‘과학‘의 특징

갈릴레이에서 시작되어 뉴턴에 이르러 꽃을 피우게 되는 '과학'의 특징은, '왜'에 치중하던 이전의 자연철학자들과 달리 '왜'라는 질문은 잊어버리고 '어떻게'에 집중했다는 것에 있다. '어떻게'를 위해서는 자연의 관찰과 실험에 의존했다. 특히, '어떻게'를 기술하기 위해 수학을 도구로 사용했다. 이러한 전환은 '과학'을 매우 실용적으로 만들어서, 결국 오늘 우리가 누리는 현대 문명을 낳았다.

... In old style philosophy, what counted was knowing the innermost structure of a material--brick or brass or oak. Only then could you hope to understand how it behaved. Science turned that kind of thinking around. The susceptibility of a given material to bending could be characterized by a number that described the empirical nature of that material. Why brass bent more easily than stiff oak was a problem for another day. What mattered was that an engineer or architect could select brass or wood or some other material on account of its known properties, and could reliably calculate how it would perform in one kind of construction or another. (p. 73)

[100자평] 뉴호라이즌스, 새로운 지평을 향한 여정

뉴호라이즌스, 새로운 지평을 향한 여정 - 명왕성을 처음으로 탐사한 사람들의 이야기
앨런 스턴.데이비드 그린스푼 지음, 김승욱 옮김, 황정아 해제 / 푸른숲 / 2020년 10월

인간의 도전과 집념을 엿볼 수 있는 드라마이다. 26년의 시간 동안, 하나의 목적을 향해, 수많은 사람들이 협력한다는 것은 과학적 성취를 떠나 인간이 어떤 동물인지 보여준다. 우주 탐사가 어떻게 이루어지는지 뿐만 아니라, 거대 프로젝트가 어떻게 진행되는지에 대해서도 많은 것을 배울 수 있다.

과학의 발명

'과학'이라고 하면 '발명'이 아니라 '발견'이라는 말이 떠오르는데, 과학도 발명이라고 얘기할 수 있을까? 과학도 인간의 지적 활동이라고 얘기할 수 있고, 인간의 모든 지적 활동은 인간이 만들어낸 것이므로 발명이라고 얘기할 수 있을 것 같다는 생각이 들기도 한다.

인간은, 그리고 나도, 점점 순진함, 순수함에서 깨어난다. 인간의 한계를 자각하면서, 그저 이만큼이나 알아온 것, 살아온 것이 기적처럼 생각된다.

Modern science was invented between 1572, when Tycho Brahe saw a nova, or new star, and 1704, when Newton published his Opticks, which demonstrated that white light is made up of light of all the colours of the rainbow, that you can split it into its component colours with a prism, and that colour inheres in light, not in objects. - P1

특수상대성이론의 효과 번역

특수상대성이론의 효과 번역에서 일부 잘못된 부분이 있다. 기록으로 남겨 놓는다. 1장 '물리법칙은 누구에게나 동등하다' 부분이다. 다음의 밑줄 친 부분이 이상하다.

일련의 사건들이 일어난 시간을 측정할 때, 사건을 기준으로 움직이고 있는 관찰자는 정지한 관찰자보다 측정 시간이 더 길어질 것이다(시간이 지연된다). 움직이는 물체의 길이를 측정할 때, 물체에 올라탄 관찰자가 잰 길이가 정지한 관찰자가 잰 길이보다 더 짧을 것이다(길이가 수축한다). (40 페이지)

운동하는 물체의 길이가 정지한 관측자에게 짧아 보이는 것(실제로 짧아짐)이 특수상대성이론의 길이 수축 효과이다. 번역서는 이 부분을 반대로 기술하고 있다. 원서를 찾아보면, 저자는 제대로 표현했지만 역자가 번역에서 오류를 범했음을 알게 된다.

An observer moving relative to a series of events will measure these to unfold in a time that is longer (time is dilated) when compared with the measurements of a stationary observer. The length of an object moving relative to a stationary observer will appear to contract compared with the measurements of an observer riding on the object. (원서 p. 21)

올바르게 번역하자면 다음과 같을 것이다.

움직이는 물체의 길이를 측정할 때, 물체에 올라탄 관찰자가 잰 길이보다 정지한 관찰자가 잰 길이가 더 짧을 것이다.

별 거 아닐 수도 있고, 별 거일 수도 있다. 어찌 됐든 오류는 오류고, 출판사에서 나중에라도 바로잡으면 좋겠다. 번번이 지적했던 것이지만, 나의 지식이 부족해서가 아니라 잘못된 번역으로 인해 이해 못하는 부분은 없으면 없을수록 좋다.

입자물리학의 현황에 대한 비판적 리뷰

수학의 함정 - 아름다움에 사로잡힌 물리학자들
자비네 호젠펠더 지음, 배지은 옮김 / 해나무 / 2020년 12월

입자물리학에 대한 '사회학적' 보고서 비슷하게 읽힌다. 저자가 가지고 있는 질문--입자물리학은 왜 답보상태인가? 입자물리학자들을 그동안 잘 인도했다고 생각됐던 '아름다움', '자연스러움'이라는 '미학적' 개념이 이제는 오히려 진보를 방해하는 것은 아닌가? 등--에 대한 답을 찾기 위해 세계최고의 물리학자들을 찾아다니며 인터뷰하는 형식을 취하고 있다. 직접 입자물리학을 전공한 저자는 이러한 인터뷰 전후에, 입자물리학의 현황에 대한 설명과 본인의 물음을 더하여 잘 작성된 비판적 현황 보고서를 만들었다. 

물리학자들(일반적으로는 과학자들)도 사람이고, 동료들의 인정을 받기 위해 유행을 좇는다. 동료들의 인정을 받아야 하는 이유는 동료들이 논문 게재와 연구비 수여를 심사하기 때문이다. 비주류의 경우에는 이러한 측면에서 당연히 불리하다. 자원이 한정된 사회에서는 경쟁이 치열해진다. 성향상 그 사회의 스포트라이트를 독점하고 싶어하는 과학자도 있고, 조용히 자기가 관심을 갖는 부분을 연구하는 것으로 만족하는 과학자도 있다. 한 분야가 답보상태일 때, 진정한 돌파구가 어디에서 나올지는 사실 확실치 않다. 모든 과학분야에서, '대형연구', '첨단연구'를 지원하는 동시에 작을지라도 비주류적 연구를 지원해야 하는 이유이다.

이 책을 읽으면, 입자물리학자들이 왜 그렇게 '자연스러움', '대칭'으로 특징 지어지는 '아름다움'에 매혹되어 있는지 엿볼 수 있다.

책 속 구절들:

  힉스 보손은 힉스 보손이 속한 유형의 입자들 가운데 유일하게 알려진 입자이며, 다른 기본 입자들은 영향을 받지 않는 기이한 수학적 문제를 겪는다. 양자 요동이 힉스 보손의 질량에 엄청난 영향을 주기 때문이다. 일반적으로 양자 요동의 영향은 매우 작지만, 힉스 입자와 관련해서는 관측된 질량보다 훨씬 더 큰 질량을 유발한다. 약 10^14배 더 크다. 이건 터무니없을 만큼, 도저히 받아들일 수 없을 정도로 틀린 값이다.

  힉스 질량에 관한 수학의 오류는 쉽게 처리할 수 있다. 이론을 수정해 항을 하나 빼서 그 차이 값을 관측된 질량에 맞추면 된다. 이론을 이렇게 수정할 수 있는 이유는 항들을 개별적으로 측정할 수 없고 단지 그 차이 값만을 측정할 수 있기 때문이다. 이렇게 하려면 양자 요동의 기여를 정확히는 아니라도 거의 다 상쇄되도록 빼는 항을 선택해야 한다.

  이 섬세한 상쇄를 하려면, 양자 요동에 의한 결과값과 열네 자리까지 동일하고 열다섯 번째 자리에서 차이 나는 수가 필요하다. 그러나 이렇게 가까운 숫자 두 개가 우연히 생겨날 확률은 대단히 희박하다. 예를 들어 종이에 열다섯 자리 숫자를 전부 적어서 커다란 그릇에 넣고 두 장 뽑는다고 상상해보자. 이렇게 뽑은 두 숫자가 앞 열네 자리는 완전히 동일하고 마지막 한 자릿수만 다르다면, 뭔가 내막이 있다고 생각할 것이다. 종이가 제대로 안 섞였거나 누가 속임수를 쓰고 있을 거라고 말이다.

  힉스 질량을 바로잡는 데 필요한 두 개의 큰 수도 그 차이가 너무 작아서, 물리학자들은 뭔가 내막이 있을 거라고 생각한다. 그러나 자연법칙은 큰 그릇에 종이를 넣고 제비를 뽑는 것과는 다른다. 우리가 가지고 있는 것은 오직 자연법칙뿐이고, 그 법칙의 가능성을 알려주는 것은 아무 것도 없다. 따라서 힉스 보손의 질량에 설명이 필요하다는 것은 느낌일 뿐이지 사실은 아니다.

  물리학자들은 설명이 필요한 숫자를 ‘미세 조정된fine-tuned’ 숫자라고 하고, 미세 조정이 되지않은 숫자가 포함된 이론을 ‘자연스럽다natural’고 한다. 또한 1에 가까운 숫자들만 사용하는 이론을 자연스러운 이론이라고 묘사한다. 

  …

  초대칭이론에서는 양자 요동이 힉스 질량에 과도하게 영향을 미치지 못하도록 막아주기 때문에 이런 상황이 상당히 개선된다. 초대칭은 미세 조정할 필요 없이 양자 요동의 영향을 강제로 상쇄시키고, 그 대신 초대칭 입자들의 질량에서 기인하는 미미한 영향만 남긴다. 모든 질량이 자연스럽다고 가정하면 힉스 질량보다 그렇게 크지 않은 에너지에서 첫 초대칭 입자들이 보여야 한다. 만일 초대칭 입자들이 힉스보다 훨씬 무겁다면, 초대칭 입자들보다 더 작은 힉스 질량을 구하기 위해 미세 조정된 항들에 의해 초대칭 입자의 영향이 상쇄되어야 하기 때문이다. 이것도 가능한 일이기는 하지만, 초대칭이 탄생한 주요 이유 중 하나가 그 미세 조정을 피하는 것이기 때문에, 초대칭을 미세 조정하는 것은 앞뒤가 안 맞는 것으로 보인다. (2장, 67~69 페이지)