˝모든 것은 파동˝이라는 주장

모든 것에 양자가 있다
요시다 노부오 지음, 김정환 옮김, 강형구 감수 / 문학수첩 / 2024년 6월

새로운 통찰을 얻을 수 있을까 해서 읽기 시작했는데, 저자의 주관이 상당히 개입된 주장이 제시된다. "빛이나 전자는 파동이라고 잘라 말해도 상관 없는 것이다."(85페이지), "즉 전자는 파동이다. 조건에 따라서 때때로 입자처럼 움직이는 경우가 있을 뿐이다."(86 페이지)와 같은 주장이 계속된다. 저자는 양자론을 '양자장론'을 통해 파동으로 이해하면 모든 현상을 상식적으로 이해할 수 있다고 얘기하며, 이전의 뛰어난 물리학자들, 보어, 하이젠베르크, 디랙 등이 입자에 기반하여 양자론을 펼쳤기 때문에 양자론이 비상식적이라는 인상을 주었다고 주장한다. 그의 영웅은 양자장론에 기여했다는 아인슈타인, 슈뢰딩거, 요르단, 보른, 파울리 등이다. 저자가 제시하는 견해는 책을 읽어도 잘 납득이 되지 않아 안타깝다. 

물리학자들이 자신이 생각하는 이론으로 세상을 이해할 수 있다고 주장할 때 종종 발생하는 문제점이 있다. 이론이란 인간이 자연을 이해하기 위해 만들어낸 것이라는 점을 잊어버리는 것이다. 그리고 궁극의 최종 이론 하나만으로 자연을 이해할 수 있다고 주장하면서 이전의 이론은 틀렸다고 말하는 것이다. 나도 옛날에는 그렇게 생각했다. 하지만 지금은, 현상을 설명하는 여러 이론이 있으면, 관점의 차이라고 생각한다. 어차피 이론은 인간이 만들어낸 것이고, 자연이 실제로 이론이 기술하는 대로 행동하리란 보장은 없다. 이론의 가치는 예측성에 있다. 그 이론을 가지고 현상을 예측할 수 있으면 유용한 것이다. 저자는 이러한 이론의 한계에 대해서는 전혀 생각해보지 않은 듯 싶다. 

이 책을 읽고 위에 인용한 문구 외에 내가 얻은 것이 있을까. 별로 없는 것 같다. '양자장론'을 공부해 보고 싶은 생각은 들었다. 

글 속의 문장 몇 개를 옮겨 놓는다. 

  하이젠베르크나 디랙은 전자가 입자라고 가정한 상태에서 그 움직임이 파동적이라는 이론을 구축했는데, 이는 자연계의 실태를 적절히 파악한 게 아니다. 가령 원자에 속박된 전자에 대해서는 어떤 궤도를 그리면서 운동하는지 결정할 수 없다. 그런데 이 상황을 '전자는 입자인데 어째서인지 궤도가 정해져 있지 않다'라고 해석하면 상식적으로 이해할 수 없는 이상한 사태가 될 것이다. 그러나 슈뢰딩거 혹은 요르단처럼 '전자는 파동이며, 외부로부터의 작용으로 정상파가 흐트러지지 않을 때에 한해 입자처럼 움직인다'라고 생각하면 그다지 기묘하게 느껴지지 않는다. 원자 내부에서 전자의 궤도를 특정할 수 없는 이유는, 원자핵으로부터 전기적인 힘이 지속적으로 작용해서 전자의 파동이 안정된 공명 상태를 형성하지 못하는 까닭에 입자적인 움직임을 보이지 않기 때문이다. (176~177 페이지)

  베타붕괴가 일어나는 사례에서는 초보다 몇 자리는 짧은 순간마다 다른 역사로 분기하게 된다. 화학반응의 경우도 반응 전후의 상태는 서로 간섭하지 않으므로, 세계 어딘가에서 분자 1개가 화학반응을 일으킬 때마다 별개의 역사가 탄생한다. 이런 무수한 역사가 전부 평행 우주로 실현된다고는 도저히 믿기 어렵다. 베타붕괴나 화학반응 같은 간섭하지 않는 상태로의 변화(탈간섭)에 따라 구별되는 역사는 식으로 표현될 뿐인 가상적인 것으로, 실제로는 그중 하나가 실현된다고 생각하는 것이 타당하다. (220 페이지)

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  '관측자까지 포함해서 모든 것이 개별적인 평행 우주에 실재한다'라는 해석도 불가능하지는 않지만, 너무나도 비상식적이기 때문에 이를 진지하게 주장하는 물리학자는 거의 없다. (221 페이지)

평행 우주를 진지하게 주장하는 유명한 물리학자로는 MIT의 맥스 테그마크가 있다. 그는 심지어 우주가 수학구조의 일부라고 주장한다(mathematical universe hypothesis). 

  하이젠베르크 등의 이론에서는 인간의 관측이 물리현상의 귀추를 좌우한다. 그러나 상상이 불가능할 정도로 광대한 우주에서 먼지 정도밖에 안 되는 행성에 달라붙어 살고 있는 인간이 그렇게 중요한 역할을 담당한다고 생각하기 어렵다. 간섭의 유무에 따라 양자론적인 과정을 구별한다는 견해는 내가 아는 한 양자론의 가장 합리적인 해석이다. (222 페이지)

  양자론은 결코 상식을 벗어난 이해할 수 없는 이론이 아니다. 기본이 되는 것은 물리현상의 근간에 미세한 파동이 존재한다는 발상이며, 세상은 이 파동을 통해 안정과 질서를 얻는다. 갇힌 파동이 공명 패턴이 되는 정상파를 형성함으로써 일정 질량을 가진 소립자가 생겨나고 원자의 에너지가 이산적인 값이 된다. 파동의 패턴이 반복된 결정(結晶)이 거시적인 물질을 형성하며, 고분자로 보이는 다양한 에너지 상태 사이의 전이가 복잡 정묘한 생명현상을 가능케 한다. (245 페이지)

  양자론이 너무나도 이해하기 어려운 이론이 된 원인은 아마도 하이젠베르크나 디랙이 추상적인 수학을 바탕으로 체계화를 진행한 데 있을 것이다. 하이젠베르크는 보른과 요르단이 발견한 '교환관계'를 원리로 삼는 체계적인 이론을 세 사람의 공동 논문에서 전개했고, 디랙도 독자적으로 같은 방향의 연구를 진행했다. 이 조류에 20세기 최고의 수학자로도 불리는 존 폰 노이만이 가세함으로써 힐베르트 공간이라는 추상 수학의 도구를 사용한 양자론의 체계가 완성된다.

  그러나 이렇게 해서 얻은 수학적 체계가 물리현상을 정확히 기술한다고는 도저히 믿기 어렵다. 애초에 제5장에서 설명한 교환관계가 정말로 원리라는 증거도 없다. (246 페이지)

[100자평] 사냥꾼들

사냥꾼들
제임스 설터 지음, 오현아 옮김 / 마음산책 / 2016년 5월

전투기 조종사의 삶을 통해 인간 존재의 부조리, 열망, 경쟁, 그리고 이를 초월하려는 한 인간의 고독한 모습을 보여준다. 번역서임에도 설터의 간결한 문체에서 배어나오는 시적인 묘사를 느낄 수 있다.

생명 현상의 배후에 있는 양자론

  수많은 원자로 구성된 분자가 안정된 구조를 유지하고 복잡한 반응을 실현하는 것은 원자 층위의 물리현상을 지배하는 것이 바로 양자론이기 때문이다. 생물이 보여주는 복잡 정묘한 현상을 설명하는 일에 생기론은 필요 없으며, 이런 현상은 양자론으로 해명할 수 있다(있을 터이다).

  양자론은 그것이 생물이든, 생물이 아니든 원자 수준의 온갖 현상을 지배한다. 물질에 크기나 형태가 있는 것도, 물 분자를 구성하는 원자들이 일정한 각도를 유지하는 것도, 엽록소가 복잡한 구조를 유지하는 것도 모두 양자 효과의 결과물이다. ... 물질을 구성하는 요소 사이의 전기적 상호작용을 양자론에 입각해서 기술하면 복잡한 구조가 (외부의 누군가가 의도적으로 형태를 바로잡는 것이 아니라) 자율적으로 형성된다는 사실을 알 수 있다. (26 페이지)

모든 원자가 같은 성질을 지니는 것은 단순히 같은 물리법칙을 따르기 때문이 아니라, 그 법칙을 통해서 실현되는 시스템의 물리적 성질이 동일하기 때문이다. 그리고 이는 같은 공명 패턴이 되는 정상파가 형성되었다고 생각할 때 비로서 설명이 가능하다. 

... 양자론의 본질은 온갖 물리현상의 기저에 파동이 존재한다는 것이다. 양자 효과란 기저에 존재하는 파동의 성질이 표면화하는 것이라고 말할 수 있다. (63 페이지)

  양자장론에 따르면 모든 물리현상의 근간에는 장의 파동이 있다. 각각의 장에는 이른바 전용 공간이 있고, 그 내부에 장의 파동이 갇혀서 정상파를 만든다. 주위의 간섭 없이 고립된 파동의 경우 특정 에너지를 갖는 안정된 공명 패턴을 형성하는데, 이 안정된 패턴이 마치 입자인 것처럼 움직이게 된다. (82 페이지)

신진서 9단의 바둑과 삶

대국 - 기본에서 최선으로
신진서 지음 / 휴먼큐브 / 2024년 8월

자타공인 세계 1위인 신진서 9단이 지금까지 걸어온 길과 바둑에 대한 생각을 펼친 책이다. 2000년 생, 이제 채 25살이 되지 않은 젊은이이지만, 그의 노력과 인생과 생각이 묵직하다. 타고난 재능을 갈고 닦아 전성기인 지금에 이르렀고, 앞으로가 더욱 기대된다. 이 책을 읽고 더욱 그를 응원하고 싶어졌다. 바둑을 아무리 잘 둬도 항상 승리만을 할 수는 없다. 패배를 어떻게 잘 감당하는지가 더 중요하다. "바로 다음 대국" 한 판만을 생각한다는 그, 그러한 한 판 한 판이 쌓여 그의 길과 바둑의 역사가 되리라. 

Josh Groban – Gira Con Me

[Strofa 1] Il mondo gira con me questa notte Piccoli passi che faccio con te Seguo il tuo cuore e seguo la luna Così nascosta lontana da me [Strofa 2] Il mondo gira con noi questa notte Ah, esistesse lontano da qui Un posto dove scoprire il mio cuore Sapere se lui può amarti o no [Ritornello] E girerà, e girerà Il cuore mio assieme a te E girerà la terra Girerà la mia vita E un giorno lui sì, sì capirà [Strofa 3] Sei tu che giri con me questa notte Sei tu che giri lontana da qui Ma sì, io so che tu sei la mia luna Qualcosa mostri, qualcosa no [Strofa 4] Ci sono strade azzurre nel cielo Ci sono occhi e il cielo è già lì Sì, questo credo che siano le stelle Ah, se potessi fermarmi così [Ritornello] E girerà, e girerà Il cuore mio lontan da te E girerà la terra Girerà la mia vita E un giorno lui sì, sì capirà [Strofa 5] Cuore, già lontano Sì tu sei la luna Potessi scoprirlo nel cielo [Ritornello] E girerà, e girerà Si girerá, il cuore mio Girerá la terra Girerá la mia vita E un giorno lui sì, sì capirà Un giorno lui sì, ti capirà

[Verse 1] The world turns with me tonight Small steps I take with you I follow your heart and I follow the moon So hidden away from me [Verse 2] The world turns with us tonight Ah, if it existed far from here A place to discover my heart To know if it can love you or not [Refrain] And it will turn, and it will turn My heart with you And the earth will turn It will turn my life around And one day it will, yes, understand [Verse 3] It's you who walks with me tonight It's you who turns away from here But yes, I know that you are my moon Some you show, some you don't [Verse 4] There are blue streets in the sky There are eyes and the sky is already there Yes, I think this is the stars Ah, if I could stop like this [Refrain] And it will turn, and it will turn My heart is far from you And the earth will turn It will turn my life around And one day it will, yes, understand [Verse 5] Heart, already far away Yes you are the moon If only I could find it in the sky [Refrain] And it will turn, and it will turn It will turn around, my heart The earth will turn My life will turn And one day it will, yes, understand One day it will understand you