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, 다빈치의 [모나리자]에는 ‘꿈의 전자파’라 불리는 테라헤르츠파의 과학, 마그리트의 [이미지의 배신]에는 현대물리학의 큰 축인 양자역학, 몬드리안의 [빨강, 파랑, 노랑의 구성]에는 그래핀 같은 낮은 차원의 물질세계를 설명하는 과학이 담겨 있다. 그림에서 찾아낸 물리 법칙은 수식으로 설명하는 것보다 훨씬 쉬울 뿐만 아니라 아름답다. 이 책은 ‘프리즘’처럼 좀처럼 알아채기 힘든 물리학의 아름다움을 보여준다.

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 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 에도 참여했다.

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