우주를 읽는 키워드, 물리상수 이야기

우주를 만든 영원불변의 값, 물리상수
4대 물리상수 c, G, e, h를 설명함으로써
우주에 관한 지식을 모조리 이야기할 수 있다!

여러 물리상수 중에서도 언제 어디서나 항상 값이 일정한 물리상수를 '보편 상수'라고 부른다. 이 책의 주인공인 광속 c, 만유인력상수 G, 기본전하량 e, 플랑크상수 h는 모두 보편 상수다. 보편 상수는 우주가 어떻게 해서 지금과 같은 모습인지를 가르쳐 준다.

광속 c는 특수 상대성 이론을 이해하는 열쇠로, 물리 법칙이 언제 어디서나 똑같이 적용된다는 사실을 확인해 준다. 만유인력상수 G를 통해서는 시공간이 왜곡되는 우주의 구조를 이해할 수 있고, 기본전하량 e는 우주 만물을 이루고 있는 기본 입자에 관하여 다양한 사실을 알려 준다. 그리고 플랑크상수 h는 현대 사회를 떠받치는 모든 과학 기술의 근간이라 할 수 있는 양자역학을 만들어 냈다. 양자역학은 전자와 광자 등의 기본 입자를 비롯해 원자, 분자 등 미시적인 물체를 지배하는 물리 법칙인데, 미시 세계의 물리 법칙이 거시 세계와 다르다는 사실을 인류가 알아차리게 해 준 것이 바로 플랑크상수 h였다.

아울러 이들 보편 상수는 미터, 킬로그램, 초라는 세 가지 기본 단위를 정의하는 기준이다. 기본 단위란 다른 단위를 짜맞추는 바탕이 되는 단위로, 기본 단위들을 조합하면 다양한 물리량을 나타내는 단위들을 만들 수 있다. 특히 역학에 등장하는 단위는 모조리 만들어 낼 수 있다. 미터, 킬로그램, 초는 각각 길이, 질량, 시간이라는 세 가지 물리량을 나타낸다. 이 세 가지 기본 단위로 역학의 모든 단위를 만들 수 있다는 말은, 역학이 길이와 질량과 시간을 다루는 체계라는 뜻이다. 역학은 이 세계를 제법 광범위하게 설명할 수 있는 체계이므로 우리가 평소에 측정하거나 다루는 물리량 대부분이 길이와 질량과 시간이라는 물리량의 조합이라는 사실을 알 수 있다.

이렇듯 물리상수는 인류가 우주를 해석하고 설명하기 위해서 사용하는 키워드라 할 수 있다. 인류는 물리상수가 뜻하는 바를 알고자 이리저리 머리를 굴리고, 그 값을 측정하는 과정을 거치면서 비로소 우주가 어떻게 지금처럼 이루어졌는지 조금씩 이해하기 시작했다. 물론 그 과정이 순탄하지만은 않았다. 수많은 과학자의 도전과 시행착오가 있었고, 천재로 불리는 과학자들이 물리상수를 발견해 놓고도 정작 그 값이 의미하는 바를 몰라서 헤매기도 했다. 책 속에는 물리상수를 발견하고 우주의 법칙을 밝혀낸 과학자들의 이야기가 중간중간 등장하는데, 인간적이거나 괴팍한 면모를 보여 주는 천재 과학자들의 일화는 물리상수를 하나씩 알아 가는 여정에 재미를 더해 준다.

물리상수는 우리의 일상부터 우주 저편에 이르기까지, 세상 모든 현상을 지배하는 법칙에 관여하는 물리량들을 수치로 나타낸 것이다. 만약 우리 우주와는 다른 우주가 있어서 그곳에서도 생명이 발생해 지성을 기르고 있다면, 그들도 우리와 마찬가지로 c, G, e, h에 관해서 고찰하고 이 책과 같은 논의를 거쳐서, 이들 물리상수가 자신들의 우주를 그런 모습으로 구성하는 기초라는 결론을 내렸을 것이다. 그리고 그들의 보편 상수 c, G, e, h를 둘러싼 탐구 역시 때로는 어렵고 때로는 이치에 맞지 않아 보이겠지만, 그럼에도 감동적인 이야기를 써 나가고 있을 것이다.


NASA 연구원 출신 고타니 다로 교수가
다정다감하게 설명해 주는 우주의 물리학!

"이 세상을 살아가는 것이 얼마나 특별한지 세심하게 설명해 주는 명저."
- 일본 '아마존' 독자 서평

"내용은 정말 진지한데 웃음이 나는 즐거운 물리책."
- 일본 '아마존 오디블' 독자 서평

"미끼 같은 농담과 촉촉한 감성에 젖어 빼꼼 열린 마음의 문틈으로
과학자의 지식을 꽉꽉 눌러 담은 유쾌한 설명이 직구로 날아든다."
- '옮긴이의 말' 중에서

《우주를 읽는 키워드, 물리상수 이야기》는 물리학을 잘 모르는 사람도 쉽고 재미있게 읽을 수 있는 대중 과학서다. 저자 고타니 다로 교수는 우주물리학을 전공하고 NASA 연구원을 거쳐 대학에서 학생들을 가르치고 있는데, 무엇보다 과학의 재미를 널리 알리는 일에 진심이다. 그런 만큼 대중에게 어렵거나 낯설게 느껴질 수 있는 물리학 용어를 일상의 언어로 세심하게 풀어썼다. 특히 재미있는 비유와 다감한 설명 방식은 물리학이 딱딱하고 지루할 거라는 선입견에 슬쩍슬쩍 균열을 내면서 어느 틈엔가 물리상수 c, G, e, h를 독자 가까이에 데려다 놓는다. 그렇기에 지금 물리를 공부하는 학생들은 물론이고 학창시절 우주를 동경했으나 딱딱한 교과서의 벽 앞에서 좌절했던 어른들에게도 이 책을 권한다. 책을 다 읽고 나면 물리상수 c, G, e, h는 우리의 학습 과정을 괴로운 암기로 채우기 위해 존재하는 악랄한 '빌런'이 아니라, 우리가 동경하는 우주의 모습을 자세히 그려 주는 다정한 '히어로'임을 알게 된다.

시작하며: 우주를 이해하는 실마리가 되어 준 특별한 값

1장 | 광속 c로 이해하는 특수 상대성 이론
2장 | 만유인력상수 G로 이해하는 우주의 구조
3장 | 기본전하량 e로 이해하는 기본 입자
4장 | 플랑크상수 h로 이해하는 양자역학
5장 | 4대 물리상수로 정의한 기본 단위

마치며: 보편 상수가 보편적이지 않을 수 있다는 상상
옮긴이의 말: 물리상수는 악랄한 빌런이 아니라 다정한 히어로

고타니 다로 Kotani Taro
도쿄대학교 이학부 물리학과를 졸업한 이학 박사로, 전공은 우주물리학과 관측 장치 개발이다. 일본 이화학연구소, 미국 NASA 고다드우주비행센터, 일본의 도쿄공업대학교와 와세다대학교 연구원 등을 거쳐, 국제기독교대학교(ICU) 등에서 학생들을 가르친다. 아울러 대중에게 과학의 재미를 널리 전달하고자 《우주는 어디까지 밝혀졌는가》, 《우주의 수수께끼에 접근하라! 탐사기·관측기기 61》, 《수식 없이 이해하는 상대성 이론》, 《왜 과학자는 태연하게 거짓말을 하는가》 등 다수의 책을 썼다.