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북스토리

김범준의 이것저것의 물리학 (호기심 많은 물리학자의 종횡무진 세상 읽기)

김범준 김영사 2023.09.21.

과학의 눈으로 보면 더 멋지고 아름다운 세계가 열린다!
조금 더 과학적인 눈으로 세상을 보고 싶은 이들을 위한 온갖 것들의 과학

XX, XY 말고 YY 염색체는 왜 없을까? 손가락에 침을 묻히면 책장이 잘 넘어가는 까닭은? 챗GPT는 과연 생각을 할까? 우리가 존재하게 된 과학적인 이유는? 미래는 이미 결정되어 있을까? … 세상의 온갖 것들이 궁금한 호기심 가득한 물리학자가 과학의 창으로 들여다본 경이로운 세상의 모습을 담은 책. 우리나라의 대표적인 통계물리학자이자 탁월한 과학커뮤니케이터인 성균관대학교 김범준 교수가 물리학에서 생물학, 신경과학, 인공지능까지 다양한 분야의 최신 연구를 소개하면서, 과학의 매력과 과학적 탐구의 즐거움을 보여준다.

“과학은 무지개를 낱낱이 풀어 헤치는 차가운 시선이 아닙니다. 과학의 눈으로 바라보아도 무지개는 여전히 아름다워요. 아니, 과학의 눈으로 보면 무지개가 더 아름답다고 저는 생각합니다. 아름다운 무지개를 보면서, 왜 하늘은 파란지, 예쁜 저녁노을은 왜 붉은지, 그리고 위에서 바라본 맑은 물은 왜 푸른지도 모두 함께 생각해볼 수 있도록 하는 것이 과학의 눈이 가진 매력이니까요.”

2부 생물학 읽어보기

3부 뇌과학과 인공지능 훑어보기

4부 통계와 통계물리 톺아보기

5부 이것저것 들여다보기

6부 과학과 사회 생각하기

◆책 속으로

물질과 반물질이 정확히 같은 양만큼 만들어졌고 이들이 쌍으로 만나 모두 소멸한 완벽히 대칭적 인 세상에는, 이 과정을 이기고 살아남은 물질도, 반물질도 없다. 완벽한 우주라면, 이 글을 쓰는 필자도 독자도 없다. 지구도 태양도 없다. 빅뱅으로 시작한 우주에는 아무것도 없을 수도 있었다. 그런데 우리는 도대체 왜 존재하게 된 걸까? _16쪽

얼음판 위를 미끄러지던 돌멩이를 멈추게 하는 마찰력은 넷 중 뭘까? 용수철을 잡아당기면 물체가 원래 있던 위치로 돌아가려는 복원력은 또 넷 중 어떤 상호작용일까? 석탄을 태워 작동했던 증기기관의 원리는 이 중 어느 상호작용을 이용한 걸까? 휴대폰을 작동시키는 내부의 수많은 상호작용은 또 어떤 걸까? 이런 물음에 대한 답을 맞히는 요령이 있다. 모르겠으면 그냥 전자기 상호작용이라고 답하면 된다. 천체현상을 뺀 대부분의 자연현상에 대해 전자기 상호작용이 답이 되는 이유는 간단하다. _65쪽

환경에 아무런 변화가 없다면야 무성생식이 유리하지만, 세상의 환경은 시시각각 크고 작은 변화를 계속 이어간다. 미래에 닥칠 예측할 수 없는 환경 변화에 더 효율적으로 대비하는 것이 바로 유성생식이 제공하는 유전자의 다양성이다. 둘의 유전자를 절반씩 섞는 방식으로 더 다양한 자손을 만들어낼 수 있어서, 환경이 변해도 종 전체가 멸종하지 않고 생존을 이어갈 확률이 무성생식보다 더 크다. 유성생식의 또 다른 이점은 당장은 생존에 도움이 되지 않는 드러나지 않는 유전자라도 미래 후손을 위해 보험으로 남겨줄 수 있다는 것이다. _84쪽

두 실험 모두 갈릴레오는 자신의 맥박으로 시간을 쟀다. 진자시계는 갈릴레오의 심장이 만들었다. 요즘 우리는 시계로 맥박을 재지만, 갈릴레오는 맥박이 시계였던 셈이다. _108쪽

살아서 작동하는 신경세포는 전위 차를 음의 값으로 유지하기 위해 계속해서 이온펌프를 작동해 큰 에너지를 사용하고 있다. 신경세포의 발화로 우리 뇌가 정보를 처리한다는 것을 생각하면, 우리 뇌는 아무것도 안 하는 신경세포의 긴장 상태를 유지하기 위해 안간힘을 쓰고 있는 셈이다. 공부하나 멍 때리나, 우리 뇌가 소비하는 에너지는 실제로도 많이 다르지 않다. _118-119쪽

난, 사람이라는 생물종이 지구상 에서 거둔 놀라운 성공은 현재 가지고 있는 도구를 이용해 새로운 도구를 만든, 그 단순하지만 놀라운 딱 한 단계에서 결국 시작되었다고 생각한다. 처음의 딱 한 단계. ... 지금까지의 인공지능의 역사를 통해, 귀납법의 ‘바닥에 기초 놓기’는 이미 완성되었다. 우리는 이미 사람보다 바둑을 잘 두는 인공지능을 만들었다. 이제 귀납법에서 더 중요한 단계, 즉, 인공지능이 인공지능을 만드는 단계가 다가오려 하고 있다. 인공지능이 인공지능을 자유롭게 아무런 제약 없이 만드는 첫 단계가 이루어지는 순간, 인공지능의 무한 연쇄가 시작될 수 있다. _134쪽

AI 물리학의 발달에 대해 큰 기대를 할 수 있는 분야는 양자역학이다. 현재의 양자역학 체계는 물리학자들에게 여전히 불만이다. 만약 아무런 선입견 없이 관찰 데이터에만 기반해 양자역학을 인공지능이 처음부터 다시 구성한다면 과연 어떤 모습이 될지 나는 무척이나 궁금하다. _148쪽

오래전 정립되어 많은 과학자가 이용하고 있는 표준적인 모형이라도 자연이라는 책이 실제로 보여주는 현상과 끊임없이 비교되어야 한다는 것이 방금 소개한 논문에서 내가 얻은 교훈이다. ... 아무리 이론이 멋져도 이론에 대한 최종 판관은 자연이다. _185쪽

즉, 한 마리가 가진 정보가 무리 전체에 빠르게 전달되고 뒤를 따르는 양들은 무리를 이끄는 양이 가진 정보를 신뢰해 묵묵히 그 길을 따라가는데, 바로 이 방법이 무리 전체가 빠르게 더 나은 장소로 이동하는 효율적인 방법이라는 얘기다. 양떼를 구성하는 어느 특정 양이 항상 무리를 이끄는 것이 아니라 정보를 가진 어느 양이나 다음의 집단이동을 이끌 수 있다는 것도 중요하다. 민주적 방식과 계층적 방식을 조합해 양떼가 효율적으로 움직인다는 흥미로운 결론이다. _197쪽

우리가 살아가는 지금은 지구, 달, 그리고 해의 삼각관계에서 무척이나 특별한 시기다. 달이 지구로부터 조금씩 멀어지고 있어서, 먼 미래에는 금환일식은 볼 수 있어도 개기일식은 더 이상 볼 수 없게 된다. 거꾸로, 먼 과거에는 달이 지금보다 훨씬 더 가까워 금환일식을 볼 수 없었다. 현재는 개기일식과 금환일식을 모두 볼 수 있는, 지구, 해, 달로 이루어진 일식 삼각관계의 황금기다. _238쪽

과학의 가치는 확실성에 있지 않다. 거꾸로다. 의심에 열려 있어 토론이 가능하고, 이에 바탕한 발전 가능성이 늘 남아 있다는 것이 과학의 진정한 가치다. 문제는 현대 과학이 이야기하는 의심과 회의(懷疑)가 대개는 과학자 사회 내부에 한정된다는 점이다. _262쪽

김범준 성균관대학교 교수

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