저는 톰슨의 전자 발견을 다른 책에서 한 두 줄로 설명한 내용을 여기서 선배톰슨의 소용돌인 이론을 연구하던 중에 질문을 달리한 결과라는데 감명을 받았습니다. 마침 김상욱교수 강연에서 톰슨의 음극선 실험을 동영상으로 보았잖아요. 

(70p) 케임브리지대학교를 중심으로 전자-양성자-중성자로 이어지는 일련의 발견이 이루어지는 가운데 선배 톰슨의 소용돌이 원자 이론은 차츰 그 빛을 잃어갈 수밖에 없었다. 본래 후배 톰슨이 소용돌이 문제를 깊게 다뤘던 이유는 선배의 이론이 원자의 성질을 설명할 수 있지 않을까 하는 바람 때문이었다. 후배 톰순의 관심사는 애초부터 액체 속의 소용돌이 그 자체가 아니라 원자의 본질이었다. 그의 전자 발견 또한 원자의 참모습에 대한 호기심의 연장선상에서 이루어졌다고 볼 수 있다. 다만 선배 톰슨이 바랐던 방향으로 발견이 이루어지지 않았을 따름이다.

(72p) 데모크리토스부터 톰슨에 이르기까지, 과학자들의 호기심을 자극한 문제는 '왜 원자는 안정적인가'였다. 그 안정성의 근원을 톰슨은 매듭 구조 같은 위상수학적인 원인에서 찾으려고 했다. 이제 똑같은 질문을 핵자에 대해서도 할 수 있다. 한번 만들어진 양성자는 아주 오랜 시간이 지나도 계속 양성자로 남아 있다. 원자가 계속 원자로 남아 있는 이유를 헬름홀츠가 발견한 소용돌이의 불변량에서 찾고 싶어했던 게 톰슨이었다면, 스컴은 왜 양성자가 계속 양성자로 남아 있는지 그 이유를 수학적으로 설명하고 싶어했다. 

=> 이제는 전자와 쿼크의 안정성이 문제로 남았다고 합니다. 이들에 근거한 표준모형은 안정성을 전제로 하고 있습니다. 안정성 문제는 여전히 풀리지 않은 셈이죠. 그럼 이런 질문은 어떨까요? 이들이 안정적이지 않다면요? 이렇게 말하면 제가 이들이 하나의 원자를 이루고 있는 것을 부인하는 셈이지요? 여기서 말하는 안정성의 의미를 다시 한 번 짚어보면 어떨까요?  

저는 밀리의 서재를 통해 전자책으로 읽어서 페이지를 적는 게 의미없을 것 같지만 일단 밀리 기준으로 적습니다. 책을 주로 미장원에서 읽거나 설겆이 하며 기계음으로 듣다보니 읽고 흘려 버린지라 부랴부랴 하이라이트 된 부분 찾아서 적는 중입니다.

책이 비유를 통해 아주 쉽게 설명해주는 점은 참 좋은 데, 다만 다른 책을 미리 읽지 않고 이 책으로 여러 내용들을 처음 접했다면 오해하며 엉뚱하게 이해할 부분도 꽤 있겠다는 생각이 들어, 비유를 사용하여 설명하는 방식의 양날의 칼에 대해 다시금 생각해 보게 되네요. 그래도 우리가 직전에 읽은 파울리 배타원리를 다시 한 번 정리해 볼 수 있어 좋았습니다. 그런데 왜 정작 정리된 것이 머리에 남지 않고 휘발된 건지…ㅜㅜ 암튼 질문은 모르겠고 인상깊었던 대목 몇 가지…

(페이지를 모르겠어요)1.  제각각 다른 색깔의 빛을 낸다. 한 물질에서도 여러 가지 다른 색깔의 빛이 나온다. (P.180)

=> 화가들은 이렇게 단순하지 않은 색의 본질에 대해 남보다 더 예민한 감각을 가지고 있는 건가 하는 생각이 드네요. 저는 그림을 조금이라도 그려보려 맘 먹은 후에야 비로소 그림자에도 다양한 색깔이 있다는 걸 처음으로 알았는데…

98p2. 전자의 배타성은 세상을 금속과 비금속으로 구분해, 물질세계에 질서를 부여해주었다. (P.186)

=> 전자의 배타성이 우리 세계의 질서를 만든 토대의 하나라는 점을 다시 한 번 생각해 보게 되네요. 

<99p>3. 잉크 방울은 유리잔 전체에 퍼져 있다. 이와 비슷하게 물질 속의 전자 하나하나는 이미 물질 전체에 퍼져 있다. (P.188)

=> 물질의 파동성에 대해 많이 들어왔지만 물질 전체에 퍼져있는 성질이란 것에 깊이 주목해보지 않았는데, 이 문장을 대하면서 새삼스럽게 주목하게 되네요. 어디든 동시에 존재하는 성질인 파동성이라는 성질이 참 흥미로운데, 기독교에서 소위 신의 속성 중 하나로 지목한 것이 ‘omnipresent’, ‘ubiquitous’라는 점을 떠올려보면 파동성이야말로 우리가 신적인 존재가 갖는 초월적 속성이라고 여겼던 그것이라는 생각도 드네요. 파동님이라고 불러드려야 할까요?^^

86p4. 그러나 막상 그의 일생일대의 발견이라고 할 만한 배타원리는 그의 수학 실력을 전혀 필요로 하지 않았던 성과였다. 오히려 그 당시 널리 알려졌던 실험 결과 더미 속에서 자연의 비밀을 찾으려고 고심하다가 우연히 거둔, 철저히 직관에 의존한 성취에 가깝다. (P.166)

=> 뭔가 좀 동의가 안되는 결론이네요. 일단 수학이 직관과 동떨어져 있는 듯한 뉘앙스의 묘사에 동의하기 어렵네요. 많은 수학자들에게 있어 절차적 논증에 앞서 직관이 먼저 다가왔던 것으로 알려져 있지 않나요? 그리고 말빨에 지나지 않을 수도 있던 배타원리가 과학계에 진지하게 받아들여진 이유는…그것을 수학적 언어로 유려하게 기술해 낸 파울리의 수학 실력이 가장 큰 설득의 요소였다고 여겨지기 때문입니다. 뭔가 좀 뻔한 관점의 논리적인 비약이 느껴지는 대목이라 여겨지기도.

36p 5. 플라톤은 기본 삼각형과 사각형이 서로 충돌하고 자리바꿈하면서 물질이 변화한다고 했다. 이젠 그 기본 도형이 쿼크와 전자와 빛 알갱이들로 바뀌었지만, 소립자들 사이의 충돌과 상호작용을 통해 물질의 변화를 이해한다는 틀 자체는 플라톤이 상정했던 그림에서 크게 벗어나지 않는다. (p.88)

=> 물질의 변화에 있어 근본적인 요소가 소립자들 사이의 충돌과 상호작용이라는 점이 참 기묘하네요. 부딪히고 깨지고 서로 영향을 주고 받는 이 단순한 것이 세상을 이루는 바탕 원리의 전부라니. ‘충돌’을 단지 피해 가야할 부정적인 그 무엇 정도로만 보았던 나의 인식에 대해 다시금 돌아보게 되네요. 양자역학을 공부하며 배워가는 사실 중 하나는 앎이란 ‘부딪힘’ 혹은 ‘저항’이라는 작용이 매개가 되어 나오는 결과물이란 점입니다. 앎은 부딪힘이다. 혹은 부딪힘이 있어야 배운다…라고 할 수 있을까요?

1. 복잡한 것만 모르는 것이 아니라 저는 간단한 숫자를 세는 데에도 다른 사람과는 다른 구조를 가지고 있는 것이 아닌가 하는 의심을 하게 되었습니다. P99 에 나오는 마디의 수를 세는 방법을 가르쳐 주세요...

"물리학을 좀 더 매력적으로 이해하는 관점은 '운동방정식 풀이'보다는 '불변량에 대한 탐색'일 것이다(...)똑같은 물살의 운동을 에너지 보존 관점에서 해석하기 시작하면 금세 계곡의 모양새와 관계없는 보편적인 원리가 드러난다(..)다시 말하면 위치에너지와 운동에너지를 합한 양, 총 에너지는 시간이 흘러도 바뀌지 않는 불변량이다(...)헬름홀츠가 소용돌이 운동에서 발견한 순환수는 자연현상이 지니고 있던 새로운 종류의 불변량이었다."(57-60p)

원자에 대한 탐구를 그동안 제대로 조명받지 못한 이론을 바탕으로 새롭게 보여주는 저자의 서술 방식이 흥미로운 것 같습니다. 사실 이론의 사실성의 유무와는 관계없이 결론을 도출하는 방법론적인 과정과 아이디어 자체에서 학문적인 가치가 더 발견될 수 있는 경우도 있는데, 이 경우가 그러한 경우 같습니다. 추론의 과정과 이를 중심으로 생겨나는 새로운 발상들이 (인정받지 못했을지언정)과학적으로 충분히 가치가 있다고 느꼈습니다. 어쩌면 그 반대(?), 즉, 인정은 받았지만 과정이 조금은 김빠지는 경우가 파울리의 배타원리 아닐까요? 어쨌거나 접근은 흥미롭지만 검증에 실패한 경우, 검증은 되었지만 접근은 다소 황당한 경우 등, 과정의 의미에 대해서 생각해 볼 수 있었습니다.

더불어서 '불변량에 대한 탐색'이 결국 고대 그리스로 부터 이어져온 과학적 탐구의 본질을 꿰뚫고 있는 것 같습니다. 원자라는 개념이 나오게 된 계기 자체도 '변화 속에서도 불변하는 것'을 찾으려다 제시된 것이었고, 그것이 '기본'입자라는 생각까지 이어지게 되었으니, '기본적'인(따라서 보편적인) 원리를 찾으려는 이론으로서의 과학이라는 학문자체가 이 말과 일백상통하는 것 아닌지, 다른 분들 생각을 듣고 싶습니다.