하늘과 바람과 별과 인간 원자에서 인간까지 (2023)

책소개

 

화학, 화학에서 생물학, 그리고 다시 인문학으로 확장해간 김상욱의 지적 세계를 이 한 권을 통해 총체적으로 만나볼 수 있다

〈알쓸인잡〉의 다정한 물리학자 김상욱이 단독 저서로는 5년 만에 신간으로 돌아왔다. 이번에는 물리학의 경계를 뛰어넘어 원자에서 인간까지 세상 모든 존재들에 대해 이야기한다. 저자는 기본 입자와 원자에서 시작해 존재의 층위들을 하나하나 밟아가며 물질과 생명, 더 나아가 우주와 인간이 어떻게 서로 얽혀 있는지 조망하고 차갑게만 느껴지던 우주가 물리학자의 시선 속에서 얼마나 따뜻할 수 있는지 보여준다. 세상을 이해하고 싶었던 한 소년의 호기심이 물리학에서 

목차

들어가는 글
하늘, 바람, 별, 그리고 인간. 존재하는 모든 것을 이해하고 싶었다

1 원자는 어떻게 만물이 되는가

1장 사물의 본성에 관하여 ─ 만물을 구성하는 원자의 비밀
2장 내 이름은 원자 ─ 원자의 프로필
3장 물질을 만드는 세 가지 방법 ─ 원자는 어떻게 만물이 되는가
물리학자에게 신이란 ─ 인간이 함께 살기 위해 만든 최고의 상상력

2 별은 어떻게 우리가 되는가

4장 물리학의 관점으로 본 지구 ─ 지구에 존재하는 대부분의 만물
5장 핵과 별 그리고 에너지의 근원 ─ 지구 에너지의 근원을 찾아서
6장 기본 입자가 빚어내는 우주의 신비 ─ 가장 작은 것은 가장 큰 것과 통한다?
물리학자에게 죽음이란 ─ 우주는 죽음으로 충만하고 우리는 원자로 영생한다

3 생명, 우주에서 피어난 경이로운 우연

7장 생물은 화학 기계다 ─ 물리학자의 눈으로 본 생명의 화학
8장 생물은 정보 처리 기계인가 ─ 사람은 사람을 낳고, 고양이는 고양이를 낳는 이유
9장 최초의 생명체와 진화 ─ 변화의 누적이 만든 기적
10장 다세포 생물에서 인간까지 ─ 지구상 생물의 장대한 역사
물리학자에게 사랑이란 ─ 필연의 우주와 궁극의 우연

4 느낌을 넘어 상상으로

11장 우리는 어떻게 호모 사피엔스가 되었는가 ─ 물리학자가 본 호모 사피엔스의 특성
12장 나는 존재한다, 더구나 생각도 한다 ─ 정보란 무엇인가
13장 느낌과 상상, 인간을 특별하게 만드는 것들 ─ 느낌에서 상상 그리고 문화로

저자 소개

저 : 김상욱

경희대학교 물리학과 교수. 예술을 사랑하고 미술관을 즐겨 찾는 ‘다정한 물리학자’. 카이스트에서 물리학으로 박사학위를 받았고, 독일 막스플랑크연구소 연구원, 도쿄대학교와 인스부르크대학교 방문교수 등을 역임했다. 주로 양자과학, 정보물리를 연구하며 70여 편의 SCI 논문을 게재했다. tvN [알쓸신잡 시즌 3], [금요일 금요일 밤에] 등에 출연했고, [동아일보], [경향신문] 등에 연재를 했으며, 아시아태평양..

 

 

“존재하지 않는 것에는 이유가 필요 없다.
하지만 존재하는 것에는 이유가 필요하다.
이유를 아는 것은 이치를 아는 것이라 할만하다.
존재하는 것을 ‘물’이라 하면, 존재의 이유는 사물의 이치이고,
우리는 이것을 ‘물리’라 부른다.”
세상에 존재하는 모든 것들을 이해하고 싶었던 한 소년이 있었습니다. 호기심이 많던 소년은 고등학생 시절 『양자역학의 세계』란 책을 읽으며 의문에 대한 해결이 물리학과에 있다고 생각합니다. 물리학과에 진학한 그는 물리학자가 됩니다. 세상의 모든 존재를 이해하고 싶었던 이 소년은 ‘다정한 물리학자’로 널리 알려진 김상욱 교수입니다. 김상욱 교수가 신간 『하늘과 바람과 별과 인간』으로 5년 만에 독자들을 찾아왔습니다. 이번 책의 제목은 윤동주 시인의 유고 시집 ‘하늘과 바람과 별과 시’에서 영감을 받았다고 합니다. 저자에게 하늘은 우주와 법칙, 바람은 시간과 공간, 별은 물질과 에너지로 다가온다고 합니다. 즉, 하늘과 바람과 별은 물리적으로 존재하는 모든 것입니다. 존재하는 모든 것을 이해하고 싶은 호기심 많은 소년의 마음이 느껴지는 제목입니다.

"세상 만물은 원자로 되어 있다. 세상 모든 것을 원자로 환원할 수는 없지만 원자는 세상이 왜 이런 모습인지 알려준다."
우주에서 가장 많은 원자는 수소입니다. 발을 딛고 있는 땅에는 산소 원자가 가장 많습니다. 수소와 산소가 결합한 것이 물이고, 수소, 산소 원자에 탄소와 질소 원자를 더하면 우리 몸을 이루는 원자의 97%가 넘습니다. 원자는 인간이 간접적으로나마 느낄 수 있고, 우리가 지각할 수 있는 모든 물질과 직접적으로 관련되어 있습니다. 그래서 "만물은 원자로 되어 있다"라고 말해도 큰 무리는 없습니다. 물리학의 시작은 원자입니다. 물리학자가 보는 모든 이야기의 시작점 역시 원자입니다. 원자는 '원자에서 분자로, 분자에서 생명으로, 생명에서 인간으로, 인간에서 사회로' 연결되는 시작점입니다. 고로 원자에 대한 이해는 세상 존재에 대한 이해로 연결됩니다.

세상을 이해하기 위한 물리학자의 좌충우돌 여행기
세상 만물이 원자로 되어 있다면, 세상을 이해하는 데 물리학만 있으면 될까요? 김상욱 교수는 오히려 물리학의 경계를 넘어야 한다고 말합니다. 원자, 분자, 생물, 인간, 지구와 태양, 우주까지 세상은 다양한 층위로 구성되어 있습니다. 각 층위는 자기만의 특성을 가지기 때문에 상위 층위의 특성을 이해한다고 해도 하위 층위를 이해하지 못합니다. 하위 층위를 모두 이해한다 한들 전체를 이해할 수도 없습니다. 각 층위는 오를 때마다 새로운 특성들이 창발됩니다. 그렇기에 물리학에서 화학으로, 화학에서 생물학으로, 생물학에서 인문학으로 경계를 확장해나가야 층위 전체에 대한 이해를 한 층씩 쌓을 수 있으며, 세상을 이해할 수 있습니다.
이 책은 세상을 이해하기 위해 경계를 넘은 물리학자의 여행기입니다. 원자에서 시작해 존재의 층위들이 서로 얽혀 있는지 조망하고, 우주에서 피어난 다양한 존재들에 대해 따뜻한 시선을 건냅니다. 원자에서 인간까지, 물리학에서 인문학까지 세상을 이해하기 위한 김상욱 교수의 지적 세계로 여러분을 초대합니다.

 

책 속으로

‘나’라는 원자들의 ‘집합’은 죽음과 함께 사라지겠지만, 나를 이루던 원자들은 다른 ‘집합’의 부분이 될 것이다. 이렇게 우리는 우주의 일부가 되어 영원불멸한다.
---「1장 사물의 본성에 관하여 48쪽」중에서

세상 만물은 원자로 되어 있다. 세상 모든 것을 원자로 환원할 수는 없지만 원자는 세상이 왜 이런 모습인지 알려준다.
---「2장 내 이름은 원자 72쪽」중에서

결국 우리는 층위에 따라 다른 법칙을 적용하는 것이 최선이라는 결론에 도달한다. 많은 것은 다르다.
---「3장 물질을 만드는 세 가지 방법 99쪽」중에서

우리는 죽으면 흙으로, 즉 지구로 돌아간다. 이것은 시적인 표현이 아니라 과학적 사실이다. 이렇게 만물은 원자로 되어 있다.
---「4장 물리학의 관점으로 본 지구 144쪽」중에서

우리 몸을 이루는 원자핵은 변하지 않는 물질의 토대가 되지만, 별의 원자핵은 쪼개지고 합쳐지며 우주를 움직이는 에너지를 만들어낸다. 어떤 원자핵의 희생으로 만들어진 에너지는 또 다른 원자핵으로 만들어진 물질들의 움직임을 추동한다. 이렇게 우주는 원자들로 이루어진 하나의 거대한 유기체와 같다.
---「5장 핵과 별 그리고 에너지의 근원 166쪽」중에서

원자를 이해하자 인류 문명의 모습 자체가 바뀌게 된다. 19세기에는 존재하지 않았던 컴퓨터, TV, 플라스틱, 스마트폰, 인터넷, 형광등, 합성 섬유, 항생제, 인공위성, 생명 공학 기술 등이 20세기에 나타난 것은 20세기 초 인간이 원자를 이해했기 때문이다.
---「6장 기본 입자가 빚어내는 우주의 신비 190쪽」중에서

지금까지 살펴봤듯이 호흡으로 에너지를 만드는 과정은 연쇄 화학 반응에 불과하다. 우리는 화학 반응이 이렇게 순차적으로 일어나는 것을 살아 있다고 말한다. 생명에 쓰이는 원자는 무생물에 쓰이는 원자와 동일하다. 생명은 원자로 만들어진 화학 기계다.
---「7장 생물은 화학 기계다 228쪽」중에서

생물학의 중심 원리를 알아내는 데에 물리학자들이 지대한 공헌을 했다는 사실은 널리 알려져 있지 않다. 1953년 4월 25일 DNA 구조에 대한 논문이 《네이처》에 발표되었다. 같은 해 7월 왓슨과 크릭은 조지 가모프라는 물리학자의 편지를 받는다. 가모프는 DNA를 구성하는 4개의 염기를 4비트의 문자열로 볼 수 있으며 정수론이나 조합론 같은 수학을 이용하면 생명의 암호를 알아낼 수 있을 것이라 제안했다.
---「8장 생물은 정보 처리 기계인가 256쪽」중에서

오류를 포함한 복제가 존재한다면 진화는 필연이다. 여기에 어떤 의도나 목적은 없다. 좋은 것이 좋은 결과를 내고, 많은 것이 많다는 당연한 말을 하는 것뿐이다. 물리학자에게 진화는 그냥 당연한 이야기다. 원래 위대한 아이디어는 알고 나면 당연하다.
---「9장 최초의 생명체와 진화 268쪽」중에서

더욱더 나쁜 것은 인간의 활동으로 지구의 평균 온도가 높아지고 있다. 이런 기후 변화는 생태계를 훨씬 극적으로 교란할 가능성이 크다. 물론 생물은 새로운 환경에 적응할 것이다. 하지만 대멸종이 일어날 때, 최상위 포식자는 언제나 멸종했다. 참고로 지금 최상위 포식자는 인간이다.
---「10장 다세포 생물에서 인간까지 304쪽」중에서

인지 혁명과 허구를 믿는 능력에 대한 이야기는 물리학자에게 대단히 흥미롭다. 물리는 기본적으로 물질에 기초하여 세상을 이해하려고 노력한다. 유물론적이란 뜻이다. 모든 물리량은 직접 측정이 가능하고 정량적으로 다룰 수 있다. 사랑, 정의, 도덕 같은 개념과 비교하면 위치, 속도, 질량, 에너지, 전하 같은 물리량이 얼마나 물질적인지 알 수 있다. 인간은 인지 혁명을 통해 물리학이 미치지 못하는 허구의 영역을 만들었다. 허구는 인간이 사회를 이루고 문명을 건설하는 토대가 된다.
---「11장 우리는 어떻게 호모 사피엔스가 되었는가 330쪽」중에서

의식이 무엇인지, 생각이 무엇인지 아직 알지 못한다. 하지만 의식과 생각이 존재하도록 하는 과정에서 의미는 필요 없다. 정보 과학이 알아낸 놀라운 결론이다.

---「12장 나는 존재한다, 더구나 생각도 한다 360쪽」중에서

 

출판사 리뷰

물리학자 김상욱이 전하는
세상 모든 존재들에 대한 이야기

“이 책은 세상을 이해하기 위해 경계를 넘은 좌충우돌 여행기이자, 세상 모든 것에 대해 알고 싶은 사람을 위한 지도책입니다.” ─ 김상욱

하늘과 바람과 별 그리고 인간,
물리학자 김상욱이 바라본 우주와 인간

5년간의 작업을 통해서 돌아온 다정한 물리학자 김상욱이 과학의 언어를 통해 세상 모든 존재들에 대한 이야기를 들려준다. 윤동주 시인의 시집에서 영감을 받은 이 책의 제목 ‘하늘과 바람과 별과 인간’은 존재하는 모든 것을 이해하고 싶었던 저자의 마음을 담고 있다. 저자에게 하늘은 우주와 법칙을, 바람은 시간과 공간을, 별은 물질과 에너지로 다가온다고 한다. 여기에 인간을 더한 ‘하늘과 바람과 별과 인간’은 물리학자 김상욱이 이 책에서 다루고자 하는 모든 대상들을 포괄한다. 저자는 에두르지 않고 원자에서 시작해, 원자에서 분자로, 분자에서 물질로, 다시 물질에서 생명으로, 그리고 생명에서 인간으로 존재의 층위를 오르며 평소 그가 말하는 “모든 것은 원자로 되어 있다”라는 말의 의미가 무엇인지 세밀히 그려나간다. 물리학자의 시각으로 이 담대한 여정을 안내하지만 모든 것을 물리로 환원할 수 있다는 물리제국주의적 태도는 아니다. 오히려 그는 세상 모든 것을 이해하기 위해 물리학을 넘어서야 할 필요가 있다고 말한다. 왜냐하면 각 층위를 오를 때마다 존재의 새로운 특성들이 창발하기 때문이다. 이는 전체가 부분의 합일 수 없는 이유이기도 하다. 저자는 필연의 우주에서 피어난 다양한 존재들의 가치를 긍정하며 세상에 존재하는 모든 것들에 대해 따뜻한 시선을 건낸다.

원자에서 인간까지,
한 권으로 관통하는 삶과 과학의 향연

저자는 세상을 이해하고 싶어 물리학자가 됐지만, 오랜 공부 끝에 도달한 결론은 세상을 이해하려면 물리를 넘어 다양한 학문이 필요하다는 것이었다고 한다. 물리와 우주는 인간적이지 않고, 오히려 인간을 배제해야 더 잘 이해할 수 있다. 이는 역으로 인간을 이해하기 위해서는 물리와는 완전히 다른 방법이 필요하다는 말이다. 저자는 물리학에서 화학으로, 화학에서 다시 생물학으로, 그리고 생물학에서 인간학으로 다시 경계를 확장하며 물리학자의 관점에서 세상을 이해한다는 것이 무엇인지 독자들에게 이야기를 들려준다. 이 책은 세상을 이해하기 위해 경계를 넘은 물리학자의 좌충우돌 여행기이자, 세상 모든 것에 대해 알고 싶은 사람을 위한 지도책이다.

물리학자가 본 세상은 원자와 분자의 차가운 운동으로만 가득할 듯하다. 하지만 김상욱이 과학의 언어로 그리는 세상은 그렇지 않다. 이 책은 인간적이지 않은 원자에서 출발하지만, 원자가 별, 지구, 생명, 그리고 우리와 어떤 관계를 맺고 있는지 다각도로 드러내면서 세상을 보는 새로운 관점과 때로는 위안을 전한다. 저자는 원자의 관점에서 본 죽음에 대해 다음과 같이 말한다. “죽음이란 원자의 소멸이 아니라 원자의 재배열이다. 내가 죽어도 내 몸을 이루는 원자들은 흩어져 다른 것의 일부가 된다. ‘인간은 흙에서 와서 흙으로 돌아간다’라는 말은 아름다운 은유가 아니라 과학적 사실이다. 이렇게 우리는 원자를 통해 영원히 존재한다.” 인간의 가장 근본적인 문제인 죽음에 대해 이보다 멋지게 과학의 언어로 표현할 수 있을까? 원자에서 인간까지 김상욱이 안내하는 존재의 그물을 따라가다 보면 마치 과학이 삶 속에서 춤을 추듯 이런 표현들이 단지 수사에 그치지 않는다는 것을 알 수 있다.

새로운 시대의 새로운 교양
김상욱과 함께라면 과학도 이제 교양이 된다

과학은 왜 교양이 될 수 없을까. 이는 저자가 가지고 있는 문제의식 중 하나이며 대중과 활발하게 소통하는 주된 이유기도 하다. 저자는 과학이 이제 전문가에게만 한정할 수 없는, 민주 시민이 알아야 할 필수 지식이라고 강조한다. 챗GPT의 충격 등 과학 기술이 사회 변혁을 이끄는 시대, 시민의 올바른 판단을 위해서는 과학 지식이 필수적이기 때문이다. 이 책은 세상을 이해하기 위해 경계를 넘어 세상을 모든 것을 이해하고자 했던 한 개인의 노력인 동시에 물리학, 화학, 생물학, 뇌과학, 정보 과학 등 현대 과학이 도달한 거의 모든 지점을 종합하고 있다는 점에서 물리학자 김상욱이 우리 시대에 제안하는 새로운 교양이기도 하다. 익히 알려진 저자의 친절한 안내는 물론 현대 과학의 거의 모든 지식을 전하고 있다는 점에서 『하늘과 바람과 별과 인간』은 지금을 살아가는 모두를 위한 과학 교양서라고 할 수 있다.