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책소개

◎ 명화를 통해 만물의 이치를 탐구하다!
물리학은 만물의 이치를 탐구하는 학문이다. 구름은 어떻게 생성되는지, 사물의 형태나 색을 어떻게 인지하는지, 소리는 어떻게 전달되는지, 자전하는 지구에서 어떻게 떨어지지 않고 버틸 수 있는지……. 물리학자는 자연과 우주의 본질을 탐구하는 사람들이다. 만물의 본질을 각자의 언어로 궁구(窮究) 한다는 차원에서 과학자의 일과 예술가의 일은 다르지 않다.
이 책은 명화에서 물리학의 핵심 개념과 원리를 찾아 소개한다. 샤갈의 성 슈테판 교회 스테인드글라스에는 퀀텀닷과 나노입자의 과학(57쪽), 다빈치의 <모나리자>에는 ‘꿈의 전자파’라 불리는 테라헤르츠파의 과학(334쪽), 마그리트의 <이미지의 배신>에는 현대물리학의 큰 축인 양자역학(309쪽), 몬드리안의 <빨강, 파랑, 노랑의 구성>에는 그래핀 같은 낮은 차원의 물질세계를 설명하는 과학(320쪽)이 담겨 있다. 그림에서 찾아낸 물리 법칙은 수식으로 설명하는 것보다 훨씬 쉬울 뿐만 아니라 아름답다. 이 책은 ‘프리즘’처럼 좀처럼 알아채기 힘든 물리학의 아름다움을 보여준다.

◎ 물리학은 예술가들에게 가장 큰 영감을 선사한 뮤즈였다!
뮤즈(muse)는 창작자들에게 영감을 주는 존재다. 르네상스 시대 예술가들의 뮤즈는 ‘인문학’이었다. 문학, 역사, 철학, 신학 등 인문학을 기반 삼아 다빈치, 미켈란젤로, 라파엘로 같은 거장들은 불멸의 작품을 내놓았다. 르네상스 시대 이후 예술가들의 뮤즈는 ‘물리학’이었다. 17세기를 기점으로 미술과 물리학의 궤적은 데칼코마니 같다.
‘상대성이론’과 ‘양자역학’은 현대물리학의 두 축이다. “태어나려는 자는 하나의 세계를 파괴해야 한다”는 헤세의 말을 증명하듯이, 20세기 초에 등장한 현대물리학은 고전물리학 체계를 송두리째 흔들었다. 현대물리학은 ‘빛이 입자인가, 파동인가?’라는 질문을 계기로 태동했다. 빛에 관한 과학적 연구는 17세기에 본격적으로 시작되었다. 네덜란드 물리학자 호이겐스는 빛이 ‘파동’이라 주장했고, 영국 물리학자 뉴턴은 빛을 작은 ‘입자’의 흐름이라고 주장했다. 빛의 정체에 대한 과학자들의 논쟁은 몇 세기에 걸쳐 진행되었으며, 20세기 양자역학에 이르러 빛은 파동이며 동시에 입자라고 결론지었다(300쪽).
현대물리학이 태동하고 빛의 정체에 대한 열띤 토론과 논쟁을 거치는 동안, 미술계에서도 빛에 대한 해석과 빛을 표현하는 방식을 두고 다양한 사조들이 쏟아졌다. 우연이었을까? 미술에서 빛을 탐구하는 작업은 호이겐스가 물리학에서 빛에 관한 논쟁을 점화한 17세기 네덜란드에서 시작되었다. 렘브란트(98쪽)와 베르메르(127쪽)는 그림에서 조명에 불과하던 빛을 그림 안으로 적극적으로 끌어안았다. 두 화가가 즐겨 사용한 빛 표현은, 캔버스에 그들의 정체성으로 각인되었다.
광학의 도움을 받은 인상주의 화가들은 물체의 색은 물체가 반사하거나 물체를 투과한 ‘빛’이라는 사실을 알게 됐다. 인상주의 화가들은 캔버스를 들고 밖으로 나가 빛에 의해 시시각각 달라지는 자연을 묘사하기 시작했다. 곧이어 신인상주의, 입체주의, 야수파, 초현실주의, 옵아트 등 짧은 시간 다양한 사조가 등장하며 미술계가 요동쳤다. 19세기 말에서 20세기 초반 미술계는, 빛의 정체를 분석하고 이를 뒷받침할 새로운 이론이 끊임없이 등장해 증명과 반박을 거듭하며 이루어낸 현대물리학의 발전과 그 맥을 같이 한다(306쪽).

◎ 이성과 감성의 융합으로 맺은 꽃, 캔버스에서 피어나다!
“누군가는 내 그림에서 시(詩)를 보았다고 하지만, 나는 오직 과학만 보았다.”
점묘법을 개발한 신인상주의 화가 쇠라가 한 말이다. 쇠라는 그림은 선으로 그려야 한다는 미술사의 오랜 고정관념을 과감하게 깬 화가이자, 직접 수많은 실험과 시행착오를 통해 자신의 이론을 스스로 증명하고자 했던 실험가였다. 그는 광학과 물리학을 집요하게 탐구했다. <그랑드 자트 섬의 일요일 오후> 단 한 점을 완성하기 위해 2년간 40여 점의 스케치와 20여 점의 소묘를 그렸다. 캔버스를 가득 채운 작은 점들은 물리학을 바탕으로 치밀히 계산한 결과들이다(159쪽).
잭슨 폴록은 커다란 캔버스에 물감을 흘리고, 끼얹고, 튀기고, 쏟아 부으며 온몸으로 그림을 그렸다. 물감이 퍼져나가는 방향과 속도는 예측할 수 없다. 우연의 중첩 효과에 기반을 둔 폴록의 페인팅 기법은 양자역학을 이해하는 핵심 개념인 ‘불확정성의 원리’와 맞닿아 있다. 불확정성의 원리는 양자역학의 세계에서 입자의 속도와 위치를 정확히 아는 것은 불가능하며, 초기 조건을 알더라도 결코 미래 상태를 정확히 예측할 수 없다는 것이다. 무질서한 정도를 뜻하는 엔트로피는 자연계에서 항상 증가하는 방향으로 나타난다. 아무것도 재현하지 않은 듯 보이는 폴록의 무질서한 그림이 자연을 가장 잘 재현하고 있다(254쪽).
고흐는 생전에 단 한 점의 그림밖에 팔지 못했다. 숨 쉬듯 그림을 그렸으나, 작품을 팔지 못한 화가는 궁핍할 수밖에 없었다. 종이 살 돈도 부족해 그림 뒷면에 그림을 그렸고, 모델 살 돈이 없어 자신을 모델 삼아 거울을 보고 자화상을 그렸다. 고흐의 연인 세가토리는 모델이 되어 가난한 고흐 앞에 섰다. 그렇게 탄생한 그림이 <카페에서, 르 탱부랭의 아고스티나 세가토리>다. 광학 기술이 발전해 엑스선, 적외선, 테라헤르츠파 등 다양한 파장대의 빛이 미술품 분석에 활용되고 있다. 반 고흐 미술관이 이 그림을 엑스선으로 촬영했더니, 놀랍게도 밑그림에서 다른 여인의 얼굴이 나타났다! 가난한 고흐는 캔버스를 재사용했다. 빛은 화가의 가난 때문에 영원히 세상에 나오지 못 할 뻔했던 그림을 보여줬다(360쪽).
빛의 본질을 탐구하던 물리학에서 출발한 ‘파동’이 화가에 이르러 사람들의 마음을 요동치게 만드는 예술이 되었다. 이 책은 물리학과 미술의 상호작용으로 잉태된 작품을 통해 현대물리학을 쉽게 풀어낸다. 물리학자의 시선에서 그림을 감상한다면 새로운 감동을 느낄 수 있을 것이다.

∙ 4세기경 제작된 로마 시대 컵 안에 퀀텀닷TV의 핵심 기술이 들어있다?(65쪽)
∙ 달리가 <비키니 섬의 세 스핑크스>에 아인슈타인의 얼굴을 숨겨 놓은 까닭은?(272쪽)
∙ 고흐가 연인을 모델로 그린 <카페에서, 르 탱부랭의 아고스티나 세가토리>에 엑스선을 비추자 떠오른 다른 여인의 정체는?(358쪽)
∙ 캔버스에 물감을 흘리고, 끼얹고, 튀기고, 쏟아 부으며 그린 잭슨 폴록의 <가을 리듬(No. 33)>은 자연을 가장 정확히 묘사한 풍경화다?(254쪽)
∙ 피카소의 <아비뇽의 여인들>에 ‘양자 체셔 고양이’의 핵심 개념이 담겨 있다?(289쪽)
∙ 위조화가가 경찰의 삼엄한 감시를 받으며 3개월간 집에 갇혀 그림을 그린 까닭은?(345쪽)
∙ 마그리트의 <데칼코마니>는 메타물질을 예견한 그림이다?(279쪽)

저자소개

이화여자대학교 물리학과를 졸업하고, 서울대학교 물리천문학부에서 ‘빛과 물질의 상호작용’에 관한 연구로 박사학위를 받았다. 미국 로스알라모스 국립연구소 연구원을 거쳐 현재 한국과학기술연구원(KIST)에서 책임연구원 및 과학기술연합대학원대학교 나노-정보 융합과 교수로 재직 중이며, 국제 저널 <Communications Physics>의 편집위원으로 활동하고 있다. 주요 연구 주제는 초고속 광학과 나노과학이다.
연구차 네덜란드 델프트공대를 방문했을 때, 베르메르와 렘브란트 등 네덜란드 화가들의 그림에 매료되었다. 뉴멕시코에 있는 로스알라모스 국립연구소에서 일할 때는 조지아 오키프의 그림에 빠져 그의 흔적을 좇기도 했다. 연구나 학회 참석을 위해 해외에 나가면 꼭 그곳의 미술관을 찾는다. 수많은 명화를 만나며 그가 깨달은 사실은, 르네상스 이후 예술가에게 가장 큰 영감을 선사한 뮤즈(muse)가 다름 아닌 ‘물리학’이라는 것이다. 깨달음을 바탕으로 과학기술연합대학원대학교에서 ‘과학과 예술의 융합’을 주제로 강의하고 있으며, 학회지에 관련 칼럼을 기고하고 있다.
저자는 휴일이면 붓을 드는 ‘일요일의 화가’다. 동호회 사람들과 전시를 열고, 최신 과학 연구 성과를 예술작품으로 전달하는 기획 전시 <Artist’s View of Science, 사용된 미래展>에도 참여했다.

목차

머리말 _ 물리학은 예술가들에게 가장 큰 영감을 선사한 뮤즈였다!

Chapter 1. 빛으로 그리고 물리로 색칠한 그림
∙ 그때 태양에 무슨 일이 있었던 걸까?
: 피테르 브뢰헬, <새덫이 있는 겨울 풍경> | 소빙하기
∙ 흔들리는 건 물결이었을까, 그들의 마음이었을까?
: 오귀스트 르누아르, <라 그르누예르> · 클로드 모네, <라 그르누예르> | 파동과 간섭
∙ 오키프를 다시 태어나게 한 산타페의 푸른 하늘
: 조지아 오키프, <흰 구름과 페더널 산의 붉은 언덕> | 레일리 산란과 미 산란
∙ 신을 그리던 빛, 인류의 미래를 그리다
: 마르크 샤갈, 성 슈테판 교회 스테인드글라스 | 퀀텀닷과 나노입자의 과학
∙ 원자와 함께 왈츠를! “셸 위 댄스?”
: 오귀스트 르누아르, <물랭 드 라 갈레트의 무도회> | 포논과 포톤의 물리학
∙ 하늘 표정을 그리고 싶었던 화가
: 존 컨스터블, <건초 마차> | 구름 생성 원리와 구름상자
∙ 아무것도 아닌 나를 그리기까지
: 렘브란트 반 레인, <웃고 있는 렘브란트> | 빛의 방향에 따른 광선
∙ 서양화에는 있고 동양화에는 없는 것
: 신윤복, <단오풍정> | 빛과 그림자
∙ 평면의 캔버스에서 느껴지는 공간감의 비밀
: 요하네스 베르메르, <우유 따르는 여인> | 원근법과 카메라 옵스큐라

Chapter 2. ‘과학’이라는 뮤즈를 그린 그림
∙ 얼마나 멀리서 보아야 가장 아름답게 보일까?
: 조르주 쇠라, <그랑드 자트 섬의 일요일 오후> | 빛의 본질과 본다는 행위의 과학
∙ 화폭에 담긴 불멸의 찰나
: 클로드 모네, <건초더미, 지베르니의 여름 끝자락> | 프레넬 법칙
∙ 사랑의 빛깔
: 마르크 샤갈, <나와 마을> | 영-헬름홀츠의 삼색설
∙ 볼 수 없는 것을 그리다
: 바실리 칸딘스키, <노랑 빨강 파랑> | 음파와 중력파
∙ 작은 우주를 유영하는 생명들
: 구스타브 클림트, <아델레 블로흐 바우어Ⅰ> | 빛의 파장 한계와 브라운 운동
∙ 반발하는 만큼 더 견고하게 응집하는 색
: 빈센트 반 고흐, <노란 집> | 보색대비
∙ 불안을 키우는 미술
: 빅토르 바자렐리, <얼룩말> | 프랙털 기하학과 카오스
∙ ‘일요일 화가’의 꿈
: 앙리 루소, <잠자는 집시> | 전자기유도현상

Chapter 3. 슈뢰딩거의 고양이가 그린 그림
∙ 무질서로 가득한 우주 속 고요
: 잭슨 폴록, <가을 리듬(No. 30)> | 엔트로피와 열역학 제3 법칙
∙ 흐르는 시간을 멈출 수 있다면
: 살바도르 달리, <폭발하는 라파엘의 머리> | 핵물리학
∙ 상상이 과학을 만났을 때
: 르네 마그리트, <데칼코마니> | 메타물질
∙ 불가사의한 우주의 한 단면
: 파블로 피카소, <아비뇽의 처녀들> | 양자역학과 양자 체셔 고양이
∙ 태어나려는 자는 한 세계를 파괴해야 한다
: 블라디미르 쿠쉬, <해돋이 해변> | 불확정성의 원리와 슈뢰딩거의 고양이
∙ 춤추는 원자들
: 앙리 마티스, <춤 Ⅱ> | 원자모형, 음의 높낮이와 파동
∙ 낮은 차원의 세계
: 피에트 몬드리안, <빨강, 파랑, 노랑의 구성> | 낮은 차원의 물질과 탄소 동소체

Chapter 4. 물리학으로 되돌린 그림의 시간
∙ <모나리자>를 다 알고 있다고 자신할 수 있는가?
: 레오나르도 다빈치, <모나리자> | 빛의 파장과 침투깊이
∙ 나치까지 속인 희대의 위작 스캔들
: 요하네스 베르메르, <편지를 읽는 여인> | 테라헤르츠파 분석
∙ 빛을 비추자 나타난 그림 속에 숨겨진 여인
: 빈센트 반 고흐, <카페에서, 르 탱부랭의 아고스티나 세가토리> | 다양한 빛을 이용한 비파괴 검사
∙ 명작이 탄생하는 순간, 그곳에 과학이 있었다
: 얀 반 에이크, <아르놀피니 부부의 초상> | 유화의 탄생과 발전
∙ 그림 속 미스터리를 풀다
: 빈센트 반 고흐, <해바라기> | 첨단 과학 기술을 이용한 그림 분석
∙ 그림의 시간을 되돌리는 자
: 레오나르도 다빈치, <최후의 만찬> | 미술품 복원

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