양자물리학, 현대의 종교

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얽힘의 시대 - 대화로 재구성한 20세기 양자 물리학의 역사
루이자 길더 지음, 노태복 옮김 / 부키 / 2012년 9월

 요새 양자물리학에 관한 책을 읽고 있다고 했더니 친구 중에 하나가 양자물리학이야말로 이 시대의 종교라고 이야기한다. 상당부분 동의한다. 우리가 가지고 있는 감각 이상의 것을 동원해야 겨우 이해할 수 있을까 말까한 체계이니까 말이다. 이성적인 이해를 통해 본질로 깊숙하게 들어가다보면 어느 지점에서는 선택을 해야하는 순간이 온다. 이걸 믿어야하나?  

 양자물리학의 세계는 신비롭다. 원자보다 더 작은 양자-전자,광자 등을 포함하는 최소 단위의 총칭-의 세계에서는 고전물리학의 논리가 완벽하게 들어맞지 않게된다. 가장 중요한 문제 중에 하나는 빛이 파동이냐 입자이냐에 관한 것인데, 고전물리학의 세계에서는 이 둘의 경계가 명확한 반면 양자물리학의 세계에서는 이 둘의 경계가 모호하기 짝이 없다. 우리가 보는 가시적인 세계에서는 파동은 파동이고 입자는 입자일 뿐이다. 그러나 미시 세계에서 양자는 파동이기도 하고 입자이기도 하다. 

 이런 모호함, 그리고 경계 없음 이상으로 놀라운 것은 조건이 완벽하게 주어져도 양자의 세계에서는 양자의 위치를 확률적으로 밖에 파악할 수 없다는 하이젠베르크의 불확정성의 원리이다. 조건이 완벽하게 주어지더라도 그 정확한 결과를 알 수 없다는 것이다. 이 개념은 조건을 통해 정확한 결과를 예측할 수 있다고 이야기하는 고전물리학 체계를 완전히 뒤엎는 것이었기에 충격적으로 다가올 수 밖에 없었다. 

 그리하여 물리학은 양자물리학 이전과 이후로 나뉜다. 마치 코페르니쿠스가 지동설을 통해 우주의 중심은 지구라는 천동설 패러다임을 흔들어 놓았듯, 양자물리학은 조건을 알고 있으면 미래를 정확하게 예측할 수 있다는 고전물리학에 근거한 신념 체계를 깨트려 놓았다. 양자물리학은 모든 것을 결정론적으로 바라보는 우리의 사고체계를 바꿔놓았다. 인간의 이성은 모든 것을 통제할 수 없다는 겸손 혹은 무기력함을 심어준것이다.

  이 책 만으로 양자물리학의 세계를 이해할 수 있다고 이야기할 수는 없다. 양자 물리학에 흥미를 가지게 되는 출발점으로는 적당할지 모르지만, 이 책을 통해 현대 물리학의 체계를 완전하게 이해하는 것에는 한계가 있다고 여겨진다. 양자물리학은 우리가 쓰는 일상어로 설명되어질 성질의 것은 아니다. 물리학의 체계는 수학적인 설명이 필요하고, 양자물리학을 이해하기 위해서는 필연적으로 수학에 대한 학습이 필요하다. 이 책을 읽으면서 양자물리학에 호기심이 생기는 사람들은 더 다양한 책들- 특히 수식으로 설명하는- 을 접해보기를 바란다.

 구체적인 양자물리학의 체계에 대한 이해라는 측면에서는 한계가 있을지는 모르지만, 이 책에 등장하는 물리학의 거장들의 대화와 사고의 흐름은 꽤나 흥미로운 부분임을 부인할 수 없다. 보어, 보른, 파울리, 아인슈타인, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 드브로이, 봄, 오펜하이머, 파인만, 벨과 같은 기라성 같은 물리학의 거장들의 대화가 이 책을 수놓고 있다면 물리학에 관심있는 그 어느 누가 이 책을 거부할 수 있겠는가. 생생한 대화들은 읽는 독자로 하여금 그 자리에 동참하고 싶다는 욕망을 불러 일으킨다. 

 이들의 대화는 물리학이 어떠한 수식 체계 이전에 하나의 신념체계라는 것을 보여준다. 아인슈타인은 평생동안 양자물리학이 이야기하는 불확실성을 인정하지 않으려고 했다고 한다. 신은 주사위놀이를 하지 않는다는 말은 이러한 아인슈타인의 신념을 상징적으로 보여주는 한마디였다. 물론 아인슈타인의 신념과는 달리 양자물리학의 불확실성이 양자의 세계를 설명하는 적확한 체계라는 것이 밝혀졌지만 말이다. 물리학자들은 자신의 신념체계를 논증하기도하고, 타인의 체계를 이어받기도 하며, 또는 반박하면서 물리학의 체계를 더 정교하게 가다듬고 있다. 

 왜 많은 학자들이 왜 눈에도 보이지 않는 미시세계의 원리를 밝혀내는 것에 자신의 인생을 바친 것일까. 몇가지 생각이 든다. 이 체계를 밝혀냄으로 효용을 만들어 낼 수도 있고, 그 자체가 세상을 설명하는 지적 유희일 수도 있다. 그러나 무엇보다 우리 존재에 대한 근원적인 호기심이야말로 그 출발점이라고 생각한다. 우주의 시작과, 형성에 대한 물음에 답해줄 가능성이 있는 몇 안되는 도구가 바로 양자 물리학이니까 말이다.