가 현재의 달이 되었다는 주장이다.

PART 3. 물질 Material
- 순금을 24K로 표시하는 이유
금의 순도를 나타낼 때 캐럿이라고 하고 ‘K’라고 쓴다. 캐럿은 중동 지역에서 자라는 식물의 한 종류인 ‘캐럽’에서 유래했다. 캐럽은 콩과 비슷하게 생긴 나무의 열매로, 이 지역 사람들은 말린 캐럽 열매를 한 손 에 쥔 정도를 기준으로 물건을 교환했다. 어른이 한 손으로 캐럽을 쥐면 대략 24개가 잡혔다. 그래서 순금을 24K라고 표시하게 된 것이다. 이보다 순도가 떨어지는 18K는 24분의 18의 순도로 75%의 순금을 나타내고, 14K는 24분의 14인 58.5%의 순금이 들어 있는 것을 나타낸다.

- 초콜릿을 먹으면 사랑에 빠진다?
초콜릿은 사람의 체온보다 1℃ 낮은 35.6℃에서 녹기 시작한다. 입에 넣자마자 사르르 녹는 이 물리적 특성 때문에 초콜릿은 ‘부드러운 키스’와 같은 로맨틱한 이미지를 갖게 된 것이리라. 실제로 초콜릿에 들어 있는 페닐에틸아민 성분은 사랑에 빠진 이들에게서 분비되는 물질과 같다고 한다. 그런데 초콜릿에 포함된 페닐에틸아민이 우리 몸에 흡수되어 뇌에 도달하는 것은 거의 불가능하다. 우리가 섭취하는 많은 화학물질들이 분자구조를 그대로 유지한 채 뇌로 흡수되기는 매우 어렵기 때문이다.

PART 4. 기술 Technology
- 빛보다 빠르면 시간 여행이 가능하다
2011년 이탈리아 그란사소 국립연구소 소속 파스콸레 밀리오치 박사는 “중성미자가 빛보다 60나노 초(0.00000006초) 빠르다”고 주장했다. 이들의 주장은 전 세계 물리학계를 발칵 뒤집어놓았다. 1905년 알베르트 아인슈타인이 특수상대성이론을 발표한 뒤 과학자들은 ‘빛보다 빠른 것은 없다’는 가정에서 출발해 현대 물리학의 틀을 만들었다. 100년이 지나도록 깨지지 않은 상대성이론은 과학자에게 종교적인 신념이나 다를 바 없었다. 그런데 이들은 ‘중성미자가 빛보다 빠르다’고 말하고 있었다. 연구진의 주장대로 중성미자가 빛보다 빠르다는 실험 결과가 사실이라면 공상과학영화처럼 타임머신을 타고 시간 여행을 하는 것이 가능할 수도 있다.

- 지하 파이프에서 시작된 무선 통신의 역사
파리는 우편 시스템에 있어서 첨단을 달렸다. 빠른 우편배달을 위해 압축공기를 이용한 그들은 파리 지하에 파이프로 연결된 통로를 만들어 로켓처럼 생긴 통에 편지를 넣어 고속으로 주고받았다. 이 방법은 지금까지도 살아남아, 골목길이 많은 구도시의 경우 지하에 연결된 파이프 연결망을 통해 쓰레기를 회수하는 데 활용하고 있다.

PART 5. 일상 Everyday
- 지구가 자전하는 소리를 들을 수 없는 이유
지구의 자전 속도는 적도 지방에서 약 1,600km라고 한다. 그런데 이 엄청난 속도로 지구가 자전을 하는데 우리는 왜 그 소리를 들을 수 없을까? 그 이유는 지구를 감싸고 있는 대기 또한 지구와 거의 같은 속도와 방향으로 움직이기 때문이다. 물리적으로 소리, 즉 음파가 발생하기 위해서는 공기를 진동시켜야 한다. 공기가 없는 곳에는 소리도 없다. 다시 말해 지구의 자전 소리를 듣기 위해서는 음원과 공기와의 직접적인 마찰이 있어야 한다. 하지만 지구가 자전할 때는 대기를 비롯해 그 위의 모든 사물들과 함께 회전하며, 그 외부는 진공 상태이기 때문에 음파가 발생할 수 있는 조건이 되지 않는다.

- 애인한테 차인 기억을 지울 수 없나요?
부분적으로 기억을 지울 수 있는 방법은 없을까? 우울한 기억을 대체할 만한 즐거운 기억을 만드는 수밖에 없다. 지울 수 없으면 만들면 된다. 컴퓨터 하드디스크의 경우, 지운 파일 위에 새로운 정보를 채우면 된다. 살아 있는 인간의 뇌는 컴퓨터 하드디스크처럼 2차원 적이지 않다. 무한한 정보 공간 속에 추억이 얼기설기 기억되는 인간의 뇌는 창의적인 기억도 만들어낼 수 있다.

- 사람은 열받으면 어떻게 될까?
우리가 흔히 ‘열받는다’라고 할 때, 소리를 지르거나 화를 내면서 몸을 격렬하게 떠는 경우가 있다. 이것은 인체가 체온을 떨어뜨리는 자연스러운 열역학적 과정이다. 분노 에너지를 열에너지와 운동에너지로 방출하는 것이다. 하지만 이 과정이 지나친 감정의 폭발로 이어지면 열역학적으로 정반대의 현상이 일어나기도 한다.

- 여자는 왜 봄이 되면 치마에 홀리는가?
봄이 되면 햇살이 망막을 자극해 간뇌에 있는 송과선이 여성호르몬 성분인 에스트로겐과 남성호르몬 성분인 테스토스테론의 분비를 촉진한다. 또한 몸의 스트레스를 풀어주고 수면의 질을 향상시키는 등 생체리듬을 조절하는 호르몬인 멜라토닌의 분비가 감소된다. 겨울과 달리 봄이 되면 밤이 짧아지면서 수면 시간이 줄어들어 신체적으로 피곤해지고, 활발한 신진대사로 인해 심리적으로 불안해지기도 한다. 특히 여성의 경우 흥분도가 남성보다 높아지는 경향을 보이는데, 이것이 바로 여성이 봄을 타는 이유다.

PART 6. 사람 People
- 전화를 최초로 발명한 사람은 벨이 아니다?
벨은 전화 장치의 설계도 와 설명서를 들고 1876년 2월 14일 벨의 미국 특허청에 특허 신청을 냈다. 같은 날, 전신ㆍ전화 분야의 최고 기술을 가진 엘리샤 그레이가 특허청으로 들이닥쳤다. 그 또한 전화기에 관한 특허를 신청했던 것이다. 그런데 성능 면에서 보았을 때 그레이의 특허가 벨보다 더 우수했다. 벨은 가죽을 이용해 음성을 전달하는 방식을 사용했으나, 그레이는 금속 막을 사용해 더 효율적으로 소리를 전달했다. 특허청은 같은 날 접수된 서류이기는 하나 시간이 좀 더 앞선 벨의 손을 들어주었다. 간발의 차이로 최초의 전화기 발명이라는 명예와 돈의 주인이 바뀐 것이다.

- 물에 미친 사나이
페리에의 직업은 의사였다. 그는 모든 일에 열정적이었고, 정치적인 일에도 관심이 많아서 1870년 프랑스 혁명에 가담했다. 그러던 그가 어느 날 랑그도크 지방의 끓어오르는 가스 물과 사랑에 빠지게 된다. 페리에는 가스 물의 효능을 연구하여 많은 특허를 취득하고 그 지역에 땅을 샀다. 미네랄워터에 대한 의학적 효능을 널리 알리고 싶었던 페리에는 사람들에게 이 물을 팔고 싶었다. 하지만 당시에는 포도주나 맥주, 독주인 압생트만 병에 담아 사고팔았다. 페리에는 일반 사람들이 그 물을 마실 수 있기를 바랐다. 곧 그는 의사 생활을 접고 가스 물을 상품화할 궁리에 전념한다.

- 2대에 걸친 영광, 2대에 걸친 죽음
프랑스는 프레데리크 졸리오퀴리를 통해 프랑스 은행이 관리하던 중수를 노르웨이 수소 전해 공장으로부터 비밀리에 파리로 가져오게 한다. 당시 그런데 졸리오퀴리 부부가 중수를 사용한 원자로를 설계하기 전에 독일군은 프랑스를 침공했다. 이들 부부는 파리의 라듐 연구소에 있던 중수 전량을 독일군이 파리에 들어오기 전에 영국 런던으로 빼돌렸다. 그들은 마리 퀴리 때부터 지금까지 쌓아온 연구 시설들이 하루아침에 잿더미가 되는 것을 막기 위해 연구소에 남았다. 더불어 핵분열 연쇄 반응에 관한 정보를 지키려는 목적도 있었다.

PART 1. 지구 The Earth
북극곰을 죽인 범인은 지구온난화?
알면 더 무시무시한 방사능 이야기
지구 여행자, 바람

PART 2. 우주 The Universe
파괴와 창조의 두 얼굴, 블랙홀
우주를 꽉 채운 정체불명의 암흑물질
우주 탐사의 전초 기지, 달

PART 3. 물질 Material
순금을 24K로 표시하는 이유
초콜릿을 먹으면 사랑에 빠진다?
사탄의 유혹, 커피에 사로잡힌 유럽

PART 4. 기술 Technology
빛보다 빠르면 시간 여행이 가능하다
지하 파이프에서 시작된 무선 통신의 역사
파리 지하철은 아직 종이 표를 쓴다

PART 5. 일상 Everyday
지구가 자전하는 소리를 들을 수 없는 이유
애인한테 차인 기억을 지울 수 없나요?
사람은 열받으면 어떻게 될까?
무한동력기관을 찾아서
여자는 왜 봄이 되면 치마에 홀리는가?
미래를 여는 문, 컨버전스

PART 6. 사람 People
전화를 최초로 발명한 사람은 벨이 아니다?
사과와 함께 떨어진 주식
물에 미친 사나이
2대에 걸친 영광, 2대에 걸친 죽음
노벨상을 거부한 사람들