가장 작은 것부터 가장 먼 곳까지

빛의 속도로 달릴 수 있다면?
물질이 에너지고 에너지가 물질이라면?
"달아나는 자동차를 뒤쫓아 가면 자동차가 느려 보인다. 뒤쫓는 속도가 자동차의 속도와 같으면 자동차가 정지해 있는 것으로 보일 것이다. 만약 빛의 속도로 빛을 쫓아가면 어떻게 될까?"
이 간단한 물음이 뉴턴의 시대를 닫고 현대과학이라는 새 장을 열었다. 시간과 공간이 별개가 아니라는 데서 더 나아가 "공간은 중력에 의해 휘어 있고, 휜 공간에선 빛이 직진하지 않는다"고 한 아인슈타인의 예측은 1919년 5월 29일의 개기일식 때 관측에 의해서 입증되었다. 아인슈타인의 상대성이론과 중력장이론은 천체물리학이 가장 먼 과거인 우주의 탄생과 가장 큰 공간인 우주의 끝을 탐구할 수 있도록 업그레이드해 주었다.
"입자와 파동과 에너지는 하나다."
플랑크의 양자론을 바탕으로 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 드브로이가 발전시킨 이론이다. 어떻게 그럴 수 있는가? 원리는 아주 단순하다. 일상의 세계에서 상상조차 할 수 없는 일들이 원자보다 작은 세계에서는 가능하다는 것. 이 발견 덕분에 물리학과 화학은 '물질과학'으로 통합되었고, 이제는 생물학과 지구과학의 현상들조차 화학을 통하지 않고는 설명할 수 없게 되었다.
『가장 작은 것부터 가장 먼 곳까지』(송은영 지음)는 어려운 현대과학의 세계를, 과학사의 굵직한 인물들의 이야기로 쉽게 풀어 쓴 책이다. 현대과학의 문을 연 상대성이론의 아인슈타인, 양자론의 플랑크부터 21세기 천체물리학의 발견들까지, 과학자들의 삶과 생각, 실패와 성공 이야기를 따라 읽다 보면 어느덧 복잡한 현대과학 이론의 바탕이 된 생각들을 이해할 수 있게 구성했다. 책장을 넘길 때마다 나오는 그림과 그래프들이 어려운 이론을 한눈에 파악할 수 있도록 도와준다.

빛이 그늘을 이기게 하려면
물질이 에너지이고 에너지가 물질이라면, 물질의 질량을 엄청난 에너지로 바꿀 수도 있다. 아인슈타인의 유명한 '엠씨스퀘어', E=mc2 공식이다. 1945년 일본 히로시마와 나가사키에서 터진 인류 최초의 원자폭탄도 상대성이론과 양자론이 있었기에 가능했다.
"죽음의 신을 만들었구나!"
최초의 원자폭탄 실험인 '맨해튼 프로젝트'에 참여한 과학자들의 불길한 예감이 현실이 되었다. 옛 소련의 체르노빌 원자력 발전소 사고와 최근 러시아의 우크라이나 침공에 따른 핵전쟁 공포는 현대 과학기술이 인류의 삶에 드린 그림자다.
그러나 빛이 있기에 그늘도 가능한 법. 원자력 발전과 의료기기에 활용되는 원자력의 장점은 인류가 지혜를 모으면 충분히 통제할 수 있는 원자폭탄·수소폭탄의 공포보다 눈부시다.
물리학과 화학 외에 인류의 삶을 커다랗게 증진시킨 현대과학의 대표적인 발명발견으로 책은 인공 비료(질소 비료)와 페니실린을 함께 소개한다. 인공 비료의 발명으로 인류는 300만 년 역사에서 처음으로 배고픔에서 해방됐고, 페니실린은 수많은 인류가 질병의 공포에서 벗어나 천수를 누리게 해 주었다.
현대과학의 발전은 앞으로 더 얼마나 인류의 삶을 복되게 하고 인간의 시야를 '가장 작은 세계'부터 '가장 먼 우주의 끝'까지 넓혀 줄 수 있을까? 단추 하나로 인류를 순식간에 파멸로 이끌 수 있는 과학기술의 '그늘'을 없애기 위해 인류는 어떻게 지혜를 모아야 할까?

책머리에

제1장 상대성이론
1. 아인슈타인의 등장
2. 특수상대성이론의 탄생
3. 일반상대성이론의 탄생
4. 상대성이론의 검증

제2장 양자론
1. 플랑크와 에너지양자
2. 아인슈타인과 광양자
3. 보어와 전자 궤도
4. 하이젠베르크와 행렬역학
5. 드브로이와 물질파
6. 슈뢰딩거와 파동방정식

제3장 원자력
1. 페르미와 저속 중성자
2. 우라늄 원자핵 분열
3. 시카고 실험

제4장 맨해튼 프로젝트와 2차대전
1. 과학자들의 대탈출
2. 아직은 느긋한 미국
3. 미국의 본격적인 행보
4. 암호명 '트리니티'
5. 원자폭탄과 전쟁의 종식

제5장 20세기 천체물리학
1. 20세기 천체물리학의 출현
2. 별의 최후
3. 중성자별
4. 블랙홀

제6장 인공 비료와 페니실린
1. 식량 문제를 해결하다
2. 질병 퇴치의 꿈을 이루다

쓰고 나서 21세기는 통합과학의 시대
참고 자료

송은영 지은이 송은영은 서울에서 태어나 고려대학교 물리학과와 대학원에서 원자핵물리학을 전공했다. 지은 책으로 『세종대왕의 생각실험실』 『장영실의 생각실험실』 『이순신의 생각실험실』 『아인슈타인의 생각실험실』 『궁금했어 양자역학』 『통계로 떠나는 세계 여행』 『역사에 숨은 통계 이야기』 『미스터 퐁 수학에 빠지다』 『미스터 퐁 과학에 빠지다』 『블랙홀 랑데부』 『미세먼지: 보이지 않는 오염물질』 『속담 속에 숨은 수학』 등이 있다. 1999년 제17회 한국과학기술도서상 저술 부문 과학기술처장관상을 받았다.