물리학이라고 하면 대부분의 사람들은 복잡하고 사회 문제와는 무관한 그러면서도 이해하기 힘든 것으로 간주합니다. 이에 따라 미국에서는 ‘팝 물리학’ (Pop Physics)이라는 보다 재미있는 방식으로 물리학을 이해시키기 위해 노력하는 교육 학자들이 점차 늘어가고 있습니다.
네브라스카 대학교 (University of Nebraska)축구팀인 ‘허스커(Husker)’의 팬들이 팀을 응원하는 가운데 악대의 연주가 계속 이어지고 있습니다. 그 순간 볼이 패스되면서 태클이 이어졌습니다. 그러자 경기장 안의 대형 화면에서는 바로 그 동작의 재현이 아닌 넥타이를 맨 정장의 한 남자가 출연해 느닷없이 과학에 관해 얘기합니다.
이 화면에 출연한 네브라스카 대학교의 티모시 게이(Timothy Gay) 교수는 선수의 물리적 타성은 그의 체중이나 신장 또는 달릴 때의 속도 시간 등과 비등하다고 말합니다.
게이 교수는 이처럼 허스커 게임 경기장내 대형 화면에 정기적으로 출연해 1분동안 물리학 강의를 하고 있습니다. 오늘의 주제는 태클의 물리적 타성에 관한 것으로 게이 교수는 화면을 통해 허스커 팀의 한 선수가 상대 팀인 오클라호마의 한 선수에 강력히 부딪힘으로써 머리에 쓰고 있던 헬멧이 날아가는 놀라운 장면을 보여줍니다.
뉴톤의 제2법칙을 이용한다면 이 선수의 부딪히는 힘은 한 톤의 3분의 2정도에 해당하는 것으로 계산될 수 있을 것이라며 이번에는 경기장에 떨어지는 볼과 또다른 터치 다운에서 발생하는 물리적 타성을 계산해 보자고 게이 교수는 제의합니다.
게이 교수는 미식 축구를 설명하기 위해 전세계 여러 텔레비전 프로그램에 출연하고 있습니다. 그같은 TV 출연 만이 게이 교수의 유일한 활동은 아닙니다. 게이 교수는 미국 첨단 과학 협회(American Association for the Advancement of Science) 연례 회의에서의 연설에서 악대를 지휘하는 지휘자가 빙빙 돌리는 지휘봉의 물리적 현상에 관해 한 여성이 자신에게 질문해 왔음을 상기했습니다.
이 여성은 게이 교수가 물리학을 알기 쉽게 이해하도록 만들고 있기 때문에 참으로 좋은 일을 하고 있다고 말하고 자신을 포함한 다른 동료들이 멍청이들의 소굴에서 공부하고 있지 않나 항상 의심해 왔으나 서로 다른 경로를 통해 물리학을 쉽게 이해함으로써 도움이 됐다고 말했다는 것입니다.
물리학은 미국 콜로라도주 볼더에 있는 타임 왈프 (Time Warp) 만화 잡지 가게에서 4색으로 된 모험물을 뒤적이고 있는 아이들이나 대학생들의 생각과도 동떨어진 과목입니다.
이 젊은이는 과학을 공부하기 위해서는 만화 잡지를 보기 보다는 과학 수업을 받아야 할 것이라면서 과학은 가장 하기 싫은 과목 중의 하나라고 말합니다.
만화 잡지를 즐기는 청소년은 자신의 물리 숙제에는 보통 기차의 타성과 같은 공식을 계산하는 문제들이 포함된다고 말합니다.
어디에서 뭔가 아주 빠른 속도로 달리는 물체가 있다면 그에 대한 타성이나 속도를 계산해 내야만 한다는 것입니다.
그러나 기차가 아닌 예를 들어 스파이더 맨의 여자 친구 ‘그웬 스테이시’를, 악마 ‘그린 고블린’이 뉴욕시의 한 다리 위로 던진다면 어떻게 될까? 이같은 이야기를 생각한다면 스파이더맨이 여자 친구를 과연 제때에 구할 수 있을 것인가 라는 의문을 우선 갖게될 것입니다. 여기에 물리학을 적용한다면 우선 그 여자 친구가 다리 위로 떨어질 때의 속도를 계산해야 할 필요가 있습니다. 미네소타 대학교(University of Minnesita)의 제임스 케카일리우스(James Kakalios) 물리학 교수입니다.
스파이더 맨의 여자 친구가 다리 위로 떨어진다면 그 속도는 거의 시속 95마일에 달하는 것으로 계산된다는 것입니다. 시속 95마일은 사실 시속 150킬로 미터 이상에 해당하는 빠른 속력입니다. 케카일리우스 교수는 학생들에게 종종 90미터의 다리 높이와 스파이더 맨의 여자 친구 그웬의 체중을 제시한 다음 그웬이 다리 위로 떨어질 때의 중력을 계산하도록 요청합니다. 케카일리우스 교수는 그웬이 떨어질 때의 중력은 초강력의 성질의 것이라고 지적합니다.
이같은 초강력의 힘 그 자체는 우리가 지금까지 알아온 모든 자연의 법칙에 위배되는 것이지만 이같은 성질을 한차례의 기적적인 예외로 인정하고 초고속이 유지될 수 있다는 점에 동감한다면 스파이더 맨 이야기에서 일어나는 다른 현상도 비교적 정확하다는 것이 드러나게 될 것이라고 케카일리우스 교수는 말합니다.
다시 스파이더 맨 이야기로 돌아가서 그웬이 초고속에 가까운 상태에서 물 속에 떨어지려 할때 스파이더 맨이 거미줄로 그웬을 잡아 끌어올렸을 당시 그웬이 이미 죽어 있었다면 이는 비극적인 순간이기도 하겠지만 현실성이 있느냐는 질문에 케카일리우스 교수는 이렇게 말합니다.
스파이더 맨 이야기에서 무슨 일이 벌어질 지의 여부를 알아보기 위해 숫자들을 넣어 계산해 본다면 물리학적으로 정확한 것인지의 여부가 판명된다는 것입니다.
케카일리우스 교수는 스파이더 맨의 거미줄에 그웬이 걸려들었을 때 그웬의 속도를 감안한다면 타성의 갑작스런 변화로 아마도 그웬의 목이 부러졌을 것이라고 말합니다. 스파이더맨이 불쌍한 그웬을 에어백을 사용해 구출했다면 그웬이 지닌 타성은 보다 완만하게 바뀌어 이 이야기는 해피 엔딩으로 끝났을 지도 모른다는 것입니다. 케카일리우스 교수는 학생들에게 에어백 하나만으로도 뉴톤의 운동의 법칙을 설명할 수 있다고 말합니다.
케카일리우스 교수는 뉴톤의 법칙을 실생활에 언제 한번이라도 사용해 볼수 있겠느냐 하는 것이 학생들의 전형적인 불만이 되고 있다면서 그러나 만화 잡지들의 얘기를 예로 들어 사용할 때마다 흥미롭게도 학생들은 그 법칙의 실생활 사용 문제를 미심쩍어 하지 않는다고 말합니다.
게이 교수와 케카일리우스 교수는 모두 최근 시애틀에서 개최된 미국 첨단 과학 협회(American Association for the Advancement of Science) 연례 회의에서 물리학을 이해시키기 위한 비 전통적인 접근 방식을 제시했습니다. 이들 교수는 현실 세계를 보다 잘 이해할 수 있는 세계로 만들기 위한 노력을 계속하는 가운데 점점 더 많은 물리학 교수들이 학생들의 진정한 삶 속에서의 실례를 들어 물리학을 설명할 수 있도록 고무시키기 원하고 있습니다.