“세상은 물리학 법칙이 만든 아름다운 예술작품”

[따끈따끈 새책] ‘뷰티풀 퀘스천’…세상에 숨겨진 아름다움의 과학

과학의 원리를 알면 세상은 우연의 부조화가 아니라, 필연의 아름다움으로 수렴된다. 각본에 짜 맞춘 듯한 ‘예쁜 그림’이 과학을 통해 구현되고 있다는 것이다. 저자는 이 세계가 태생적으로 가진 아름다움의 근원이 무엇인지 과학의 역사를 통해 밝혀낸다.

이를 위해 2500년 전 숫자에서 우주의 질서를 찾은 피타고라스, 천체의 신비를 직접 눈으로 확인한 갈릴레이, 만물의 운동을 하나의 역학법칙으로 통일한 뉴턴, 고전 전자기학을 완성한 맥스웰, 현대 물리학의 새로운 지평을 연 아인슈타인 등의 과학이론을 통해 이 세계가 본질적으로 아름다운 존재라는 사실을 추적한다.

저자의 얘기를 따라가면 이 세계는 하나의 예술작품이 되는 셈이다. 저자는 대칭과 경제성이라는 두 가지 대원칙에서 세계의 미학을 설명한다.

자연은 조화와 균형 속에서 절묘한 비율을 통해 존재하고(대칭), 최소한의 방법으로 최대한의 효과를 발생시키고 있다(경제성)는 것이다.

피타고라스는 ‘이 세계는 정수로 이뤄져 있다’(이 논리는 깨졌지만)는 믿음으로 수에서 아름다움을 발견했다. 진동하는 부위에 따라 음 높낮이가 달라지며 줄에 가해지는 장력이 간단한 정수를 이룰 때 좋은 화음이 발생한다.

소리의 원천은 결국 진동하는 끈이며 진동은 주기적인 운동을 의미하는데, 이는 태양을 비롯한 행성들의 주기운동과 동일하다. 결국 지구상의 어떤 악기가 만들어내는 소리는 ‘우주의 음악’인 셈이다.

저자는 “조화로운 수학적 비율로 만들어진 화성을 인간은 본능적으로 아름답다고 인지한다”고 설명했다.

대칭은 원처럼 ‘변화없는 변화’를 의미한다. 플라톤의 ‘대칭을 통해 자연을 추적한다’는 발상은 향후 2000년 동안 과학, 특히 물리학의 발전을 견인했다.

빛이 곧 전자기파라는 사실을 증명한 맥스웰 이후 자연에 숨어있는 가장 아름다운 원리로 대칭이 사용됐다. 아인슈타인은 시공간에 다른 속도를 더해도 물리법칙이 변하지 않는 국소대칭을 입증했고 에미 뇌터는 물리법칙이 대칭적이기 위해서는 그에 대응하는 보존량이 존재하며 그것이 곧 에너지라는 사실(에너지보존법칙)을 밝혀냈다.

저자는 “이 세계는 물리학 법칙을 따르며 그 법칙은 아름다움을 내포하고 있다”며 “자연의 한 부분인 우리 역시 하나의 놀라운 예술작품이어서 이 세계에 찬란한 빛으로 머물다 사라질 것”이라고 말했다.

◇뷰티풀 퀘스천=프랭크 윌첵 지음. 박병철 옮김. 흐름출판 펴냄. 552쪽/2만5000원.