『파인만의 여섯가지 물리이야기』는 파인만이 캘리포니아 공과대학에서 학부생을 위한 물리학 강의를 했던 강의록(Feynman Lectures on Physics)에서 이해하기 쉬운 여섯 강을 발췌한 것이다.
그 이후로 파인만식 물리학 강의에 매료된 사람들은 다음 강의를 듣고 싶다는 요청을 하였고, 여섯 개의 장을 추가로 발췌하여 『Six Not So Easy Pieces 파인만의 또 다른 물리이야기』가 출판되었다.
이 책에서는 '상대성이론, 대칭성, 그리고 시공간'에 대한 '파인만식 강의'가 펼쳐지는데, 사실 제목 그대로 'not so easy'하다.
하지만 상대성이론을 이해하고 있다고 자신할 수 없다면 전공자이든 아니든 이 책은 그 정복을 향한 마지막 기회를 제공하여 줄 것이다.

상대성이론은 과거에 생각조차 하지 못했던 대칭성을 도입하여 물리학의 새로운 장을 열었지만, 최근에 와서는 '당연히 있을 것으로 생각되었던' 기존의 대칭성이 사실은 존재하지 않는 것으로 판명되기도 했다.
리(Lee)와 양(Yang), 그리고 우(Wu)에 의해 1957년에 밝혀진 이 사실은 물리학계에 커다란 충격을 안겨주었다 - 일부 기본적인 자연 현상에서 좌 - 우를 바꾸면 물리법칙이 달라진다는 것이 주된 내용이었다.
그런데 파인만은 이런 비대칭적 요소까지 모두 포함하는 새로운 이론을 창시하여 자연에 대한 이해의 수준을 한 단계 끌어올렸다.

물리학이 진보하려면 수학의 진보가 함께 이루어져야 한다.
새로운 물리학이론은 그것을 설명할 만한 새로운 수학적 도구를 필요로 하기 때문이다.
일단 수학의 체계가 잡히면 물리학은 훨씬 더 간단한 모습을 띠게 된다.
벡터 계산법이 대표적인 사례이다.
원래 3차원 벡터는 공간의 특성을 수학적으로 설명하기 위해 개발되었는데, 그 덕분에 물리학자들은 아무런 방향성이 없는 공간에서 뉴턴의 운동법칙을 완벽하게 서술할 수 있었다.
다시 말해서, 우리가 살고 있는 공간은 회전 대칭성을 갖고 있었던 것이다.
그리고 이 모든 것은 파인만의 입담을 통해 마치 일상사처럼 우리 눈앞에 적나라하게 펼쳐지고 있다.


상대성 이론에서는 시간까지도 대칭변환의 영향을 받기 때문에, 4차원 벡터의 계산법이 필요하다.
이 책에서 파인만의 난해한 4차원 벡터의 개념을 낱낱이 풀어헤쳐서 시간과 공간, 그리고 에너지와 운동량이 4차원의 상대적 공간 속에서 어떻게 얽혀있는지 실감나게 설명하고 있다.

--- 서문에서

그렇다면, 상대성 이론의 철학적 의미는 무엇인가? 물리학자들이 상대성 이론을 통해 제시했던 아이디어와 추론만을 고려한다면 다음과 같이 요약할 수 있다 - 첫째로는, 오랜 세월 동안 진리로 군림하면서 제 아무리 정확한 결과를 주었던 법칙이라 해도, 새로운 실험결과 앞에서는 얼마든지 틀린 법칙으로 판명될 수 있다는 것이다.
뉴턴의 법칙이 틀렸다는 것은 충격적인 사건임에 틀림없지만, 그렇다고 해서 뉴턴 시대의 물리학자들이 부주의했음을 의미하는 것은 아니다.
과거에는 물리적 대상이 되었던 물체의 속도라는 것이 빛의 속도와 비교할 때 너무나 느렸기 때문에 상대론적 효과가 거의 나타나지 않았던 것 뿐이다.
그러나 이 하나의 사건을 계기로 과학자들은 엄청나게 겸손해져야만 했다.
"모든 것은 언제든지 틀린 것으로 판명될 수 있다!" 는 뼈아픈 교훈을 얻었기 때문이다.


둘째로, 움직이는 계에서 시간이 느리게 간다는 등의 아이디어들이 우리에게 아무리 생소하다 해도, 그것이 마음에 들지 않는다는 이유로 부정할 수는 없다는 것이다.
이론의 수용 여부를 결정하는 것은 개인적인 선호도가 아니라 오로지 실험결과뿐이다.
황당무계한 아이디어를 두고 우리가 이렇게 긴 이야기를 늘어놓고 있는 이유는 그것이 실험결과와 잘 일치하기 때문이다.

마지막으로, 물리학자들은 상대성이론을 연구하면서 '물리법칙의 대칭성'이 얼마나 유용한 개념인지를 깨닫게 되었다.
조금 다르게 표현하자면, 모종의 변환을 가해도 물리법칙이 변하지 않는, 그런 변환을 찾아냄으로써 자연에 대한 이해의 깊이를 더해갈 수 있다는 것이다.
예전에 배웠던 바와 같이, 운동의 기본법칙들은 좌표를 회전시켜도 그 형태가 변하지 않는다.
그리고 앞장에서 설명했던 것처럼, 물리학의 법칙들은 로렌츠 변환이라는 시공간의 특수한 변환에 대하여 형태가 변하지 않는다.
일반적으로, 기본적인 법칙의 형태를 바꾸지 않는 변환들은 우리에게 유용한 정보를 제공해준다.
그렇다면, 상대성 이론의 철학적 의미는 무엇인가? 물리학자들이 상대성 이론을 통해 제시했던 아이디어와 추론만을 고려한다면 다음과 같이 요약할 수 있다 - 첫째로는, 오랜 세월 동안 진리로 군림하면서 제 아무리 정확한 결과를 주었던 법칙이라 해도, 새로운 실험결과 앞에서는 얼마든지 틀린 법칙으로 판명될 수 있다는 것이다.
뉴턴의 법칙이 틀렸다는 것은 충격적인 사건임에 틀림없지만, 그렇다고 해서 뉴턴 시대의 물리학자들이 부주의했음을 의미하는 것은 아니다.
과거에는 물리적 대상이 되었던 물체의 속도라는 것이 빛의 속도와 비교할 때 너무나 느렸기 때문에 상대론적 효과가 거의 나타나지 않았던 것 뿐이다.
그러나 이 하나의 사건을 계기로 과학자들은 엄청나게 겸손해져야만 했다.
"모든 것은 언제든지 틀린 것으로 판명될 수 있다!" 는 뼈아픈 교훈을 얻었기 때문이다.


둘째로, 움직이는 계에서 시간이 느리게 간다는 등의 아이디어들이 우리에게 아무리 생소하다 해도, 그것이 마음에 들지 않는다는 이유로 부정할 수는 없다는 것이다.
이론의 수용 여부를 결정하는 것은 개인적인 선호도가 아니라 오로지 실험결과뿐이다.
황당무계한 아이디어를 두고 우리가 이렇게 긴 이야기를 늘어놓고 있는 이유는 그것이 실험결과와 잘 일치하기 때문이다.

마지막으로, 물리학자들은 상대성이론을 연구하면서 '물리법칙의 대칭성'이 얼마나 유용한 개념인지를 깨닫게 되었다.
조금 다르게 표현하자면, 모종의 변환을 가해도 물리법칙이 변하지 않는, 그런 변환을 찾아냄으로써 자연에 대한 이해의 깊이를 더해갈 수 있다는 것이다.
예전에 배웠던 바와 같이, 운동의 기본법칙들은 좌표를 회전시켜도 그 형태가 변하지 않는다.
그리고 앞장에서 설명했던 것처럼, 물리학의 법칙들은 로렌츠 변환이라는 시공간의 특수한 변환에 대하여 형태가 변하지 않는다.
일반적으로, 기본적인 법칙의 형태를 바꾸지 않는 변환들은 우리에게 유용한 정보를 제공해준다.

--- p.140~141