(원제: Evolution of physics : the growth of ideas from early concepts to relativity and quanta / by Albert Einstein and Leopold Infeld)

[프롤로그]

이 책은 아윈슈타인이 쓴 일반인을 위한 물리입문서라고 볼 수 있을 것이다. 그렇기때문에 수식을 일체 사용하지 않으면서, 어떻게 물리의 개념이 확장되고 발전되어 왔는 지를, 그 개념이 의미하고 있는 것이 무엇인지를 평이하게 풀어서 소개하고 있다. 느낌으로는 고등학생이나 대학초년생들, 일반인들에게 읽기를 권할만하지 않을까 싶다. 책의 두껍기는 266페이지로 얇고 부담주지 않는 두껍기이다. 원래 영문제목을 직역해보면 "물리학의 진화: 초기개념들로부터 상대성과 양자에 이르는 개념의 성장" 정도가 되지 않을까 싶다. 이 책은 과학사를 개괄하기위한 목적이 아니라, 물리속에서의 개념의 발전, 왜 그 개념이 필요하게 되었으며, 그 의미는 무엇인가에 중점을 두고 설명을 하고 있다는 점에서 여타의 과학사개설서들과는 차별을 준다고 할 수 있다. 역시나 대가의 설명답게 간결하면서도 핵심적인 설명이 인상깊었다. 개인적으로는 원문 제목이 훨씬 구체적이고 책 내용 자체를 그대로 표현해주기 때문에 훨씬 좋다고 생각된다. 아마도 많은 사람들에게 어렵지 않다는 것을 드러내기위한 출판사의 조처였다고 생각되어지지만, 원제목을 부제목으로라도 제시해주었으면 더욱 좋지 않았을까 한다. 책속의 사진들의 인쇄상태가 흐릿한 감이 있어 아쉬웠지만, 번역은 매끄럽게 잘 되어 있어 읽기에 부담이 없었다. 

[책의 구성과 내용]

이 책은 1. 역학적관점의 형성, 2.역학적관점의 쇠퇴, 3 장과 상대성이론, 4 양자 의 4개의 장으로 구성되어 있고, 장의 끝에는 항상 그 장에서 다루었던 문제들에 대해서 요약하고 있어 더욱 알기쉽게 하고 있다.

나름대로 개념의 변화에 대한 책내용을 개괄하면 이렇다.  

역학이란 기본적으로 운동을 기술하는 것을 목적으로 한다. 천년을 이어오던 아리스토텔레스의 단순 경험에 의존한 힘과 움직임에 대한 설명으론, 힘은 물체에 움직임을 주고, 힘이 작용하지 않으면 정지한다는 것이 상식이었다. 하지만  갈릴레오는 실험과 유추를 통하여, 마찰이 없다면 한 번 주어진 힘에 의해서 물체는 정지하지 않고 영원한 등속운동을 하게 될 것이라는 관성의 법칙을 통찰하게 되면서, 외부의 힘이 작용하지 않는 상태란  정지상태가 아니라 등속운동상태로 탈바꿈하게 되고, 힘은 이 등속운동을 변화시키는 것이 되었다. 힘과 속도의 변화, 즉 가속도의 관계를 수식으로 표현한 것이 뉴톤의 F=ma가 된다. (F:힘, m:질량, a:가속도)(주: F=ma는 논리적 혹은 수학적으로 증명된 것이 아니라 일종의 공리이다.) 역학적 관점에선 항상 힘은 두 질점사이를 연결한 연장선상에서 작용하며, 힘이 작용한 방향으로 물체에 영향을 준다. 하지만, 전자기현상에서는 이러한 역학적관점에서 설명이 불가능한 움직임들이 관찰되었다. 이것은 두 질점사이의 관계를 넘어 새로운 "장(마당)"이라고하는 실체의 개념을 도입하게 되는 계기가 된다. 상대성이론은 기본적으로 장에 관한 문제에서 출발하여 특수상대성이론과 일반상대성이론이라는 두 단계를 거쳐 발전하였으며, 이 단계에서 시간과 공간의 절대성이 파괴되고, 시간과 공간을 결합한 시공연속체라고하는 새로운 개념이 등장하게 된다. 일반상대성이론은 이 시공연속체에 대한 깊이 있는 분석을 통해 중력장의 개념을 정립한다. 양자론은 연속성을 불연속성으로 대체하고, 개체가 아닌 집단을 지배하는 확률법칙을 확립함으로써 고적적인 역학적 관점의 혁파에 중요한 공헌을 했다.      

[인상깊은 말]

"과학은 단순한 법칙들의 모임이 아니다. 또한 관계없는 사실들의 집합도 아니다. 과학은 자체 내에 자유롭게 개발된 사고의 개념들을 가지고 있는 인간정신의 창조물이다. 물리학의 이론들은 세계의 형상을 그려 내는 한편, 그 이론들과 넓은 감각적 경험세계의 관계를 밝혀내기 위해 노력한다. 인간의 정신구조가 존재하는 한 우리는 그러한 관계가 실제로 있는 지의 여부와, 만일 있다면 어떤 방법으로 그런 연결이 가능할 것이가 하는 문제에 대한 탐구를 계속해 나갈 것이다. "

"... 우리는 관찰된 사실들이 우리의 사실인식들과 논리적으로 부합되기를 바란다. 과학의 존재는 세계의 내적 조화에 대한 신념과 우리가 이론구조를 가지고 객관세계를 이해할 수 있다는 신념을 전제로 한다. 이 신념들은 현재에도 그렇고 앞으로도 항상 모든 과학적 창조의 근본이 되는 동기로 남아 있게 될 것이다. 낡은 견해들과 새로운 견해들 사이에서 발생한 모든 극적인 투쟁에 우리가 쏟아 넣었던 노력을 통하여, 우리는 탐구로 향한 인간의 끝없는 열정과 자연의 조화에 대한 영원히 흔들리지 않을 신념은 우리의 이해를 가로막는 장애물이 늘어날 수록 끊임없이 더 강해진다는 사실을 깨닫게 되었다."

[에필로그]

동네도서관에서 아윈슈타인과 관계된 저작물을 검색하다가 우연히 발견한 책이다. 옮긴이의 서문에 의하면 아윈슈타인이 직접 쓴 물리학관련 책은 강의록(수학아카데미에서 소개한 스탠포드의 강의록)을 포함하여 단 3권이라고 한다. 이 책은 일반인을 위해 쓴 책으로 유일하다 하겠다. 꼭 일독을 권하고 싶은 책이기도 하다.

이후 현재는 중력과 전자기력이외에 강력과 약력이라는 새로운 힘이 발견되면서, 좀 더 복잡한 상황이 되었지만, 아직도 물질(입자)와 장이라는 두 개의 카테고리를 넘어서지 못하고 있다고 생각되어진다. 아윈슈타인은 특수상대성이론에서 물질의 질량과 에너지가 서로 다른 두 형태일 뿐이고, 질량을 가진 물질과 에너지로 충만한 장을 하나의 개념으로 설명할 수 없을까 한다. 이게 곧 통일장이론에 대한 출발점이었다고 생각되어지는 데... 아윈슈타인은 물질보다 장이 더 근원적이라고 이야기한다. 아마도 서로 다른 성질의 많은 소립자들이 존재하지만, 그 공통점을 그들이 만드는 "장"에서 찾고자 한 것은 아니었을까?