세상에서 가장 재미있는 물리 이야기

감수자의 말 물리학자의 머릿속으로 떠나는 여행
저자 서문 소립자 세계에서 일상의 세계까지, 종횡무진 넘나드는 궁극의 ‘물리학적 사고법’
이 책을 읽기 전에

제1장 카오스를 즐기는 물리학자의 인생

에스컬레이터 ‘병목 구간’ 해결에 필요한 학문은?
‘무한한 가능성’은 존재할까?
소립자 물리학의 숫자는 수학의 숫자와 다르다?
만두피와 만두소 어느 쪽도 애매하게 남지 않고 딱 맞게 만두를 빚는 기발한 방법은?
‘초전도 건물’에 숨겨진 ‘경로 적분’의 비밀
마트에서 충돌 사고를 방지하는 ‘물리학 보행법’
시간은 1차원일까, 2차원일까?
물리학자는 모두 ‘근사병 환자’다?
한자에 좌우 대칭 글자가 많은 이유가 ‘중력’ 때문이라고?
우리 행동을 지배하는 힘, ‘히스테리시스 현상’의 비밀
과학 분야에 멋진 전문용어가 많은 이유
왜 인간은 직선을, 자연은 곡선을 창조할까?
“당신 인생은 카오스 같네요”라는 말을 듣고 기뻐 춤추는 까닭
현미밥 구멍과 게 구멍이 거의 같을 수밖에 없는 물리학적 원리는?
다코야키 반지름과 장수풍뎅이 크기에 상한이 존재하는 이유
물리학자는 어떻게 사고하는가?

제2장 나를 물리학자로 만들어준 것들

학자는 ‘새로운 언어를 만드는 직업’이다? 107
나를 물리학자로 키워준 ‘블록 놀이’
물리학자는 왜 ‘미로 그리기’에 매료될까?
‘근시’가 오히려 편리한 생활 도구라고?
숫자 해석에 물리학자의 삶이 좌우된다
물리학자의 칠판 100배 활용법
연구 논문은 ‘신과 인간을 연결하는 다리’다
사회에 도움이 되는 것은 물리학이 아닌 ‘물리학적 사고’
물리학자가 고독하지 않은 이유는?
셜록 홈스를 흉내 내는 과학자 vs. 셜록 홈스 같은 과학자
열차와 소립자, 철도와 우주의 관계
눈을 감아야 비로소 보인다?
프로그래밍 언어를 싫어하는 과학자
‘수식’과 ‘여성’ 중 더 아름다운 쪽은?
여행가방 바퀴 소리와 기하학의 상관관계
사용 언어를 전환하면 인격도 전환된다?

제3장 물리학자의 기상천외한 생태 엿보기

상식의 경계를 뛰어넘으면 새 이론이 탄생한다?
물리학자는 왜 일반인과의 소통에 어려움을 겪을까?
구름을 연구하는 과학자가 구름에 끌리는 이유
물리학자의 ‘사용자 사전’ 훔쳐보기
만보계 속이기 실패가 과학 발전을 뒷받침하다
수식과 소립자 의인화하기
이론물리학자 운전자가 운전대를 잡으면 왜 위험할까?
‘마늘 까기’에서 미분의 원리를 발견하다
물리학은 ‘이론’과 ‘실험’ 두 바퀴로 굴러가는 학문이다
직소퍼즐을 끔찍이 싫어하는 이유
물리학자는 왜 ‘고대 문자’에 열광할까?
물리학자의 독특한 손수건 세탁법
귤이 썩지 않도록 보관하는 구조 만들기
‘꽃은 왜 아름다울까?’라는 질문에 대한 물리학자의 답변
“마지막 강의는 살아서 치르는 장례식이다”

문진표
사고법의 깊이를 더하고 싶은 분에게
저자 후기 이토록 즐거운 물리학자의 세계
감사의 말

누구나 목적지에 빨리 다다르고 싶지 않을까. 물리학자도 마찬가지다. 그래서 갖가지 경로를 찾아 하나씩 ‘실험’해본다. 물리학은 실증 과학이다. 과학이란 재현 가능한 실험을 반복해서 수식으로 지배되는 학문 체계다. 과학에 목숨을 건 나와 같은 물리학자는 필연적으로 출퇴근길에도 과학이 나를 지배한다.
실험 방법은 간단하다. 우선 지도를 본다. 요즘에는 구글 지도처럼 자신의 현재 위치와 방향을 알 수 있는 지도를 언제 어디서든 휴대할 수 있어 든든하다. 다만 대단히 정확한 정보는 아니라는 점에 주의해야 한다. 다음 단계로 지도에서 출발지(예를 들어 역)와 목적지(예를 들어 회사 사무실) 위치를 확인한다. 그리고 최단 경로를 예상한다. 여기까지가 이론이다.
이론이 완성되면 다음 단계는 실험이다. 쉽게 말해 매일 아침, 저녁으로 걷는다. 물리학에서 가장 중요한 부분은 이론으로 예측한 것 이상의 무언가를 발견하는 것이다. 이론 예측을 실험으로 확인할 뿐이라면 굳이 몇 번씩 반복해서 실험할 동기를 찾을 수 없다. 이렇게 물리학자의 일상에 소소하지만 확실한 행복이 찾아온다.

― 본문 「‘초전도 건물’에 숨겨진 ‘경로 적분’의 비밀」 중에서

왜 나는 마트에만 가면 다른 사람들과 부딪칠까? 내가 다른 사람들이랑 다르게 움직이기 때문이다. 그렇다면 만약 내가 다른 사람들처럼 움직인다면 부딪치지 않을 터. 즉 모든 인간의 움직임을 지배하는 법칙을 알면 나도 그 법칙에 따라 운동하는 한 마트에서 충돌 사고를 일으키지 않을 것이다.
인간의 개체를 기체 분자라고 가정하자. 기체 분자는 불규칙하게 움직이며 서로 충돌하거나 벽면에 충돌해 기체의 압력을 만들어낸다. 인간도 그냥 두면 무한대로 부딪칠 것이다. 그러나 마트에서 인간의 움직임은 그렇지 않다. 기체가 아닌 액체다. 같은 분자의 다입자계(多粒子系, 상호작용을 하는 셋 이상의 입자로 이루어진 계 —옮긴이)도 온도를 내리면 기체는 액체가 된다. 마트에서 인간의 움직임은 마치 입구로 들어와 출구로 나가는 파이프 속을 흐르는 물과 같다.
나는 흥분했다. 내 전문 분야, 물리학 문제다. 기다려라, 내가 간다. 마트 통로는 복잡하게 얽혀 있다. 가로세로 몇 개의 통로가 존재한다. 그렇게 복잡한 파이프에 물을 흘려보내면 물이 고여서 흘러가지 않는 구간이 나오게 마련이다. 옳거니! 그 구간이 내가 다른 사람들과 부딪치는 장소다. 액체 분자가 흘러가지 못하고 고이는 구간……. ‘마트 위험지대’다. 그러면 마트에 갔을 때 ‘위험지대’를 피하면 다른 사람들과 부딪치지 않고 무사히 장을 볼 수 있다.
나는 안도의 한숨을 내쉬었다.

― 본문 「마트에서 충돌 사고를 방지하는 ‘물리학 보행법’」 중에서

“‘고기 육’이라는 글자, 참 신기하지 않아?”
혼잣말처럼 중얼거렸지만 고기 굽기에 여념이 없는 가족들의 귀에는 내 말이 들리지 않는 모양이었다. 어쩔 수 없이 마음속으로 ‘고기 육’이라는 글자의 신비를 다른 차원에서 음미해보기로 했다.
한자라는 문자는 원래 표의문자, 즉 뜻을 글자로 표현하는 문자다. 가장 직관적인 의미는 뭐니 뭐니 해도 시각적 이미지다. ‘뫼 산(山)’이라는 한자는 산의 형상을 나타낸 글자다. 이 세상과 자연의 사물들 중에는 좌우 대칭이 많다. 그래서 모양을 나타내는 글자도 좌우 대칭이 많고, 한자에도 좌우 대칭인 글자가 많은 것이다. 여기까지 논리를 전개해 스스로 이해했다. 그렇다면 자연의 사물은 왜 좌우 대칭일까? 그것은 물론 중력이 존재하기 때문이다. 이 지구상의 모든 존재에는 중력의 힘이 작용한다. 중력은 위에서 아래 방향으로 작용한다. 그래서 나무는 위로 자라면서 좌우 대칭을 이뤄 ‘나무 목(木)’이라는 좌우 대칭의 한자가 만들어졌다.
“옳거니, 중력 때문에 한자는 좌우 대칭인 글자가 많았구나.”

― 본문 「한자에 좌우 대칭 글자가 많은 이유가 중력 때문이라고?」 중에서