빛과 수의 시대 2 - 전기·자기·양자로 다시 쓴 우주의 법칙

빛과 수를 중심으로 물리학과 수학이 어떻게 서로 영향을 주고받으며 발전해 왔는지를 따라간다. 물리학 박사이자 과학 커뮤니케이터 고의관이 집필한 『빛과 수의 시대』는 미적분을 축으로 고전역학에서 양자역학과 상대성이론에 이르기까지 사유의 흐름을 입체적으로 재구성한다. 다양한 수식과 그림, 질문을 통해 비전공자도 따라갈 수 있는 개념사로 풀어낸다.



아르키메데스부터 뉴턴과 라이프니츠, 맥스웰과 볼츠만, 아인슈타인과 보어에 이르기까지 과학사와 수학사의 주요 인물과 논쟁을 한 흐름 안에서 연결한다. 면적과 무한, 확률과 엔트로피, 장과 정보 같은 개념이 어떻게 등장하고 발전했는지를 역사적·철학적 맥락 속에서 설명한다. 물리학과 수학이 만나는 지점에서 현대 과학의 세계상이 형성되는 과정을 보여준다.



미적분의 탄생이 두 학문의 도약을 이끌었듯, 인간의 사고가 어떻게 세계를 이해해 왔는지를 추적한다. 정리와 증명의 나열을 넘어 사고실험과 사례를 통해 독자가 직접 생각의 과정을 따라가도록 이끌며, 빛과 수가 이루는 질서를 통해 세계를 새롭게 바라보게 하는 과학 교양서다.



물리학과 수학의 위대한 거인들이 구축해온 생각의 흐름!

‘빛’과 ‘수’는 우리의 세계관을 어떻게 바꾸었을까?

미적분으로 바라보는 물리학과 수학의 역사가 펼쳐진다!



20세기 과학을 입자와 직선의 언어에서 곡선과 장(場)의 언어로 바꾸어 놓은 힘은 무엇이었을까. 물리학 박사이자 유투브 ‘고인돌의 빛과 수 이야기’ 운영자 고의관 작가가 4년간 집필한 『빛과 수의 시대』는 빛, 시간, 수, 엔트로피, 확률, 양자, 장과 같은 현대 과학의 핵심 개념들을 따라가며, 물리학과 수학이 서로에게 시너지를 제공한 과정을 다양한 수식과 그림으로 추적한다. 저자는 그간의 연구와 집필 경험을 바탕으로, 유튜브 채널을 통해 대중과의 소통을 시작하며 과학 커뮤니케이터로서 접점을 넓혀가고 있다.



저자는 고전역학에서 미적분의 탄생, 뉴턴과 라이프니츠의 계산법, 갈릴레이의 사고실험에서 출발해, 양자역학과 상대성이론에 이르기까지, 과학사·수학사 연구에서 축적된 방대한 문헌을 토대로 사유의 계보를 재구성한다. “왜 이런 생각이 필요했는가?”, “이 개념은 어떤 문제를 해결하려 했는가?”라는 물음이 서사의 중심을 이뤄, 비전공 독자도 따라갈 수 있는 입체적인 ‘개념사’로 읽히게 한다.



1권은 미적분, 기하와 역학, 무한과 연속, 확률 등의 전개를 중심으로, 17~19세기 유럽 수학·물리학의 논쟁과 돌파들을 다룬다. 아르키메데스에서 카발리에리, 뉴턴과 라이프니츠에 이르기까지, ‘면적을 재는 법’ ‘무한급수’ ‘연속과 끊김’ ‘난수와 규칙’ 같은 테마 아래 서로 다른 시대의 생각들이 한 장면 안에서 조우한다.



2권은 확률과 통계, 양자역학과 상대성이론, 원자와 전자, 장과 정보, 자발성·무질서·대칭 등의 개념이 뒤엉키며 새로운 과학적 세계상이 형성되는 19세기 말 이후를 다룬다. 맥스웰과 볼츠만, 아인슈타인과 보어, 하이젠베르크와 디랙, 슈뢰딩거와 파인만, 그리고 리만 가설과 소수의 분포를 둘러싼 수학자들의 사유가 서로 호응하며, “빛과 수가 만나는 자리”에서 현대 과학의 풍경이 그려진다.



저자는 논문 원문과 학자들의 서신, 교과서와 강의록, 최신 연구서까지 촘촘히 읽어낸 뒤, 각 개념이 등장할 수밖에 없었던 역사적·철학적 배경을 친절하게 복원한다. 딱딱한 정리와 증명을 나열하기보다, 사고실험과 작은 예시, 독자에게 던지는 질문을 통해, 독자가 직접 생각의 실험실에 들어가 보게 만드는 것이 이 책의 가장 큰 미덕이다.



오랫동안 떨어져 있던 물리학과 수학이 함께 손잡고 미적분의 탄생을 도모하면서 두 학문은 폭발적으로 성장하는 계기가 되었다. 미적분을 장착한 수학은 벡터와 미분기하학 그리고 행렬 등 다양한 이론을 탄생시켰고, 2,000년간 지지부진하게 정체기를 걸었던 물리학 역시 미적분의 도움으로 전자기학, 열역학 등 자연의 여러 비밀을 밝히는 이론을 만들어낼 수 있었다.



그러던 두 학문은 아인슈타인의 휘어진 공간을 해석함에 있어 미분기하학이라는 수학의 도움으로 중력의 근원적인 본질을 밝혀낸 일반 상대성 이론을 완성시킬 수 있었다. 이후 물리학은 수학 분야 행렬의 도움을 받아 양자세계를 설명하는 하이젠베르크의 행렬역학을 탄생시켰다.



이처럼 미적분이 광범위하게 사용되어온 이유는 수천 년간 축적된 인간의 지혜가 보여주는 최고의 정신적 산물이기 때문이다. 이 책을 통해 우리는 앞선 시대의 거인들이 물리학과 수학에서 이뤄낸 업적을 찬찬히 따라가며, 눈앞의 세상을 지배하는 빛과 수의 질서를 한층 또렷하게 마주하게 된다.



*2권 각 장의 내용



<14부 파인만의 잃어버린 강의>는 오래 묵혀두었던 행성이 타원 궤도라는 사실을 미적분과 뉴턴의 중력 법칙이 지닌 아주 기본적인 사실만을 가지고 마법처럼 해결하는 천재 물리학자 파인만의 기법의 도움을 받아 입증한다.

<15부 전기와 자기의 원리>는 실험으로 밝혀진 전기와 자기의 여러 현상과 특히 실험의 제왕으로 군림하게 된 패러데이의 전자기 유도 등 전기와 자기의 성질에 대해 살펴본다.

<16부 맥스웰 방정식>에서는 이와 같은 전자기 현상을 수학의 언어로 구현하기 위해 상상이 가능한 모형으로 전자기 현상을 구체화하여 전자기의 모든 현상들의 설명이 가능한 4개의 방정식을 이끌어낸 천재 맥스웰의 뇌를 들여다본다.

<17부 상대론에 관하여>는 아인슈타인이 전 우주의 현상을 시간과 공간이라는 매개체로 해석한 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 다룬다.

<18부 우주의 운동을 결정하는 엔트로피>는 자연계에서 일어나는 모든 변화의 방향을 결정한다는 엔트로피에 대해 열역학적 관점과 특히 양자 시대의 개막에 커다란 밑거름이 된 볼츠만의 해석을 비교하면서 엔트로피의 의미를 들여다본다.

<19부 양자의 시대>는 플랑크가 열어젖힌 양자의 세계에서 보이는 기이한 현상과 이를 모형화하여 해석하기 위한 여러 물리학자들의 분투를 그려낸다

<20부 솔베이 전쟁>은 양자 현상을 하나의 이론으로 묶은 하이젠 베르크의 행렬역학과 슈뢰딩거의 파동역학, 그리고 체계가 잡히지 않아 실타래처럼 얽힌 여러 양자역학의 해석을 정리하여 체계를 잡은 코펜하겐 해석을 둘러싼 보어와 아인슈타인의 논쟁을 통해 양자 역학의 개념을 이해해본다.