[10줄 서평] 메타물질로 해리포터의 투명망토를 만들 수 있다고?

질문: 얼음이 녹으면 어떻게 되는 줄 알아?
이과: 당연히 물이 되겠지
문과: 봄이 오겠지

문과는 세상을 바라보는 관점이 다르다. 복잡한 과학적 인과관계보다는 현상의 이면에 주목하는 경우가 많다. 『누워서 과학 먹기』(페이스메이커)의 신지은 저자도 마찬가지다. 대학에서 경영을 전공하고, 아나운서로서 경제방송을 진행했던 뼛속까지 문과인이었다. 수학과 과학을 끔찍이도 싫어하고, 그에게 물리는 존재하지만 존재하지 않는 것과 매한가지인 존재였다. 그런 그가 과학에 눈을 뜬 건 2015년 아프리카 공식 과학 방송 ‘곽방TV’의 진행을 맡으면서부터다.

"2시간 동안 한 가지 과학 이슈를 풀어나가는 ‘생방송’에서, 젊은 ‘과학자들’ 사이에 앉아, 문과 대표로 과학 이야기를 ‘듣고’, 동시에 ‘진행’까지 해야 한다는 것이 참 고역이었다." 당연히 "자리를 박차고 나가고 싶었던 적도 많았다." "혹시나 잘못된 지식을 전하지는 않을까 걱정이 앞서"는 나날을 보내던 어느 날, "이대로는 안 되겠다는 결심"을 하게 됐고, 그때부터 "그날그날의 방송 주제를 글로 써가며 공부하기 시작"했다. "이해가 안 되는 부분이 있으면 도서관에 들러 일주일에 몇 권씩 닥치는 대로 관련 서적을 읽었다." 무려 5년이라는 시간을 그렇게 보냈다. 그리고 이제는 고백한다. "과학은 내 인생을 바꿨다"라고, "과학과 인문학으로 갈린 세상이 아니라 이 둘이 합해져서 만들어내는 큰 가능성을 상상"하게 됐다고. 그 노력의 흔적들이 이 책에 담겼다.

#10줄 요약 #챕터2 물리, 이 세상은 보이지 않는 힘으로 가득하다

1. 달이 지구로 떨어지고 있다는 결론에 이르기까지 뉴턴은 복잡한 사고실험을 거쳤다. 이른바 ‘뉴턴의 대포’라고 알려진 실험이다. 간단히 말하자면 뉴턴은 여기서 ‘누군가 높은 산에서 포탄을 빠르게 발사할수록 포탄이 더 멀리 나아가 땅에 떨어질 것’이라고 가정했다. 실험과 마찬가지로 달도 누군가 빠른 속도로 던졌다고 가정해보자. 달은 직선으로 쭈욱 나아가 지구를 떠나 저 먼 우주로 달려가고 싶을 것이다. 그런데 지구가 잡아당기는 통에 갈 만하면 당겨지고, 갈만하면 당겨져 달은 결국 지구를 돌게 된다. 지구 역시 돌고 있기 때문에 달과 지구가 부딪힐 일은 없다.

2. 빛이 무엇으로 이뤄져 있는지를 밝히는 과정은 그야말로 갈등의 연속이었다. 당대 최고의 과학자 아이작 뉴턴은 그의 저서 『광학』을 통해 빛이 운동하는 ‘입자’로 구성돼 있다고 주장했다. 동시에 크리싀안 호이겐스라는 과학자는 빛이 입자가 아닌 ‘파동’이라는 주장을 폈다. 이 논란을 잠재운 건 1800년대 초 토마스 영이란 영국 과학자의 ‘이중 슬릿 실험’이었다. 빛을 아주 얇게 구멍 낸 종이 2개에 통과시킨 결과, 그 뒤의 스크린에 서로 다른 밝기의 빛이 물결친 것이다. 뉴턴의 말대로 빛이 작은 입자들의 뭉침이었다면 나타날 수 없는 결과였다.

3. 태양이 너무나 무거운 나머지 태양계의 시공간은 태양을 중심으로 움푹 꺼져 있다. 빛의 속도인 초속 30만km로 직진하던 어린왕자의 편지는 태양 주위의 움푹한 공간을 만나면 마치 미끄럼틀에 몸을 맡기듯 공간을 그대로 타고 우리 눈에 도착한다. 그러니 이 사실을 모르고 들어온 방향을 향해 아무리 화살을 쏘다댄들 화살은 절대 그 별에 닿을 수 없다. 어린왕자는 다른 곳에서 애타게 우리의 답장을 기다리고 있을 것이다.

4. 그(아인슈타인)가 만든 복잡한 식에 따르면 우주 속에서 빠르게 움직이는 물체에겐 시간의 팽창이 일어난다,. 시간이 더 천천히 간다는 것이다. 동시에 공간의 길이는 줄어든다. 영화 ‘인터스텔라' 속 밀러 행성에서의 1시간이 지구에서 7년이었던 이유다. 복잡하게 느껴지는 특수상대성이론을 정리해보자면 유일한 절대시간과 공간이란 없다. 내가 어디에 있고 어떻게 움직이느냐에 따라 내 시공간은 달라진다.

5. 1919년 아서 에딩턴이 개기일식이 태양 빛이 가려진 틈을 타 태양 뒤에 있는 별빛을 관찰하는 데 성공한다. 만일 시공간에 휘어짐이 없어 빛이 직진으로 이동했다면 절대 우리 눈에 닿을 수 없는 별이었다. 마침내 우리가 찾던 어린왕자의 별이 태양 뒤에 있다는 걸 발견한 것이다.

6. 그(아인슈타인)는 시간을 유연하고, 늘어나기도 하며, 심지어 순서가 바뀌기도 하는 것으로 봤다. 그는 "연인과 함께 보내는 1시간은 1초로 느껴지겠지만 뜨거운 난로 위에 앉아 있는 1초는 1시간처럼 느껴질 것이다"라며 시간의 ‘상대성’을 강조했다. 아인슈타인은 ‘절대 시간'이란 존재하지 않는다고 했다. 지표면에서, 달에서, 비행기에서 시간은 다 다르게 흐른다는 것이다.

7. 그렇다면 아직도 왜 우리는 시간 여행을 하지 못하는 걸까? 그(아서 에딩턴)는 ‘열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흐른다’는 열역학 제2법칙을 예로 들어 엔트로피의 증가가 시간의 방향을 결정한다고 말했다. 세상은 엔트로피가 높아지는 방향으로 움직인다. 우주는 에너지와 물질의 출입이 없기 때문에 우주 전체의 엔트로피는 항상 증가한다. 그는 이것을 절대 뒤로 돌릴 수 없는 ‘시간의 화살’이라고 했다.

8. 양자 역학이 얼마나 어려운지부터 설명해야겠다. 양자역학의 선구자로 불리는 덴마크의 물리학자 닐스 보어는 "양자 역학을 연구하면서 머리가 어지럽지 않은 사람은 그것을 제대로 이해하지 못한 것이다"라고 했다. 스티븐 호킹은 "슈뢰딩거 고양이에 대한 이야기를 들을 때마다 나는 슈뢰딩거를 총으로 쏘고 싶다"는 과격한 표현을 쓰며 양자역학의 어려움을 토로하기도 했다.

9. 영화 ‘아이언맨' 속의 ‘토니 스타크’가 가슴에 품고 다닌 아크 원자로는 현실에서 가능한 일일까. 태양의 핵융합을 지구상에서 태현하려면 온도가 1억℃는 되어야 한다고 한다. 1,500만℃이든 1억℃이든 아마 플라즈마가 조금이라도 가까이 있었다면 상상도 하기 전에 우리 모두가 녹아버렸을 것이다. 결국 36.5℃의 체온을 가진 사람은 감내하기 힘든 게 ‘아크 원자로'란 말이다.

10. 빛이 ‘음굴절'하게 만드는 메타물질은 빛의 친척인 전자파나 음파 등 다른 파동들도 바꿔버릴 수 있다. 메타물질로는 전자파를 피해 가게 할 수도 있다. 메타물질을 천장에 발라 놓으면 층간 소음도 해결할 수 있을지 모른다. 마찬가지로 메타물질을 발라놓은 마스크를 쓰고 전화를 하면 지하철에서도 마음껏 통화할 수 있을지 모른다. 물론 악당이 메타물질을 뒤집어쓰고 내 옆에 와서 원고를 쓰고 있는 나를 훔쳐본다는 생각을 하면 소름도 끼친다.

서믿음 기자 meseo@chosunbiz.com