과학의 진보

Advances in understanding the world are not just about discovering new phenomena but also about driving away ghosts that were never real. Examples include Ptolemy's epicycles that Johannes Kepler killed, the phlogiston that Antoine Lavoisier (1743-1794) replaced with oxygen, and the ether that Albert Einstein cleaned up when formulating his theory of relativity. The absolute time that Newton introduced turned out to be a flawed mathematical construction with no equivalent in the real world. Through the theory of relativity, Einstein was able to unite space and time into a unit, space-time, where time was not absolute but was determined by the observer's motion. (p. 74) 

새로운 현상을 발견할 때만이 아니라 기존의 잘못된 관념을 일소할 때에도 세계에 대한 이해는 진보한다. 대표적 예로 케플러가 프톨레마이오스의 주전원 없이 행성의 궤도를 잘 설명한 것, 아인슈타인이 상대성이론을 통해 에테르의 개념이 필요 없으며 뉴턴의 가정과 달리 시간이 관찰자의 운동에 따라 달라짐, 결국 시간과 공간이 독립적이 아니라 하나로 연결된 시공간으로 생각해야 함을 지적한 것을 들 수 있다. 

새로운 현상을 발견하기가 점점 어려워지는 요즘, 관심을 가지고 고민해봐야 하는 지점이다. 저자는 잘못된 개념을 실제로 존재하지 않는 '유령'이라고 언급했다. 

자연법칙과 우주

The universe is not governed by what we call the laws of nature; rather, it is the laws of nature that are constructed by us to follow the universe. (p. 60) 

우리는 종종 반대로 생각한다. 우주가 자연법칙을 따른다고. 하지만 우주가 자연법칙을 따르는 것이 아니라 자연법칙이 우주를 따르는 것이다. 자연법칙은 우리가 만든 것이다. 자연법칙이 우리와는 상관 없이 우주 안에 독립적으로 존재하는 것은 아니다. 우리의 이해가 깊어지면 자연법칙도 달라진다. 뉴턴의 중력이론을 아인슈타인의 상대성이론이 대체했듯이.

양자역학의 다세계 해석

양자역학의 다세계(many worlds) 해석은 때때로 평행우주(parallel universe)라고 불리기도 하며[1], 근래 여러 영화에서 주요 소재로 활용되고 있다. 대표적 영화의 하나가 얼마 전 인기를 얻은 <에브리씽 에브리웨어 올 앳 원스>이다[2]. 물론 이 소재만으로 인기를 얻은 것은 아니며, 영화 속에는 모녀 관계, 이루지 못한 꿈, 이민생활의 고단함 등이 잘 버무려져 있다. 

다세계 해석을 어떻게 받아들이는지는 물리학자에 따라 다르다. 울프 다니엘손은 다세계 해석에 대해 매우 부정적이며, 대중이 이 개념을 심각하게 받아들일 경우의 부작용에 대해 걱정한다[3]. 반면 맥스 테그마크와 션 캐럴은 평행우주가 실제로 존재한다고 생각한다. 자기가 사고를 피했을 경우 다른 평행우주에서 사고를 당할 또 다른 자기에게 연민을 느낄 정도라는 기사를 읽은 적이 있다. 

평행우주가 실제로 존재하더라도 이들 우주를 왕복하거나 다른 우주에 존재하는 나와 교신할 수 있는 가능성은 현재의 물리학에는 존재하지 않는다. 평행우주를 단순한 흥미거리가 아닌 실제적 가능성으로 생각하는 물리학자들을 어떻게 바라보아야 하는가. 다니엘손은 이런 물리학자들을 심각하게 취급하지 말라고 하지만, 이러한 현상은 현대 물리학이 처한 어려움을 보여주는 방증이라고 볼 수 있다. 다니엘손은 <세계 그 자체>에서 수학이 우주보다 더 본질적이라고 생각하는 물리학자들의 태도가 이런 귀결을 낳았다고 비판한다. 다시금 곱씹어 보자. 수학은 도구일 뿐이다. 우주가 수학적으로 보이는 것은 우리가 그렇게 기술하기 때문이다. 

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[1] 종종 '다중우주(multiverse)'라고 부르기도 하는데, 인플레이션 이론의 귀결로서, 또는 관측가능한 우주보다 더 큰 우주가 존재한다는 개념으로서의 다중우주는 양자역학 해석의 하나인 평행우주와는 다르다. 

[2] 10월에 상영 1주년 기념 돌잔치(재상영)를 한다고 한다. 

[3] 다세계가 실제로 존재하는지에 대한 (농담적) 테스트 방법인 양자 러시안 룰렛에 대해: https://blog.aladin.co.kr/746092183/8842233

크리스토퍼 놀란의 <오펜하이머>

지난 8월 15일에 개봉했던, 물리학자들의 영화, <오펜하이머>. 여러 메시지가 있지만, 내게 아직도 악몽을 선사하는 장면은 오펜하이머가 보안위원회에서 증언하다가 연인이었던 진과 의자에 발가벗겨진 채 앉아 있는 부분이다. 개인의 자유를 수호하기 위해 만들어진 국가가 어디까지 개인의 자유를 침범할 수 있는가. 인간이 만들어낸 국가라는 개념이 어떻게 존재하며 개인에게 촉수를 뻗치는가. 다른 이들의 생명을 보호하기 위해 한 개인의 사생활은 침해되어도 괜찮은가. 놀란 감독은 이 자극적 장면을 통해 질문을 던진다. 

수학과 자연

이론물리학자(더구나 끈이론 연구가)인 울프 다니엘손의 말을 자꾸 곱씹게 된다. 어찌 보면 당연한 말인데...

  Mathematics does not rule the universe; we use it to describe what we discover in the universe. (<The World Itself>, p. 17)

우주가 물리학자들 하듯 수학 계산을 통해 지구의 궤도를 결정하거나 원자 안에서 전자가 존재할 확률을 부여하는 것이 아님은 누구나 동의할 것이다. 하지만 왜 우리는 우주가 '수학적'이라고 생각하는 것일까. 왜 더 나아가 수학이 '더 본질적'이라고 생각하는 것일까. 다니엘손은 이러한 생각의 바탕에 물질과 의식을 분리하여 생각하며 의식이 물질을 지배한다는 이원론적 세계관이 깔려있다고 지적한다. 

완전히 상반된 의견을 표방하는 두 권의 책을 위에 모았다.