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공식의 아름다움 - 원자폭탄에서 비트코인까지 세상을 바꾼 절대 공식
양자학파 지음, 김지혜 옮김, 강미경 감수 / 미디어숲 / 2021년 11월
평점 :
공식의 아름다움
이 책은?
이 책 『공식의 아름다움』은 <원자폭탄에서 비트코인까지 세상을 바꾼 절대 공식>을 소개하고 있다.
저자는 양자학파 편저다.
<양자학파는 자연 과학(수학, 과학 및 철학)분야에 중점을 둔 교육 플랫폼이다. 공식 계정인 『양자학파』는 100,000개 이상의 자연과학 관련 글을 게시하며 중국 국내에서 가장 인기 있는 10대 과학 교육 플랫폼 중 하나로 꼽힌다.>
특이한 것은 양자학파의 설립자인 나금해는 소설 『삼체』(휴고상 수상작)의 서문을 썼는데, 그가 서문을 쓴 소설, 류츠신이 쓴 『삼체』를 읽은 적이 있다.
이 책에서도 공식의 하나로 ‘삼체’를 소개하고 있다. (398쪽 이하)
‘
이 책의 내용은?
<이 책은 인류에게 가장 보편적이고, 가장 진지하며, 가장 실용적인 23개 공식을 통해 천재들이 자연과 사회의 찬란한 역사를 어떻게 탐구했는지를 보여 준다.>
23개 공식은 그 이름만 들어도 그 공식들이 어떤 힘을 가지고 인간 문화를 발전시켜 왔는지를 알 수 있을 것이다. 설령 이 책을 읽지 않더라도 그런 공식이 어떤 것인지 알아둘 필요가 있다고 생각되어 그 공식들을 여기에 소개한다.
1+1=2 : 수학의 기원
피타고라스 정리 : 수와 형의 결합
페르마 정리 : 인간을 괴롭힌 358년
뉴턴-라이프니츠 공식 : 무한소의 비밀
만유인력 : 혼돈에서 광명으로
오일러 공식 : 가장 아름다운 공식
갈루아 이론 : 풀리지 않는 방정식
위험한 리만 가설
엔트로피 증가의 법칙 : 소멸은 우주의 숙명인가?
맥스웰 방정식 : 어둠이 사라지다
질량 에너지 방정식 : 판도라의 마법을 여는 상자
슈뢰딩거 방정식 : 고양이와 양자 세계
디랙 방정식 : 반물질의 예언자
양-밀스 이론 : 대통일의 길
섀넌 공식 : 5G의 배후
블랙-숄즈 방정식 : 금융 주술
총기 : 탄도에 숨은 ‘기술 철학’
후크의 법칙 : 기계 시계의 심장
카오스 이론 : 나비 한 마리가 일으키는 사고
켈리 공식 : 카지노의 최대 승자
베이즈 정리 : AI는 어떻게 사고하나?
삼체문제 : 떠나지 않는 먹구름
타원 곡선 방정식 : 비트코인의 초석
1+1=2도 공식인가?
맨처음 공식인 1+1=2를 읽고, 그것도 공식인가, 하고 의아해 하는 것 당연하다.
나도 그랬으니까. 그래서 그 부분을 건너 뛰려다가 그래도 하는 마음으로 읽어보았다.
그게 공식? 맞다. 엄연한 공식이다. 수학의 아주 기본적인 공식, 아니 우리가 세상을 이해하는 가장 근본적인 공식이라고 해도 무방할 것이다.
우리는 하나 더하기 하나는 둘이라는 것, 이미 알고 있다.
우리가 읽었던 <에디슨 전기>에서는 에디슨이 하나 더하기 하나는 왜 둘이 되냐고 선생님에게 물었다가 선생님으로부터 문제아라는 소리를 들었다는 이야기는 알고 있지만, 실제 그것에 대하여 의문을 갖는 사람은 아마 아무도 없을 것이다.
그런데 그것을 공식화되기 위해 무려 다섯 가지나 되는 공리가 필요하다는 것, 이 책에서 알게 되었다. 바로 ‘페아노 공리’
그중 세 개만 소개한다. 나머지 두 개는 무엇일지 생각해보시라.
공리 1, 1은 자연수이다.
공리 2, 정해진 자연수 a 마다 a′ (에이 다시)가 있다.
공리 3, 1은 어떤 수의 따름수가 아니다. (20쪽)
볼테르는 어떻게 뉴턴을 알게 되었는가?
1727년 뉴턴이 사망하자 영국은 그를 국장 자격으로 대우해 웨스터민스터 대성당에 안장하였다. 발인날 당일에는 수많은 시민들이 거리를 가득 메웠다.
이때 애도 행렬 속에는 영국으로 피신을 왔던 프랑스의 볼테르도 있었는데, 그는 당시 그 광경에 큰 충격을 받아 뉴턴이 어떤 사람인지 반드시 알아내겠다고 다짐한다. 도대체 얼마나 대단한 성과를 내었기에, 이렇게 엄청난 존경과 애도를 받을 수 있는 것일까?
볼테르는 오랜 시간 영국에 머물면서 뉴턴의 친척과 지인을 찾아다니며 어떻게 만유인력의 법칙과 같은 위대한 업적을 이루게 되었는지 캐물었다. 볼테르의 성화에 뉴턴의 조카 사위는 ‘단지 한 알의 사과가 떨어져 뉴턴의 머리를 맞혔을 뿐이고 그 후 뉴턴이 뭔가를 알아차린 것 같다’고 말해주었다.
그러자 볼테르는 무언가 대단한 이론을 알게 된 것 마냥 고개를 끄덕거리고 아주 흡족해하며 돌아갔다. 이후 그가 이 이야기를 책에 소개하면서 그 유명한 ‘뉴턴의 사과’는 전 세계에 퍼지게 되었다. (87쪽)
그간 볼테르가 『철학 편지』라는 책을 통하여 뉴턴의 성가를 알렸다는 것 알고 있었지만, 그가 왜, 어떻게 뉴턴을 알게 되었는지는 이 책을 통해 비로소 알게 된다. 감사한 일이다.
삼체문제에 관하여
이 항목은 이렇게 시작한다.
중국의 소설가 류츠신은 『삼체』라는 소설로 중국의 SF를 세계적인 수준으로 끌어올렸다.
소설에는 ‘삼체인’이라는 기이한 생명체가 나온다. 이는 천체역학의 삼체모형을 기초로 한 ‘삼합성’은하에 사는 지혜로운 생명들이다. 그들은 생존을 위해 삼체의 해를 찾는다. 그들의 은하에는 세 개의 태양이 있는데 이들은 규칙없이 삼체 운동을 한다. (398쪽)
삼체는 三體다. 그게 무엇일까? 몸이 세 개라는 말인데 ,그게 무엇일까?
예를 들자면, 태양계에서 태양과 지구, 달의 운동이다.
이체 문제에서는 운동 궤도를 몇 개의 방정식으로 풀어낼 수 있는데, 삼체가 되면 달라진다.
지구와 태양, 지구와 달 같이 2체에서는 매끈하고 아름다운 타원 궤도를 가진 곡선을 그릴 수 있는데, 3체가 되면 곡선은 갈수록 멀어지고 답은 뒤죽박죽이 되어 버리는 것이다.
그래서 뉴턴도 답을 얻을 수 없었다. 그래서 뉴턴은 태양, 지구, 달의 시스템 또한 불안정하다고 여겼다. (402쪽)
이를 이해하기 위해, 참고고 소설 『삼체』의 번역자의 설명을 인용한다.
질량이 같거나 비슷한 물체 세 개가 상호 인력의 작용 아래 어떤 운동을 하는가 하는 문제로, 고전 물리학의 중요문제이고 천체 운동 연구에 중요한 의의가 있어 16세기 이후 계속 관심을 받았다, 오일러, 라그랑주 및 근대 이후 학자들이 삼체문제에 대한 특수해를 찾아냈다. (『삼체』, 217쪽)
소설 『삼체』의 번역자는 삼체 문제에 대한 특수해를 찾아냈다고 설명하고 있지만, 이 책에서는 약간 다르다.
삼체 문제가 제기된 이후 300년 동안 3가지 유형의 특수해만 발견되었다. 그 후 2013년에야 뚜렷한 돌파구가 마련되었고, 두 물리학자가 13가지의 특수해를 추가로 발견하게 된다. (404쪽)
그리고 이런 말을 추가로 덧붙인다.
과학이 발전하면서 삼체문제의 해결은 다각도로 모색되고 있다. 인류가 눈을 돌린 미지의 세계는 더 많은 가능성이 존재할 것으로 보고 심층적인 연구가 지금도 진행되고 있다. (404쪽)
삼체문제에 관한 특수해는 이 책 398쪽 이하를 참조하시라.
역자에게 감사한다. - 이런 표기 감사한 일이다.
이는 그로텐디크가 제시한 비아벨 이론이다. (122쪽)
‘비아벨 이론’, 이 말을 읽으면서 이 말을 한 단어, 영어로 된 단어로 읽었다.
왜냐하면 그 말이 이렇게 편집이 되어 있었기 때문이다.
또 다른 시각에서는 갈루아 군(기본 군)이 특수한 기하 대상을 완전 하게 결정한다고 여기는데 이는 그로텐디크가 제시한 비아벨 이론 (Nonabelian theory)이다. (122쪽) |
'비아벨 이론'까지 읽고 나서, 내 눈은 바로 그 아래 행으로 내려갔는데 괄호 속의 영어를 건너뛰고 ‘이다’를 읽어버린 것이다.
그렇게 읽고 나서 ‘비아벨’이 무슨 말이지, 하고 의문이 드는 순간,
머릿 속으로는 번개처럼 biabel 이란 단어가 내 머리에서 만들어지면서 떠오른 것이다.
그리고 나서, 그럴까, 하는 의문이 들고 그제서야 괄호 안의 영어가 눈에 들어왔다.
Nonabelian 즉 Non- abelian, 비(非) abelian인 것이다.
그렇게 영어 원문을 표기해 준 역자에게 감사한다.
또 있다, ‘군론의 등장으로’(120쪽) ‘갈루아 군’(121쪽), ‘같은 말이 연거푸 등장하는데, 그 말에 대한 정확한 용어가, 원어가 나중에는 나온다.
갈루아 군(Galois group)은 산술과 위상 수학의 조화에 중요한 역할을 하고 있으며 (121쪽)
이것들은 모두 수학계에 큰 기여를 했다. 군(Group), 체(Field)와 관련된 개념 도입은 추상 대수의 태동이다. (130쪽)
그렇게 원어를 표기해 주어, 이해에 도움을 준 역자에게 감사드린다.
다시, 이 책은?
이런 역자의 도움에 힘을 얻어 이 책에서 소개된 공식들을 살펴보면서 그런 공식들이 우리 인류의 역사에 얼마나 많은 공헌을 했는지 알게 된다. 그걸 깨닫게 되니 정말 공식이 아름답다는 생각이 든다.
모든 이론은 이론만으로 끝나서는 안 된다. 우리가 살면서 궁금해하는 일들에 대한 명확한 해답을 내놓을 수 있어야 하고 더 나아가 다양한 학문에서 응용이 이뤄져야 인류에 길이 남을 이론이 된다. (95쪽)
열역학에 무지한 인문학자와 셰익스피어에 대해 아무 것도 모르는 과학자, 모두 최악이다.
(찰스 퍼시 스노 『두 가지 문화와 과학혁명』,) (153쪽)
열역학도 모르고, 셰익스피어도 잘 모르니, 찰스 퍼시 스노가 말한 최악에 해당하는 나로서는
그 최악에서 벗어나기 위해, 더 열심히 이런 책을 읽어야 하지 않을까?