EBS <다큐프라임>

 

과학탐사프로젝트 6부작 ‘빛의 물리학’

 

 

 

 

- “상대성이론을 이해한 사람은 이 세상에 12명이 있다는 말이 있다. 그러나 양자역학을 이해하는 사람은 이 세상에 한 명도 없다”(리처드 파인만/미국 물리학자) 세계적인 물리학자도 인정한 물리학의 어려움. 이름부터 딱딱하고 어렵게만 느껴지는 물리학이 쉽게 탄생, 시청자들을 찾는다. EBS는 국내 공중파 TV 최초로, 물리학을 정통으로 다룬 다큐멘터리를 특집 방송한다. 갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인 등 역사 속 위대한 과학자들이 빠져든 ‘빛’을 키워드로 현대 물리학의 양대 축인 상대성이론과 양자역학을 중점적으로 살펴본다. 제작진은 130여 일 동안 영국과 스위스, 독일, 벨기에 등 총 11개국에 달하는 물리학의 본고장을 찾아, 다큐의 사실감을 높였다. 특히 난해한 물리이론을 일반 시청자가 쉽게 이해하는 것을 목표로 물리학을 최대한 쉽게 풀어냈으며, 세계 최고 석학들의 철저하고 정확한 검증을 거쳐 완성했다. 더불어 최근 신의 입자라 불리는 힉스 입자의 발견으로 주목을 받고 있는 유럽입자물리연구소(CERN)의 촬영 지원을 받아, 물리학의 현주소를 직접 눈으로 확인할 수 있는 기회도 가졌다.

 

*방송일시: 2013년 9월 23일(월)~25일(수), 9월 30일(월)~10월 2일(수) 오후 9시 50분

[제1부. 빛과 시간-특수상대성이론] 9월 23일(월)

[제2부. 빛과 공간-일반상대성이론] 9월 24일(화)

[제3부. 빛의 역사-광학과 전자기학] 9월 25일(수)

[제4부. 빛과 원자] 9월 30일(월) [제5부. 빛과 양자] 10월 1일(화)

[제6부. 빛과 끈] 10월 2일(수)

*프로그램 담당: EBS 교육다큐부 김형준·김시준 PD

 

 

❑ 전체 소개

 

세계적인 물리학자도 어렵다고 하는데, 한국 공중파 tv에서 물리학을 정통으로 다룬다. 그것도 상대성 이론과 양자 역학을 다 다룬다. 제작진의 목표는 하나다. 이 프로그램을 본 대한민국 국민이 상대성이론과 양자역학을 이해하는 것.

어렵지 않다. 아니, 기분 좋을 만큼만 딱, 어렵다. 최대한 쉽게 하는 게 지상 과제였다. 감동과 반론은 시청자들의 몫이다.

 

# 왜 하필 물리학인가?

“과학은 문화의 일부다.” 세계적 과학 철학자이자 영국 캠브리지대 석좌교수인 장하석 교수의 말이다. 대한민국에서 과학은 기술과 동일시되곤 한다. 때론 경제발전을 위한 조건으로 이해되기도 한다. 둘 다 맞는 말이다. 하지만 더 중요한 뭔가가 빠졌다. 과학은 고대로부터 내려온 지혜의 누적이다. 수천 년에 걸쳐 현자들이 이뤄냈고, 대대로 전승한 철학이다. 또한 고전이기도 하다. 21세기에 과학이 중요한 것은 우주로 가거나 더 빠른 정보통신을 위한 것이 아니라, 우리가 왜 지금 여기에 있는가란 다소 형이상학적인 문제를 과학이 얘기할 수 있기 때문이다. 그런 맥락에서 제작진은 프로그램을 기획하는 단계서부터 장하석 교수의 ‘과학은 문화다’라는 말을 시금석으로 삼았다. 문화기 때문에 소수 전문가들의 과학이 아니라 대중의 과학이 돼야한다. 그것이 우리의 삶과 직접적 관계가 없다고 하는 오해로부터 과학의 누명을 벗겨낼 수 있을 거라고 생각했다.

 

# 왜 빛인가?

다큐멘터리를 관통하는 하나의 키워드는 ‘빛’이다. 역사 속 위대한 과학자들은 운명처럼 빛에 빠져들었다. 갈릴레오는 빛의 속도를 재려했던 최초의 과학자였고, 뉴턴은 태양 빛의 정체를 밝히려다 시력을 잃을 뻔했다. 아인슈타인의 상대성이론은 빛에 대한 호기심에서 출발해 별빛으로 증명됐다. 빛의 정체는 무엇이고, 과학자들이 빛을 통해 본 것은 무엇이었을까?

9월 23일(월)부터 2주간에 걸쳐 방송되는 다큐프라임 6부작 ‘빛의 물리학’. 갈릴레오부터 뉴턴, 아인슈타인, 코펜하겐 학파, 그리고 현대 물리학자들에 이르기까지 물리학이 걸어온 길을 가장 쉽게 보여주는 본격 물리 다큐멘터리다. 문학이나 예술을 통해본 물리가 아니라 정통으로 물리를 얘기하고 있다. 특히 현대물리학의 양대 축인 상대성이론과 양자역학을 중점적으로 살펴본다.

 

# 90% 현지 올로케, 물리학의 본고장을 가다

제작진은 130여 일 동안 영국, 스위스, 독일, 벨기에 등 총 11개국의 과학사 속 주요 현장을 직접 찾아가 다큐의 사실감을 높였다. 또한 물리학 역사의 대혁명 시기인 20세기 초의 유럽사회를 현지에서 완벽 재연해 시청자들의 보는 즐거움을 끌어올렸다. 과학자들의 삶과 당시 시대적 배경을 먼저 이해해야만 왜 그런 이론들이 탄생했는지, 인류에게 어떤 영향을 가져왔는지 제대로 알 수 있다.

영국 현지에서 진행된 재연 배우 오디션에는 아인슈타인 역할에만 140여 명, 총 400명이 넘는 지원자가 몰려 제작진을 깜작 놀라게 했다. 과학 다큐에 대한 영국인들의 애정을 느낄 수 있어 부러움과 아쉬움이 교차한 순간이었다. 아인슈타인의 이론과 삶에서 모두 중요한 소재인 1900년대 증기기관차는 전 세계를 수소문한 끝에 찾아낼 수 있었다. 전체를 전세 낸 기차역에서 수십 명의 현지 스태프와 배우들이 함께한 촬영은 과학다큐멘터리로서는 큰 도전이었다.

 

# 오류 없는 과학방송을 위한 자문시스템

과학다큐멘터리의 핵심은 학문적 정확성에 있다. 상대성이론, 양자역학, 끈이론 등 난해한 물리이론을 일반시청자가 쉽게 이해하기 위해서는 정확한 내용검증이 필수였다. 여기에는 방송 2년 전부터 프로그램에 깊숙이 개입한 국내외 물리 석학들의 도움이 컸다.

특히 서울대학교 생명과학부 교수이자 과학사 및 과학철학 협동과정 겸무교수인 홍성욱 교수는 다큐멘터리의 시작에서부터 끝까지 총 자문을 맡았다. 그리고 2004년 노벨 물리학상 수상자인 데이비드 그로스 교수(미국 캘리포니아대 산타바바라 카블리이론연구소), 2004년 타임지가 선정한 ‘살아있는 물리학자 중 세계 최고 이론물리학자’ 에드워드 위튼 교수(미국 프린스턴 고등연구소) 등 많은 전문가들의 협력이 있었다.

더불어 최근 신의 입자라 불리는 힉스 입자의 발견으로 주목을 받고 있는 유럽입자물리연구소(CERN)의 촬영 지원을 받아 물리학의 현주소를 직접 눈으로 확인할 수 있는 기회도 가졌다.

 

 

❑ 부별 세부 내용

 

제1부. 빛과 시간 – 특수상대성이론 / 9월 23일(월) 오후 9시 50분

16살 아인슈타인의 머릿속은 빛으로 가득했다. 빛의 속도로 달리면 빛은 어떻게 보일까? 거울을 들고 빛보다 빨리 달리면 거울 속 나는 어떻게 보일까? 소년의 질문은 10년 뒤 시공간에 대한 인류의 이해를 바꿀 혁명적 논문의 초석이 된다.

역사상 가장 유명한 방정식 E=mc2을 포함하는 아인슈타인의 특수상대성이론. 딱딱하고 복잡한 공식 없이도 쉽게 이해할 수 있을까? 특수상대성이론은 우리를 둘러싼 세계를 어떻게 설명하고 있을까?

1부에서는 아인슈타인이 던졌던 최초의 질문에서 결정적 깨달음의 순간까지 특수상대성이론의 탄생과정을 추적한다.

 

제2부. 빛과 공간 – 일반상대성이론 / 9월 24일(화) 오후 9시 50분

1919년 11월. 미국과 유럽의 주요매체들은 물리학의 판도가 바뀌었음을 대서특필한다. ‘뉴턴주의는 무너졌다’, ‘아인슈타인 이론의 승리’. 물리학계 소식으로서는 드물게 자극적인 헤드라인이었다.

우리는 왜 땅에 붙어 있을까? 모든 물체는 왜 바닥을 향할까? 뉴턴의 만유인력 법칙은 중력을 명쾌하게 설명한다. 하지만 완벽해 보이는 만유인력법칙에도 치명적 결점이 존재했다. 왜 만물이 서로를 잡아당기는지 설명 못한 것이다. 뉴턴은 ‘나는 가설을 만들지 않는다.’는 말로 이 문제를 피해갔다.

아인슈타인의 일반상대성이론은 ‘중력’에 대한 또 다른 이론이다. 천재 물리학자는 단 11년 만에 뉴턴조차 풀지 못한 중력의 비밀을 알아낸다. 아인슈타인의 손을 들어 준 건 다름 아닌 별빛이었다.

2부는 두 천재 과학자의 시대를 뛰어넘은 대결을 통해 중력의 실체를 확인한다.

 

제3부. 빛의 역사 – 광학과 전자기학 / 9월 25일(수) 오후 9시 50분

빛은 경외의 대상이었다. 시대와 문화권을 막론하고 수많은 학자들은 빛에 매혹됐다. 빛은 정복해야할 미지의 과제였고, 좋은 실험 도구였다. 빛의 탐구역사는 인류의 역사와 함께한다. 우리는 빛에 대해 얼마나 알고 있는가?

빛을 처음 과학의 영역으로 가져 온 사람은 갈릴레오다. 갈릴레오는 빛의 속도를 재려 했던 최초의 과학자였다.

뉴턴은 아리스토텔레스 이후 수천 년간 지속된 빛과 색의 논란에 종지부를 찍었다. 미스터리한 무지갯빛의 정체를 밝힌 건 프리즘을 이용한 간단한 실험이었다.

빛의 실체를 파악한 건 맥스웰이었다. 엉뚱하게도 전기와 자기 현상이 가장 중요한 단서였다. 맥스웰의 발견으로 과학은 마침내 빛을 만들어낼 수 있게 됐다.

우리는 빛으로 가득한 세상에 살고 있다. 3부는 천상의 빛을 땅으로 가져와 직접 창조해내기까지. 빛을 탐구했던 위대한 과학자들을 찾아간다.

 

제4부. 빛과 원자 / 9월 30일(월) 오후 9시 50분

세상은 무엇으로 이뤄졌을까? 인류는 오랫동안 답을 찾아왔다. 1803년, 과학계는 마침내 ‘원자’라는 결론에 다다랐다. 질문의 답은 끝난 듯 보였다. 그러나 그것은 시작에 불과했다. 100년도 채 안 돼 더는 쪼개지지 않을 것 같던 가장 작은 알갱이에서 무언가가 나왔다.

원자의 문을 연 사람은 영국의 물리학자 톰슨. 그가 발견한 것은 전자였다.

톰슨의 발견은 물리학계에 새로운 활력을 불어넣었다. 원자 내부 구조를 밝히는 것이 최우선 과제가 되었다. 문제는 원자 안을 볼 수도 만질 수도 없다는 것.

암흑과도 같은 원자 내부는 어떻게 생겼을까? 원자 안에는 전자만 있을까? 전자는 얼마나 작을까? 전자는 어떻게 움직일까? 4부에서는 과학자들의 직관과 흥미로운 실험을 통해 조금씩 실체를 드러내는 가장 작은 세계를 만난다.

 

제5부. 빛과 양자 / 10월 1일(화) 오후 9시 50분

1927년 10월 24일, 벨기에 수도 브뤼셀에서 역사적인 물리학 학회가 열렸다. 참석자 29명 중 17명이 노벨상 수상자가 된 ‘솔베이 회의’. 하지만 이 학회가 더 유명한 이유는 다른데 있다. 현대물리학을 대표하는 두 거장의 지적 정면승부가 벌어졌다는 것. 상대성이론의 창시자 아인슈타인과 양자역학의 대가 보어의 싸움이었다. 단지 물리학적 대립이 아닌 세상을 바라보는 철학적 관점의 문제였다.

1920년대 물리학계를 뜨겁게 달군 것은 양자역학이다. 원자같이 아주 작은 세계를 탁월하게 설명해내는 유용한 이론이었지만 모든 물리학자에게 달갑진 않았다. 세상을 바라보는 독특한 시각 때문이었다. 우주는 ‘우연(확률)’과 ‘예측불가능성’이 지배한다는 것. 아인슈타인에게 이런 해석은 재앙이었다. 우주의 작동원리를 밝히는 것, 그에 따라 미래를 정확하게 예측하는 것이 물리학자의 사명이 아니었던가?

5부는 20세기 초중반, 유럽 물리학계의 재연을 통해 현대 물리학의 핵심인 양자역학의 주요내용과 발전과정을 심도 있게 알아본다.

 

제6부. 빛과 끈 / 10월 2일(수) 오후 9시 50분

물리학자들은 공통된 꿈을 갖고 있다. 서로 달라 보이는 현상들이 본질적으로 같음을 증명하는 것. 단 하나의 궁극의 이론을 찾는 것이다.

뉴턴은 사과가 떨어지는 것과 달이 지구를 도는 이유가 하나임을 찾아냈다. 맥스웰은 전자기 현상과 빛이 본질적으로 같음을 밝혀냈다. 아인슈타인은 시간과 공간을 합쳤다. 우리가 경험하는 이 세상은 하나의 이론으로 설명이 가능해졌다.

순조로워 보이던 물리학의 꿈은 양자역학의 등장과 함께 길을 잃게 된다. 큰 세계를 움직이는 법칙과 작은 세계를 움직이는 법칙은 좀처럼 합쳐지지 않았다.

두 이론을 합치기 위해 등장한 것은 ‘끈이론’이었다. 만물의 최소 단위는 입자가 아니라 작고 진동하는 끈이라는 것.

정말 세상 모든 것은 끈으로 이뤄졌을까? 끈은 실제로 존재할까? 끈이론은 물리학자들의 꿈을 이룰 수 있을까?

6부는 물리학의 지상과제인 단 하나의 이론을 찾아 가는 과정을 따라가 보고, 물리학의 현주소와 남은 과제들을 점검한다.

 

 

*관련 사진은 EBS 홈페이지-온에어-TV하이라이트 섹션, 해당 방송 날짜에 있습니다.

 

-끝-