[물리학자] 리처드 파인만(Richard Feynman)

리처드 파인만(Richard Feynman)

(리처드 파인만. 1918년 5월 11일 출생, 1988년 2월 15일 사망)

리처드 파인만은 미국의 물리학자로 1918년 5월 11일에 미국 맨해튼에서 제복업자인 아버지 멜빌 파인만(Melville)과 유치원 교사를 준비하던 어머니 루실 필립스(Lucille Phillips) 사이에서 태어났다. 부모는 모두 유대인이다.

(파인만이 어렸을 때 부모와 찍은 사진, 왼쪽이 아버지 멜빌 파인만, 가운데는 어머니 루실 필립스, 오른쪽이 파인만이다)

 아버지 멜빌은 사내아이가 태어나면 과학자감이라고 미리 공언했고, 리처드가 태어나자 타일을 규칙적으로 놓고, 브리태니커 백과사전을 사다놓고 자연사 박물관에 데리고 가서 리처드를 과학자의 길로 인도했다. 아버지 멜빌은 가족에게 지식과 진지함을 선사했고, 어머니 루실은 유머감각과, 이야기 구연을 좋아했다. 리처드는 일찍 걷기 시작했으나 두 살이 되어서도 말을 못했으나 늦게 말문이 터져서 입심이 좋아졌다.(아버지는 과학자가 되려고 했으나 가정형편 상 제복업자를 하게 되었다)

 다음의 두 일화는 어린 리처드를 과학에 매료되게 했다.

1. 캐츠킬 산에서 여름을 날 때 한 아이가 어떤 새의 가르키면서 이름을 물었을 때, 리차드는 모른다고 대답했고, 그 아이는 "아버지가 아무것도 가르쳐 주지 않았다"라고 했지만 아버지는 다음과 같이 그 새에 대해 알려주었다.

"저 새가 보이니? 저건 스펜서 딱새란다.(아버지도 그 새 이름을 모른다) 그런데 저 새는 이탈리아어로 '추토 라피티다'이고, 포르투갈어로 '봄다 페이다'야. 또 중국어로는 '충롱태'이고, 일본어로는 '가타노 데케다'야. 저 새의 이름을 세계의 모든 나라 말로 알 수 있지. 하지만 그렇게 해도 진짜 저 새에 관해서 하나도 알아낸게 없어. 네가 알게 되는 건 세계 여러 나라 사람들에 대해서이고, 그 사람들이 저 새를 어떻게 부르는지만 아는 거야. 자, 그러니 우리 이제 저 새가 뭘 하는지 관찰해 보자. 그게 정말로 필요해"

이를 통해 리차드는 아주 어릴 때 무엇인가의 이름을 아는 것과 그것에 대해 아는 것은 다르다는 점을 알았고 또한 어머니로부터 "인간이 달성할 수 있는 가장 고귀한 이해의 형태는 웃음이며 사람들 사이의 공감"이라는 것을 배웠다고 한다.

2. 리처드가 작은 수레에 공을 싣고 놀다가 수레를 끌었는데도 공은 제자리에 가만히 있었다. 공은 수레 뒤쪽으로 굴러갔고, 수레가 멈췄을 때 다시 앞쪽으로 굴러왔다. 아버지에게 왜 그런지 묻자, 이렇게 답했다.

"그건 아무도 모르지. 일반 원리는 움직이던 물체는 계속 움직이려고 하고 멈춰 있던 물체는 멈춘 채 그대로 있으려고 한다는 거야. 물론 물체를 너무 세게 밀지 않았을 때이지. 이런 경향을 '관성'(뉴턴의 운동 제 1법칙)이라고 하는데, 왜 그런지는 아무도 모른단다"

이러한 아버지의 대답에는 물리학과 세계에 대한 깊은 통찰이 들어있었고, 이러한 가르침을 받으며 자란 리처드는 후에 진리 뒤에 숨은 모든 것에 대해 질문하게 되었고, 어떤 것이 누군가에 의해 이해되었다거나 어떤 이름이 붙었다는 이유만으로 그것을 믿지 않게 되었다.

또한 제복업자였던 아버지는 제복이 대표하는 권위적인 인간과 제복 속의 나약한 인간 사이의 관계에 대해서도 가르쳤다. 아버지는 리차드에게 교황과 그 앞에서 사람들이 절하는 사진을 보여주고는 "이 사람과 다른 모든 사람들의 차이는 무엇일까?"라고 물었고, 다음과 같이 답했다.

"차이는 그가 쓰고 있는 모자뿐이다. 이 사람도 모든 사람들이 겪는 문제를 겪고 있다. 그도 저녁을 먹고, 잠을 잔다. 그도 인간일 뿐이다." 추가로 어려운 전문용어와 제복에 속아 넘어가지 않기를 바라면서 제복은 껍데기일 뿐이라고 제복업자로서 말했다. 이를 통해 권위가 별거 아니라는 태도를 가졌다.

리처드가 5살 때 동생 헨리 필립스 파인만이 태어났으나 태어난 지 한달만에 죽었고, 9살 때 여동생 조안이 태어났다. 어린 시절 리처드 파인만의 가족들은 그가 태어났던 맨해튼을 떠나 처음에는 파라커웨이로, 다음에는 롱아일랜드 볼드윈으로, 리차드가 10살일 때 시더허스트로 이사했다가 다시 파라커웨이로 돌아왔다. 파라커웨이에는 리차드의 외할아버지 집이 있었고, 리차드의 식구들은 이 집에서 루실의 언니(리차드의 이모)의 가족들과 함께 살았다.   

12살 때 집에 실험실을 차려서 과학실험을 했고 이때 여동생인 조안이 조수 역할을 했다. 싸구려 잡화상에서 소켓을 구입해 램프 뱅크를 만들어 전화선으로 연결했고, 전구의 직렬, 병렬 연결에 따른 전압변화를 이해했고, 증폭기, 도난 경보기를 만들었다. 이때 라디오를 들었는데 당시 라디오는 광석 라디오였고 가격이 비쌌다. 그래서 벼룩시장에서 낡고 고장난 라디오를 구입해 수리를 했다.(라디오 고장의 이유는 전선이 잘려 있거나 코일이 풀려 있었기 때문이었다) 이때부터 이웃집 라디오 수리를 도맡아 했다.(대부분의 고장은 진공관이 가열되는 순서가 잘못될 때, 즉 증폭기가 열을 받고 진공관 예열이 끝났는데 들어오는 신호가 없거나, 잘못된 회로가 연결되어 있거나 고주파 부분이 잘못 동작할 때였다)

(광석 라디오 회로도)

 

부모가 유대인(개혁파 유대교)이여서 리차드도 유대교를 믿었고 주일학교에 다녔지만 주일학교 수업내용에 사실과 허구가 뒤섞인것을 알고 발길을 끊었고 더 이상 종교를 믿지 않았다.

고등학교 시절에는 숙모가 경영하는 호텔에서 일을 했고, 삼각함수, 대수, 미적분을 독학했고, 자기 자신만의 방법으로 문제를 풀었으며(1988년에 "나는 공식을 발견하고 싶었다. 그것들이 그리스인이든 바빌로니아인이든 누군가에 의해 이미 풀렸다는 것은 나에게 아무 상관이 없었다. 나에게는 그런 것이 전혀 문제가 아니었다. 이것은 나의 문제였고, 나는 여기에서 재미를 얻어야 했다."라고 말했다.) 거기에 대수를 어려워하던 사촌의 대수공부를 도왔고, 자기 자신만의 기호를 이용하여 문제를 풀었으나 타인에게 그 기호로 설명하는것이 안되어서 사용하지 않았다.

(파인만의 수학노트)

졸업반 때 물리수업을 통해 '최소작용원리'에 대해 배웠고, 이것을 통해 수학과 물리학이 서로 연결되어있음을 깨닫고 과학에 더욱 흥미를 갖게 되었다. 대학진학을 위해 여러 대학에 지원했지만 수학, 과학과목 성적말고는 안 좋은데다가 그 당시에 유대인 입학정원할당제를 실시하고 있어서 1935년에 고등학교를 졸업하고 MIT(메사추세츠 공과대학)에 진학하게 되었다.

(최소작용의 원리를 나타낸 그림)

MIT에 입학한 파인만은 유대인이여서 선택할 수 있는 클럽이 제한되었고, 파이베타델타라는 클럽에 가입했다. 

파인만이 새벽 5시에 일찍 일어나 클럽으로 갔는데 누군가가 그 문짝을 떼어가고 그 자리에 '문좀 닫아주시오'라는 표시판이 있었다. 이때 나머지 문짝도 떼어내 지하실 기름탱크에 감추었다. 첫 번째 문짝을 떼어낸 범인은 잡혔으나 나머지 문짝을 떼어낸 범인은 아직 잡히지 않았다. 파인만은 자신이 훔쳤다고 시인했으나 아무도 믿지 않았다. 이때문에 클럽 회장이 나서서 회의를 했고, 파인만은 "좋습니다. 문짝을 훔친 사람이 누구인지 모르지만, 당신은 정말 훌륭합니다. 당신은 너무 영리해요! 우리는 도저히 당신이 누구인지 모르고, 누구인지 밝힐 필요는 없습니다만 문이 어디있는지는 가르쳐 주십시오"라고 말을 했다. 다른 사람은 클럽의 명예를 걸고 회원 각 1명씩 문을 훔쳤는지 물어보자고 했고, 회장은 한명씩 물어봤다. 파인만 차례가 되자 자신이 했다고 했다. 그러나 아무도 믿지 않았고, 숨긴 장소에 문이 있는 그림을 그려서 남긴 후 자신이 훔쳤다고 시인해서 거짓말을 했다고 비난받았다. 그러나 파인만은 사실을 말했고 이때 이런 말을 했다.

"사람들은 내가 사기꾼이라고 생각하기도 하지만, 나는 대개 정직하고, 단지 사람들이 믿으려 하지 않을 때 바른 말을 할 뿐이다!"

대학 3, 4학년때 보스톤의 어느 식당에서 5센트 동전 두 개를 팁으로 컵 두 개 밑에 두었고, 컵에다 물을 따르고 동전을 빠뜨린 다음, 빳빳한 종이를 덮고 뒤집어 식탁위에 놓은 다음 마지막으로 종이를 뺐다(컵 테두리가 식탁에 딱 붙어 있어서 공기가 컵 안으로 들어갈 수 없어서 물이 새지 않는다). 그렇게 팁을 남겼고, 팁을 챙기려던 여성종업원이 컵을 들었다가 마루가 물바다가 되었다. 그 다음날 파인만이 그 식당에 갔을 때 다른 여성 종업원이 맞았고, 기존의 종업원은 그 일로 화가 나서 파인만을 응접하지 않았다. 이때 파인만은 "나라면 큰 수프접시를 갖다 대고 컵을 식탁 끝으로 조심스럽게 미끄러트려서 물을 접시에 받아서, 그런 다음에 동전을 가져가겠다"라고 했다. 그리고는 앞과 똑같은 방법으로 팁을 남겼는데 컵에 물이 없었다.

대학에서 물리학 과목에서 두각을 보였으나 교양과목에서는 약세였고, MIT에는 필수교양과목이 많았다. 영어 과목 이외에도 선택 과목 두 가지를 들어야 했다. 그래서 천문학과 과학과 가장 가까운 철학 과목을 들었다.(이것이 파인만의 탈출이다) 

영어 과목 시간에는 여러 가지 주제를 놓고 작문을 해야 했다. 영어 과목 시간에 괴테의 파우스트에 대해 글을 써야 했는데 클럽 친구 중 하나가 "아무 주제나 비슷한 길이로 쓰고 뒤에 파우스트를 이해하지 못해서 핵심을 알 수 없기 때문에 파우스트에 대해 쓸 수 없었다"라는 조언을 해줘서 '이성의 한계에 관하여'라는 글을 쓰고 이 문제를 해결하는 과학기술에 관해 쓰고 어떤 한계가 있는지에 대해서 썼다. 여기에 메피스토텔레스는 이성을 대표하고, 파우스트는 영혼을 대표하는데 괴테는 이성의 한계를 보여주려 했다고 썼고 교수는 서론은 훌륭하나 파우스트를 다룬 부분이 짧다는 이유로 B+을 주었다. 

철학 시간에는 노교수가 강의했는데 그 교수는 강의할 때 말을 분명하게 하지 않아서 그의 말은 웅얼거리듯이 들렸다. 종강할 무렵에 교수가 1년 동안 강의했던 것들에 대해 작문숙제를 냈는데 한 달 동안 방에 커튼을 치고, 불을 끄고 잠을 자고, 잠들 때 어떤 일이 일어나는지 관찰해서(실제로 한 달 내내 잠만 잤다.) 보고서를 썼는데 글의 말미에 그 글이 나 자신이 잠들 때를 고나찰한 결과라고 쓰고, 내가 나 자신을 관찰하지 않을 때는 어떻게 잠드는지 알 수 없다고 덧붙였으며 다음의 시로 결론을 맺었다. 그 결과 A를 받았다.

나는 왜냐고 의심한다. 나는 왜냐고 의심한다.

나는 왜 내가 의심하는지 의심한다.

나는 내가 의심하는 것을 의심하는 것을

왜 의심하는지 의심한다!

앞에서 파인만이 파이베타델타라는 클럽에 가입했다고 했었다. 이 클럽의 회원은 의무적으로 댄스에 나가야 했고, 파인만은 댄스에서 알린을 만나게 된다. 파인만이 고등학생 때 이미 알던 사이였으나 정식으로 교제한 것은 대학생 때 였다.

(알린과 파인만)

파인만이 3학년이 되었을 때 알린과 약혼했고, 대학에서 물리학 전공으로 역학에서 두 과목, 전기학에서 두 과목, 실험물리학(독창적인 실험을 고안) 한 과목, 광학 이론 및 실험, 전자공학 이론 및 실험, X선과 결정체, 원자 구조 이론과 실험, 새로운 핵 이론에 관한 특수 세미나, 슬레이터의 고급 이론 강의, 양자론 특수 세미나, 고전 및 양자 통계역학에 앞선 열과 열역학 강의를 들었고, 상대론과 고급 역학을 포함한 상급 강의 다섯 과목을 청강했다. 또한 발라르타 교수와 함께 우주선(cosmic ray)에 대한 논문도 썼다.  

졸업을 앞두고 MIT에 남으려 했으나 그를 잘 알던 지도교수인 슬레이터 교수의 권유로 프린스턴으로 대학원 진학을 하게 되고 나중에 그의 주장이 옳았다고 회고한다.  

프린스턴에 입학할 때 연구조교직을 얻었고, 존 휠러의 지도를 받았다. 입학할 당시 2차 세계대전이 발발했고, 양자전기역학(QED, quantum electrodynamics)에 대해 연구를 하던 중 잠시 군사기기(탐지기)에 대한 연구를 하다가 박사학위를 받았다. 프린스턴을 졸업할 무렵 약혼을 했던 알린이 결핵 판정을 받았다. 알린의 병은 장티푸스로 알려졌다가 호지킨병으로, 최종적으로 임파선 결핵 판정을 받았는데 당시 의학 기술의 부족으로 결핵 판정은 곧 시한부 판정을 받은 것과 같았다. 

파인만은 알린이 죽기 전 결혼을 했고(1942년, 이 해에 졸업했는데 알린은 졸업식에 오지 못했다.), 가족들(부모)은 결혼에 반대해서 부모 사이가 나빠졌다.  

대학원 시절에 양자역학 공부에 몰두했고, 경로적분법을 발견했으며, '양자역학에서 최소 작용의 원리'라는 제목의 논문으로 박사학위를 받고, 맨해튼 프로젝트에 참여하게 되어  로스 알라모스로 이동했다. 로스 알라모스에서는 편지를 주고받을 때 검열을 받아야 했고, 이때 암호를 이용하여 알린과 편지를 주고받았다. 또한 금고를 마음대로 열 수 있었고, 기계를 고치기도 했다(책임자이던 베테의 지적으로 그만두었다). 이때 알린은 로스 알라모스에서 160Km떨어진 앨버키키에 있었고, 파인만은 히치하이킹(차를 얻어탐)을 하거나 차를 빌려서 알린을 만나곤 했다. 알린을 만나면서 "남들이 뭐라건 아랑곳하지 않겠다"는 신조를 스스로 일깨웠다. 

로스 알라모스에서는 핵무기 개발이 진행되고 있었고 파인만은 핵분열에 대해 연구를 하고 있었다. 1945년 초에 알린의 건강은 점점 악화되기 시작했고, 6월에는 위독해진 끝에 죽음을 맞았다.

알린이 죽고 나서 프로젝트는 거의 끝나가고 있었고, 파인만은 파라커웨이로 휴가를 갔다가 "아기가 곧 태어남"이라는 메세지를 받고 곧바로 뉴멕시코주로 돌아와서 원자폭탄 폭발실험을 참가했다(나중에 암 발병의 원인이 된다). 

전쟁이 끝난 1945년 11월에 책임자였던 베테가 있는 코넬 대학교의 이론물리학 조교수가 되었다(이것은 베테의 주선으로 된 것이다). 1946년 10월에 아버지 멜빌이 심장마비로 타계했고, 아버지의 장례가 끝난 후 알린에게 편지를 쓰고 마지막에 이렇게 덧붙였다.

"추신: 이 편지를 부치지 못함을 용서하시오. 나는 당신의 주소를 모른다오."

교수가 된 파인만은 자신이 물리학을 어떻게 즐겨 왔는지 생각했고, 주로 가벼운 연구를 했다. 그 예로 어떤 학생이 학생식당에서 접시를 공중에 던져 돌리는데 그 접시의 흔들림과 회전의 관계를 계산했다(이것은 나중에 노벨상을 받게 되는 계기로 작용한다). 이 계산을 하다가 상대성이론에서 전자의 궤도에 대해 생각하고 전기역학과 디락방정식, 양자전기역학을 봤다. 

알린이 죽은 후 파인만은 젊은 여자와 만나고 있었는데 그 여자는 가톨릭 신자였다. 그래서 결혼까지 생각했지만 흐지부지되었다(유대교에 대한 믿음을 버렸다는 점을 참고할 것). 교수가 되어서 주로 양자전기역학에 대한 연구를 했다. 그러다가 1950년에 칼텍(caltech: 캘리포니아 공과대학)으로 이직했고, 1951~1952년에 미국 국무부와 칼텍의 후원을 받아 브라질 물리학연구센터에 있었다. 이때 브라질 학생들이 물리학이 진짜 무엇인지 제대로 못했다는 것을 알고(제대로 아는 사람은 두 명 뿐이었는데 한 명은 외국에서 유학했고, 다른 한 명은 전쟁으로 인해 책으로 독학했다고 한다) 브라질 과학교육의 최고 담당자들에게 "브라질의 과학교육은 심각한 문제가 있다"라고 했다.

칼텍으로 이직하고 나서부터 파인만은 가르치고 연구하고, 세계를 돌며 학회에 참석하고, 해변가에서 휴식을 즐겼는데 그 무렵부터 카사노바(?)화 되었다. 여자들은 파인만에게 당신 마음씨가, 외모가, 춤추는 모습이, 자기들 이야기를 듣고 이해하려는 태도가 좋다고 말했다. 다음은 파인만이 여자를 만날 때의 심정을 나타낸 것이다.

그 여자가 무슨 생각을 하든 무슨 상관이야? 그 여자한테 상처를 주는지 아닌지 행동에 조심하면 되고 그냥 최선을 다해, (꼭 그래야 한다면) 그런 일 없게 말야-사실 네가 괜찮으면, 구태여 달리 옹호하려 들거나 그 여자가 너보고 당신 멋지다고 말하게 하려 들진 마...... 게다가, 네가 이기적이라 육체적 쾌락만 밝힌다면, 네 자신이 다른 식으로 확신하려 들진 마-아니 오히려 그 여자에게 설명하거나 다른 식으로 확신을 주려 들진 말라고.

파인만이 여자를 사귀는데 있어서 커다란 원칙은 그냥 나쁜남자(여자가 해달라는대로 하지 않는것)가 되는 것이다.

1952년에 브라질에서 귀국하고 칼텍에 계속 머무르기로 했다. 그리고 코넬대에서 알고 지내던 메리 루와 결혼하지만 성격 차이로(메리 루는 파인만이 교수의 품위를 유지하길 원했으나 파인만은 자유분방하길 원했다) 4년 뒤인 1956년에 이혼한다. 이혼한 후 제네바 호수 근처에서 오페어(Au pair: 외국 가정에 머물면서 집안일을 도우며 숙식, 용돈을 제공받는 프로그램) 중인 영국인 귀네스 하워스(Gweneth Howarth)를 만나고 1958년에 결혼해서 아들 칼(1962~)과 딸 미셸(1968~)을 얻었다.

(귀네스(왼쪽)와 파인만(오른쪽))

1959년 12월 29일 저녁모임에 바닥에는 풍부한 공간이 있다며 어떤 책 한 쪽을 25,000분의 1로 축소해 전자현미경으로 읽을 수 있게 하는 첫 번째 사람과 한 변이 0.4mm인 정육면체 크기의 모터로 외부에서 제어가능한 회전 전기모터를 만드는 첫 번째 사람에게 각각 1,000달러를 주겠다고 내기를 했다. 그로부터 1년 후, 칼텍 졸업생이 모터를, 25년 후에는 스탠퍼드 대학생이 전자빔으로 찰스 디킨스의 두 도시 이야기를 축소시켜서 상금을 받았다. 또한 양자컴퓨터와 나노 정보학에도 공헌했다. 

1965년에 연구해오던 양자전기역학으로 줄리언 슈윙거, 도모나가 신이치로와 함께 노벨물리학상을 수상했다. 유명해지는 것과 권위를 얻는것을 싫어해서 노벨상을 거절하려고 했으나 거절하면 더욱 유명해질거라고 해서 받게 된다. 

그 후 챌린저 우주왕복선이 폭발한 원인이 우주선 부품 중 하나인 O링의 결함(차가울 때 탄성이 떨어짐)이라는 것을 밝혀냈고, 학부생을 위해 물리학을 정리한 '파인만의 물리학 강의'책을 썼다.(칼텍 홈페이지에서 무료로 볼 수 있다)

1권: http://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_toc.html

2권: http://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_toc.html

3권: http://www.feynmanlectures.caltech.edu/III_toc.html

1978년에 맨해튼 프로젝트 때 핵실험을 직접 관찰한 것 때문에 방사능에 피폭되어 암에 걸렸고, 수술을 통해 축구공 크기의 종양을 제거했으나 1988년 2월 3일에 UCLA 의료센터에 입원하게 되었고, 그해 2월 15일에 사망했다. 그는 죽기 전 "너무 지루해서 두번 죽기는 싫다(I'd hate to die twice. It's so boring)"는 말을 했다.

참고자료:

https://medium.com/@phalpern/entire-world-celebrates-birth-of-richard-feynman-7b283eab130a

http://archives-dc.library.caltech.edu/islandora/object/ct1%3A582

http://ffden-2.phys.uaf.edu/213.web.stuff/Steve%20Houston/feynman/images.html

https://www.calnewport.com/blog/2015/11/09/richard-feynmans-deliberate-genius/

http://gabsun.com/technote7/board.php?board=kkkgallerytec&category=4&indexorder=2&command=body&no=953

https://nige.wordpress.com/path-integrals/

https://getpocket.com/explore/item/love-after-life-nobel-winning-physicist-richard-feynman-s-extraordinary-letter-to-his-departed-wife

https://laist.com/2014/08/30/caltech_makes_famed_physicists_feyn.php

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A6%AC%EC%B2%98%EB%93%9C_%ED%8C%8C%EC%9D%B8%EB%A7%8C

https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman#Popular_legacy

https://namu.wiki/w/%EB%A6%AC%EC%B2%98%EB%93%9C%20%ED%95%84%EB%A6%BD%EC%8A%A4%20%ED%8C%8C%EC%9D%B8%EB%A7%8C?from=%ED%8C%8C%EC%9D%B8%EB%A7%8C

파인만 Feynman, 짐 오타비아니, 릴런드 마이릭 저, 이상국 옮김, 서해문집

천재: 리처드 파인만의 삶과 과학, 제임스 글릭 저, 황혁기 옮김, 승산

나는 물리학을 가지고 놀았다, 존 그리빈, 메리 그리빈 저, 김희봉 옮김, 사이언스 북스

파인만 씨, 농담도 잘하시네, 리처드 파인만 저, 김희봉 옮김, 사이언스 북스