최무영 교수의 물리학 강의...2019 전면 개정판

최무영 교수의 물리학 강의...2019 전면 개정판

자연과학을 전공하지 않는 학생들을 대상으로 한 강의를 바탕으로 만들어져

누구나 쉽게 이해할 수 있도록 쓴 교양 물리학 입문서

철학, 문학, 인문학, 예술 등 학제간 여러 분야를 넘나들며 물리학 원리를 설명하고, 어려운 외국어 용어들을 우리 토박이말로 바꿔 쉽고 친근하게 표현

전면 개정판

최무영 지음

2019-01-29

720쪽 (값 29,000원)
신국판 9788979661583

출판사: 책갈피

이 책은 서울대학교 물리천문학부 최무영 교수가 자연과학을 전공하지 않는 학생들을 대상으로 한 강의를 바탕으로 만들어졌다. 과학의 진정한 의미를 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 쓴 교양 물리학 입문서이면서도 고전역학, 양자역학, 상대성이론뿐 아니라 21세기의 최신 주제인 혼돈, 복잡계, 엔트로피, 우주의 탄생과 진화, 생명현상까지 물리학의 모든 주제를 다뤘다.



2008년 <프레시안>에 연재돼 뜨거운 호응을 얻었고 초판이 출간되자마자 자연과학 분야 베스트셀러 1위에 올랐다. 한국과학창의재단 우수 과학 도서, 대한출판문화협회 올해의 청소년 도서, 대한민국학술원 우수 학술 도서 등 각종 상을 휩쓸었다. 이번 전면 개정판은 물리학 교과서로도 부족하지 않도록 물리학의 핵심 개념과 의미를 처음부터 끝까지 놓치지 않고 최대한 담아냈으며 최근의 연구로 얻은 새로운 결과들도 소개했다.
학생의 질문과 교수의 답변이 오가는 강의식으로 구성돼 있어 마치 강의를 직접 듣는 느낌으로 읽을 수 있다.

철학, 문학, 인문학, 예술 등 여러 분야를 넘나들며 물리학 원리를 설명하고, 어려운 외국어 용어들을 우리 토박이말로 바꿔 쉽고 친근하게 표현했다.



추천사

물리학의 정수를 그 안에 담아내면서도 이것을 쉽게, 재미있게, 그리고 간결하게 전달한다는 것은 단순히 물리학을 안다고 해서 되는 일이 아니다. 물리학의 내용에 대한 완벽한 파악은 물론이고 이것을 마음대로 반죽하여 원하는 형태로 얼마든지 변형해 내는 마술가적 소양이 필요하다. 그렇게 하기 위해서는 물리학뿐 아니라 문화 전반에 대한 해박한 지식과 이해가 필요하며, 여기에 다시 이를 말로 표현해 낼 언어적 구사력이 있어야 한다. 그렇기에 이러한 소양을 갖춘 사람을 찾아보기가 우선 쉽지 않다. 그리고 설혹 이러한 능력을 가졌다 하더라도 학문 세계에서 별로 큰 보상이 따르지 않는 이러한 작업에 선뜻 뛰어들어 이를 하나의 책으로 완결해 나가기까지의 노력과 인내를 감당하기가 쉽지 않은 일이다. 그런데도 우리나라에서 정상급 물리학자로 손꼽히는 최무영 교수가 이 일을 해 주었고 그것도 아주 잘 해내었다는 것은 우리 학계 그리고 문화계로서는 무척 다행스러운 일이라고 할 수 있을 것이다. …

나는 물리학이 어렵다고 하는 신화를 믿지 않는 사람이며 물리학에 대한 기본 이해가 21세기의 필수 교양이라고 믿는 사람이면서도 지금까지는 늘 물리학에 대한 좋은 입문서를 소개하라면 말문이 막혀 왔다. 그러나 이제 더는 주저하지 않고 권할 만한 책이 생겼고, 이것 하나만으로도 내게는 커다란 기쁨이다.
— 장회익 서울대학교 물리천문학부 명예교수



최무영 교수 강의

본문 내용 발췌 소개:

처음 해밀턴이나 라그랑주 역학에서 받았던 느낌은 막막함이었습니다. 무턱대고 나오는 최소작용의 원리부터 답답하기 그지없습니다. 이해 없는 학습은 그 내용의 위대성에 비추어 학습자 자신의 초라함을 나무라기 마련입니다. 다만 옳게 나오는 결과만을 믿고 반복하는 암기 형태의 학습이 될 가능성이 높습니다. 지금에서 생각해보니 이 답답함은 과학을 철저하게 원인과 결과의 학문으로 이해했기 때문이었을 것입니다. 원인과 결과로 이루어진 체계가 바로 기계론적 세계관의 본질이지요. 여하튼 해밀턴․라그랑주 역학에 따르면 이유 불문하고 자연에는 최소작용의 원리가 있다고 합니다. 이를 지금은 기꺼이 존재론, 혹은 ‘형이상학’이라고 부를 수 있습니다. 자연에 내제되어 있는 원리에 관해 우리는 의문을 제기할 수도 원인을 따져 물을 수도 없습니다. 해밀턴.라그랑주 역학이 뉴턴 역학과 다른 것은 운동의 원인을 외부가 아닌 내부에 내제되어 있는 것으로 파악했다는 데 있을 것입니다.

반면에 해밀턴․라그랑주 역학은 원인과 결과가 아니라 다른 구조를 가지고 있습니다. 작용이란 에너지와 관련되어 있는 양인데, 에너지는 힘처럼 외부에서 주어졌다고 말하기 어렵습니다. 운동에너지나 잠재에너지는 외부에서 주어지는 것이 아니라 그 물체의, 정확히 말하면 계의 성질입니다. 따라서 외적인 요인이 결정하는 것이 아니라 계의 내부적 성질에 따라서 정해진다고 볼 수 있습니다. 원인과 결과를 구분하기보다는 작용을 최소화하는 기본 원리가 자연에 내재해 있다고 전제하는 것이지요. 다분히 ‘목적론적’이라고 할 수 있습니다.p.165

목적론적 사고의 왕자는 근대 물리학이 배척했던 아리스토텔레스입니다. 그런데 뉴턴 역학에서 출발한 해밀턴․라그랑주 역학이 반기계론적 사고를 근본으로 하고 있다는 것입니다. 눈이 휘둥그레질 수밖에 없습니다. 더구나 그 라그랑주의 표현이 미분이 아닌 적분 형태로 형이상학자이자 미적분을 창시한 라이프니츠와도 관련 있어 보입니다. 이 대목을 읽고 나서 무언가 잃어버린 고리 하나를 찾은 듯한 느낌마저 듭니다. 지금 보니 밑줄은 물론이거니와 페이지까지 접어서 표시를 해놓았네요. 형이상학이 형이상학인 이유는 자연 변화의 원인을 '신'에게 돌리지 않아도 되기 때문입니다. 뉴턴 역학에서 모든 변화는 오직 외부에서 오며 궁극적으로는 신에게 그 원인을 의탁하지 않을 수 없습니다.

《접힘과 펼쳐짐》 서두에서 철학자 이정우는 형이상학이 현재 과학의 외삽이라고 표현하고 있습니다. 당연한 결과로 형이상학의 발전이 있어야 과학 또한 발전되는 것이지요. 해밀턴.라그랑주 역학은 바로 이러한 형이상학의 심오한 역할이 구체적으로 발견되는 순간입니다. 게다가 이미 오래 전에 반기계론적 세계관이 물리학에 스며들어 있었다고 생각하니 물리학의 원대함이 세삼 놀랍기만 합니다. 《최무영 교수의 물리학 강의》는 이런 면에서 여느 물리학 서적과 큰 차이가 있습니다. 양자역학을 설명할 때에도 기능이나 결과보다 개념과 해석에 큰 비중을 둡니다.

실제로 양자역학을 응용하는 사람의 처지에서 보면 이런 해석의 문제는 중요하지 않습니다. 대부분 머리가 복잡하지 않게 슈뢰딩거방정식이라는 편미분방정식을 풀어서 파동함수를 구해 내는 것에만 관심이 있지요. 양자역학 자체가 현실적으로는 문제풀이 기술로서 구실만 하고 있는 면이 많습니다. … 기술자들과 마찬가지로 대부분 물리학자들도 양자역학이 자연의 이해와 관련해서 우리에게 주는 진정한 의미가 무엇인지는 잘 생각하지 않는 편입니다. p.289

저자는 도리어 물리학의 개념과 해석이 아닌 기능과 결과 중심의 교육과 활용에 대해 비판적입니다. 자연에 대한 도구적 합리성이 자연과 인간의 관계를 왜곡하고 자연을 파괴했다고 보는 것입니다.

과학의 경우에도 과학의 유형적인 활용에만 치중한다면 과학의 목적이 도구적 전문 지식을 얻기 위한 것으로만 보게 됩니다. 도구적 지식으로만 보느냐 아니면 진정한 의미의 과학 정신 - 합리적인 과학적 사고 - 이라는 무형적인 과학의 본질을 강조하느냐에 따라 역사와 사회를 보는 눈도 상당히 달라질 수 있겠지요. 여기에는 교육, 특히 처음에 지적한 문과와 이과의 격리 문제가 깊이 관련되어 있는 듯합니다. 과학을 통한 인간과 삶, 사회의 본원적 이해를 추구하지 못하니 현실에 대한 비판적 사고를 가지기 어렵게 되지요. 결국 체제 순응적이고 결과적으로 부소적인 권력에 봉사하는 전문인 또는 기능인만 양성하는 체계로 전락한 느낌이 듭니다. 아무튼 우리의 현실을 반영하는 것이지요. p.524

저자가 생각하는 진정한 의미의 과학 정신은 인문학과 자연과학을 구분하지 않고, 또한 인간과 사회, 자연을 구분하지 않고 통합적으로 성찰하는 것입니다. 기술적이고 기능적인 변화는 통합적인 성찰의 결과로 찾아낸 자연과 우주에 대한 이해의 부속물에 그쳐야 하지 않을까요. 저자의 말처럼 이과를 선택한 학생들은 체제 순응적인 기능인으로 살아가기가 쉽습니다. 안철수 교수를 향해 자기가 잘 할 수 있는 일이나 잘 하라는 뭇사람들의 질타에는 이런 무서운 사회적 관습이 숨겨져 있는 것입니다.

물론 이 책은 물리학 입문서인만큼 주된 내용은 물리학입니다. 아쉽지만 이 책은 그렇게 쉬운 책은 아닙니다. 그 이유는 우선 저자가 독자를 배려한다고 어려운 개념을 결코 우회하지 않기 때문일 것입니다. 저자는 어려운 개념을 우회하기보다 최대한 이해시키는 쪽의 정공법을 택했습니다. 그것도 수학을 최소한으로 사용해서 말입니다. 게다가 고전 물리학은 물론 최근 연구되는 현대 물리학까지 범위 또한 막대합니다. 저자는 입문서의 임무가 무엇인지 보여주기로 작정하듯 자신이 알고 있는 범위의 물리학에 관해 가능한 많은 내용을 풀어놓습니다.

이 책의 어려움은 비단 인문학도 독자들에게만 해당되는 것은 아닙니다. 물리학에 담을 쌓고 물리학에 대해 편견을 가진 인문학도는 물론이지만 자신의 전공 외에는 관심이 없거나 전공 또한 도구적 관점에서 공부한 과학도에게도 낯선 용법이 구사되고 있기 때문입니다. 이런 어려움을 극복하는 유일한 방법은 아마도 다시 읽기일 것입니다.

물론 재독을 요구하는 이 책의 어려움이 도리어 이 책의 진정한 미덕이 될 수도 있습니다. 한 번에 읽고 다시 읽을 고민이 되지 않는 책이라면 너무 가볍거나 너무 무거운 게 아니겠습니까. 분명한 건 다시 읽기를 통해 그 의미가 좀 더 명료해진다는 사실입니다. 또한 일부 젊은 과학자나 메타 과학자들의 저서에서 보이는 치기어린 과장이나 지나친 비유가 없다는 것도 장점으로 꼽아야 할 것입니다. 과학자로서 정확성과 명료함을 끝까지 유지하고 있는 것입니다.

늦은 감이 있지만 폭넓은 사고를 포괄적으로 횡단하며 물리학을 소개한 국산 물리책을 갖게 된 것은 행운이 아닐까 싶습니다. 교사인 저에게는 몇몇 개념을 어떻게 학생들에게 설명할 수 있을지에 대해 힌트를 제공해 주어 더욱 행운입니다.

인간의 지성은 완전히 형식논리로 형식화할 수 없고 따라서 형식화되지 않은 메타 수준, 즉 한 단계 위의 추론을 할 수 있으므로 그것을 통해서 새로운 논증의 원리를 끝없이 만들어 낼 수 있다고 전제합니다. 이러한 믿음을 통해서 지성에 대해 희망을 가질 수 있습니다. p.533

물리학은 자연의 이해에 대한 인간의 지성이 어디까지 보여주는 중요한 인류 자산입니다. 많은 우수한 학생들이 이런 위대한 학문에 대한 도전을 피하여 돈벌이를 지향하는 현실이지만, 그나마 물리학 분야에서는 비록 소수이긴 하지만 뛰어난 인재들이 여전히 도전하고 있는 것 같습니다. 그런 학생들을 보는 행운이 저에게 아직은 있는 것 같습니다. 부디 물리학에 도전하는 물리학도들이 그저 기능인이나 전문인에 그치지 않고 철학과 과학을 아우르는 위대한 통찰력의 물리학자가 될 수 있기를 기원합니다.