프리먼 다이슨: 전문화를 거부한 물리학자

1948년 버클리에서 프린스턴으로 가는 그레이하운드 버스 안에서, 박사 학위가 없던 24세의 영국인 청년은 나중에 "번쩍이는 깨달음"이라고 부르게 될 순간을 맞이했습니다. 줄리언 슈윙거(Julian Schwinger), 도모나가 신이치로(Sin-Itiro Tomonaga), 그리고 리처드 파인만(Richard Feynman)이라는 기묘하고 천재적인 인물이 각자 연구하던 수학적으로 양립할 수 없던 세 가지 양자전기역학 버전이 사실은 같은 이론이라는 사실이었습니다. 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)은 이를 한 편의 논문으로 정리했고, 파인만 도표(Feynman diagrams)를 물리학계의 실무 도구로 제공했습니다. 그는 물리학계가 자신을 기억하게 할 단 한 가지 일을 완수한 뒤, 남은 70년 동안 다시는 같은 일을 반복하기를 거부했습니다.

QED를 실용화한 버스 여행

다이슨이 그 버스에 오르게 된 경로는 15세에 장학금을 받고 케임브리지 트리니티 칼리지에 입학하여 G.H. 하디(G.H. Hardy)와 훗날 폴 디랙(Paul Dirac) 밑에서 공부하면서 시작되었습니다. 전쟁은 그의 학업을 중단시켰습니다. 19세에 그는 영국 공군 폭격기 사령부의 작전 연구 부서에 합류하여 손실률을 계산했고, 랭커스터 폭격기의 속도를 높이고 피격 확률을 낮추기 위해 총탑을 제거하자고 주장했으나 실패했습니다. 군은 그의 말을 무시했고, 항공 승무원들은 그가 통계로 예측했던 수만큼 목숨을 잃었습니다. 이는 권력 없는 상태에서 '옳음'이 가지는 한계에 대한 초기적이고도 형성적인 교훈이었습니다.

전쟁 후 그는 영연방 장학금을 받아 코넬 대학교의 한스 베테(Hans Bethe) 밑에서 공부했고, 파인만과 어울리게 되었으며, 1949년 파인만의 도표, 슈윙거의 연산자 형식론, 도모나가식 접근법이 수학적으로 같은 물리학을 설명함을 증명하는 논문을 발표했습니다. 파인만 도표를 처음 인쇄물로 옮겨 모든 입자 물리학자가 오늘날까지 사용하는 계산 도구로 만든 사람은 파인만이 아니라 다이슨이었습니다. 초기에 그를 의심했던 J. 로버트 오펜하이머(J. Robert Oppenheimer)는 그에게 설득당했고, 1953년 프린스턴 고등연구소의 종신 교수직을 제안했습니다. 오펜하이머는 "내가 틀렸다는 것을 증명해 주었기 때문"이라고 말한 것으로 전해집니다. 다이슨은 박사 학위를 끝내지 않았습니다. 그는 박사 학위가 필요하지 않았습니다.

한곳에 머물지 않는 경력

그 후의 경력은 하나의 전문 분야에 머물기보다는 여러 분야를 습격하는 연속에 가까웠습니다. 1966년 그는 앤드류 레너드(Andrew Lenard)와 함께 보통의 물질이 스스로 붕괴하지 않는 이유를 엄밀하게 증명했습니다. 즉, 전자기력만이 아니라 파울리 배타 원리가 고체를 고체로 유지한다는 사실이었습니다. 그는 1차원 상전이와 스핀파의 수학을 풀었고, 가법 수론의 도구를 개발했습니다. 1973년 수학자 휴 몽고메리(Hugh Montgomery)와의 우연한 만남에서 소수 간격의 통계적 패턴이 무거운 원자핵의 에너지 준위 간격과 일치함을 깨달았습니다. 이는 수학자들이 여전히 추적 중인 수론과 핵물리학 사이의 연결 고리였습니다.

그는 또한 무언가를 직접 만들기도 했습니다. 1950년대 후반, 그는 에드워드 텔러(Edward Teller) 팀에서 의도적으로 고장이 나도 안전하게 설계된 소형 원자로인 TRIGA 원자로를 설계했습니다. TRIGA 장치는 오늘날에도 전 세계 병원과 대학에서 의료용 동위원소를 생산합니다. 같은 시기 제너럴 아토믹스(General Atomics)에서 그는 추진판 뒤에서 소형 핵폭탄을 폭발시켜 우주선을 추진하려는 계획인 '오리온 프로젝트(Project Orion)'에 몰두했습니다. 이는 그에게 1965년까지 화성, 1970년까지 토성에 도달할 수 있는 진정한 경로처럼 보였습니다. 그는 비록 대기권 내 핵실험을 제한하여 오리온 프로젝트를 완전히 폐기하게 만든 1963년 부분 핵실험 금지 조약을 원칙적으로 지지했고, 이후 미국 과학자 연맹 의장을 맡아 상원에서 조약 통과를 위해 증언했습니다. 그는 자신의 꿈을 희생하면서도 그것을 해냈습니다.

농담으로 시작된 구체

1960년, 다이슨은 과학 저널 사이언스(Science)에 실린 짧은 논문에서, 모항성의 에너지를 모두 소진한 고도로 발달한 문명이 행성을 해체하여 별의 빛을 거의 모두 포착하는 껍질이나 군집을 건설할 수 있다고 제안했습니다. 그는 폐열을 적외선으로 방출하여 망원경으로 감지할 수 있을 것이라고 했습니다. 그는 나중에 이 아이디어가 "농담으로 의도된 것이며 연구와는 아무런 관련이 없다"고 인정했습니다. 그럼에도 이 개념이 '다이슨 구체(Dyson sphere)'라는 이름으로 SF와 외계 지적 생명체 탐색 분야에서 가장 유명한 개념 중 하나가 되어, 자신이 진정한 연구라고 여겼던 수론과 원자로 물리학을 완전히 압도해 버린 것에 어리둥절해했습니다.

본질적인 반골

다이슨의 동료들은 그를 투쟁적이라기보다는 정착된 문제를 그대로 두지 못하는 성격으로 묘사했습니다. 다이슨의 도표에 기반을 둔 연구로 노벨상을 받은 스티븐 와인버그(Steven Weinberg)는 그를 이렇게 회상했습니다. "호수 위에 얼음이 얼듯 합의가 형성될 때, 다이슨은 그 얼음을 깨뜨리기 위해 최선을 다할 것이다." 그의 친구 올리버 색스(Oliver Sacks)는 다이슨이 좋은 과학을 표현할 때 가장 좋아하는 단어가 "전복적인(subversive)"이었다고 말했습니다. 이러한 기질은 가장 가치 있는 통찰과 동시에 가장 파괴적인 통찰을 낳았습니다. 말년에 그는 인간 활동에 의한 기후 변화에 대한 과학적 합의에 대해 회의적인 입장을 취하며, 기후 모델의 불확실성이 너무 크고 이산화탄소 증가가 환경에 해보다 득이 될 수 있다고 주장했습니다. 이 입장은 그를 NASA의 제임스 핸슨(James Hansen)과 대립하게 만들었습니다. 그는 핸슨을 "과학을 이데올로기로 바꾼다"고 비난했고, 본인이 직접 수집하지 않은 데이터를 다루는 데 무지하다고 보는 기후 과학자들로부터 날카로운 공개 반박을 받았습니다.

프리먼이 천재라 불리는 이유

다이슨을 천재로 부르는 근거는 단 하나의 정리보다는 그 범위에 있습니다. 그는 한 생애 동안 양자전기역학을 통합했고, 물질이 왜 안정한지에 대한 기초적인 결과를 증명했으며, 수론과 핵물리학 사이에 다리를 놓았고, 여전히 생명을 구하는 원자로를 설계했으며, 외계 문명 탐색의 핵심 개념을 창안했습니다. 20세기에 그 정도 수준으로 그렇게 많은 분야에서 진지하게 일한 과학자는 드뭅니다. 와인버그가 말한 "얼음 깨뜨리기"는 자유분방하고 패턴을 찾는 그의 정신에 대한 증거였으며, 에드워드 위튼(Edward Witten)은 그의 기여가 "너무 광범위하여 한 사람이 적절하게 요약하는 것은 사실상 불가능하다"고 말했습니다.

솔직한 반론도 존재합니다. 다이슨 스스로가 왜 그에게 상을 안겨주었어야 할 업적인 QED로 노벨상을 받지 못했는지 설명한 적이 있습니다. "집중력이 길어야 하고, 깊고 중요한 문제를 잡고 10년 동안 붙들고 있어야 하는데, 그건 내 스타일이 아니었습니다." 그것은 독창적이고 지속적인 발견의 천재성이라기보다, 다른 사람들의 분리된 아이디어가 사실은 하나의 아이디어라는 것을 볼 수 있는 통합과 번역의 천재성이었습니다. 그리고 기후 문제에 대한 그의 반골 기질은, 해당 분야의 연구가 뒷받침되지 않은 상태에서, 학제 간을 넘나들도록 설계된 정신이 자신의 직관이 더 이상 작동하지 않는 분야로까지 넘어갈 수 있다는 점을 시사합니다.

유산

다이슨은 2020년 96세의 나이로 세상을 떠났습니다. 그는 동시대의 거의 모든 물리학자보다 오래 살았으며, 말년에는 과학자이자 공공 에세이스트로서 뉴욕 리뷰 오브 북스(The New York Review of Books)에 기고하고, 우주를 뒤흔든 생각(Disturbing the Universe) 같은 책을 통해 유전 공학 기술과 우주로의 인류 확산을 주장했습니다. 고등연구소 소장 로베르트 데이크흐라프(Robbert Dijkgraaf)는 그의 묘비명을 이렇게 남겼습니다. "그의 비결은 단순히 인생의 모든 것에 끝까지 '예'라고 답하는 것이었습니다." 그 유산에 노벨 메달은 걸려 있지 않지만, 모든 입자 물리학 교과서의 도표에는 여전히 그의 이름이 남아 있습니다.