한번 과학적으로 생각해보겠습니다

 이 책 《한번 과학적으로 생각해보겠습니다》의 저자는 사카이 구니요시다. 그는 물리학을 전공했다. 의학부 조교와 리서치 펠로우를 거쳐 언어와 철학과 객원 연구원으로 활동했다. 현재는 종합 문화 연구과와 물리학 교수를 겸임하고 있다. 저자의 또 다른 저서로는 《언어의 뇌과학》, 《세상에서 가장 재미있는 상대성이론》 등이 있다.

 

 저자는 세 가지 목적을 가지고 이 책을 썼다. 하나는 법칙의 발견이라는 실질적인 과정에 도움이 되고자 한다. 그리고 물리학이 다루는 법칙의 의미를 통해 자연에 대한 깊은 고찰을 하는 것이다. 마지막으로 물리학에서 시작하여 뇌과학으로 이어지는 사고의 메커니즘을 탐구하는 것이다. 

 

 

 "가장 소중한 것은 눈에 보이지 않아."라는 《어린 왕자》의 문장을 인용하며 시작한다. 과학에서는 눈으로 직접 볼 수 없는 현상이나 보이더라도 그 구조까지는 볼 수 없는 경우가 있다. 과학적 사고를 통해서만 '법칙'을 찾아낼 수 있다. 그 과정에서 완전히 별개인 것들이 사실은 유기적으로 연결되어 있다는 점을 깨닫기 위해서 '과학이라는 생각법'을 알아야 한다. 

 

 '과학이라는 생각법'을 깨닫기 위해서는 과학이 단순한 지식의 암기가 아니라는 사실을 알아야 한다. 과학의 핵심은 지식의 축적이 아닌 이해하는 것이다. 과학의 문제는 논리적 사고력을 필요로 하기 때문이다. 사고력은 법칙을 유도하는 과정이나 적용 범위를 이해하는 과정에서 발휘된다. 납득이 될 때까지 포기하지 말고 스스로 끊임없이 생각하는 과정에서 배울 수 있다. 

 

 이제 과학의 열매인 '법칙이 명백하다는 생각을 발견'하려 한다. 법칙은 과학 공식이나 실용성과 달리 그 자체로 사고방식이나 철학이라는 가치를 지닌다. 법칙에 대한 이론은 실험을 근거로 확보할 수 있다. 실험에서 나온 수치를 모아 하나의 법칙을 발견하는 것이다. 반대로 법칙으로부터 원리를 찾아내는 것도 '과학이라는 생각법'이다. 이를 위해서 페르마의 원리, 아르키메데스의 원리, 대응 원리와 상보성 원리, 지도 원리, 플랑크 상수, 이중 슬릿 실험, 전자의 파동성 입증, 하이젠베르크의 사고 실험, 불확정성 원리, 베버-페히너 법칙 등을 설명한다.

 

 이제 케플러, 뉴턴 그리고 아인슈타인을 통해 '과학이라는 생각법'에 접근한다. 먼저 우주의 법칙인 케플러 제1 원칙과 제2 원칙을 살펴본다. 이어서 케플러가 발견한 행성의 운동 법칙이 '천제에서 모든 물체로'라는 사고의 확장을 통해 보편적인 운동 법칙으로 전개되는 것을 본다.

 

 뉴턴이 중력의 보편성을 깨닫는 사과나무 이야기를 통해 과학적 사고 과정을 보여준다. 관성계는 물리 법칙 앞에서 모두 동등하다. 제1 법칙인 관성의 법칙이다. 이어서 뉴턴의 제2 법칙과 제3 법칙을 통해 힘이 일과 에너지로 발전해 나가는 사고 과정을 보여준다. 7장은 뉴턴 역학의 관성력을 통해 스스로 생각해볼 문제를 준다.

 

 팽창 우주나 블랙홀과 같은 거대한 영향을 미친 우주론의 탄생은 아인슈타인이 발견한 등가 원리에서 생겨났다. 상대성 이론에는 특수상대성이론과 일반상대성이론이 있다. 관성계만을 다룬다는 의미의 '특수'와 가속도를 가지는 '일반'좌표계를 포함한 경우이다. 아인슈타인의 사고 과정을 통해 현대의 우주관이 구축되는 것을 보여준다.

 

 막연하게만 느껴지던 '과학적으로 생각하기'를 해봤다. 단순하게 공식을 암기하고 문제에 적용하던 행동이 왜 재미없었는지에 대한 답을 얻었다. 원리와 법칙에 대해 유도하는 과정에서 얻게 되는 과학적 사고가 없었기 때문이다. 지식보다 중요한 것이 상상력이라고 했던 아인슈타인의 말처럼, 과학적 사고의 즐거움을 알고 싶다면 이 책 《한번 과학적으로 생각해보겠습니다》이 도움을 줄 수 있을지도 모르겠다.