[마이리뷰] 초끈이론의 진실

초끈이론의 진실 - 이론 입자물리학의 역사와 현주소
피터 보이트 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2008년 10월

현대 입자물리학의 많은 이론들은 초끈이론과 M이론에 근거하여 논지를 전개하지만, 「초끈이론의 진실」은 초끈이론이 실험 증거 없이 수학적 아름다움에 근거하여 타당성을 추론할 뿐임을 지적한다. 책이 발간된 2006년부터 많은 시간이 흘렀기에, 이 책의 비판 중 일부는 맞지 않을 수 있다.

하지만, 과거 노자의「도덕경」에 대한 수 많은 논의가 있었으나 「곽점본 노자」의 발견이 이들 중 다수를 폐기시켰던 사례를 생각해 본다면, 초끈이론을 비롯한 과학 이론 역시 절대진리가 아닌 하나의 이데올로기임을 떠올리게 된다...

초끈이론이 아름답고 우아하게 보이는 이유는 학자들의 꿈과 희망이 이론을 앞서가기 때문이다. 그러나 해가 거듭될수록 이들의 꿈이 이루어질 가능성은 점점 더 희박해지고 있다. 초끈이론학자들은 아름다운 물리적 아이디어나 기본 대칭원리에서 유도된 간단한 방정식 중 하나가 우주의 복잡한 구조를 일거에 설명해 줄 것으로 기대하고 있으나, 지난 20년 동안 총력을 기울였음에도 불구하고 그런 환상적인 방정식은 발견되지 않았다
이것이 바로 초끈이론의 현실이다.(p389) 「초끈이론의 진실」중

우주의 근본 요소들을 더욱 깊이 이해하려면 초대칭이나 초끈이론 등 지난 20여년 동안 이론물리학의 주류로 굳어져 온 이데올로기에서 벗어나야 한다.(p391) 「초끈이론의 진실」중

[마이리뷰] 과학적 경험의 다양성

과학적 경험의 다양성 - 신의 존재에 관한 한 과학자의 견해 ㅣ 사이언스 클래식 16
칼 세이건 지음, 박중서 옮김 / 사이언스북스 / 2010년 7월

「과학적 경험의 다양성」에서 칼 세이건은 신에 대한 이야기를 하지만, 리처드 도킨스와 같은 극단적인 과학자와는 달리 존재에 대한 이야기를 직접적으로 말하지 않는다. 종교의 한계에 대해서도 말을 하지만, 동시에 오늘날 종교의 역할에 대해서 긍정적인 면도 표현된다.

본문에서 칼 세이건에게 신의 존재, 종교의 교리는 중요하지 않은 듯하다. 이런 관념보다는 우리 모두가 서로 의존적이라는 관계와 실제가 중요함을 세이건은 강조한다. 해왕성에서 지구를 바라보듯 멀리서 관찰했을 때 모든 것이 보인다는 그의 말 속에서, 그가 긍정한 스피노자의 하느님/신을 ‘영원의 상‘ 아래서 우리는 발견할 수 있다...

저는 하느님의 정의에 있어서 두 가지 양극단을 설명해 볼까 합니다. 하나는 가령 스피노자나 아인슈타인이 말한 것으로서, 이것은 더도 덜도 아닌 자연 법칙의 총합으로서의 하느님입니다. 이때는 당연히 하느님이 있다고 해야할 것입니다.(p290)... 이것과는 다른 경우가 있습니다. 여기서 말하는 하느님의 개념은 흰 수염을 기른 덩치가 커다란 남자로, 저 하늘의 보좌에 앉아서 참새가 떨어지는 것 하나하나까지 일일이 계산하는 존재입니다. 이런 종류의 신에 관해서라면, 저는 아직까지는 그 존재에 대한 어떤 증거조차도 없다고 말씀드릴 수 있습니다.(p291)

프로이트의 견해는 ˝근본을 따져 보면, 하느님이란 결국 높여진 아버지에 불과하다.˝라는 것이었습니다... 프로이트에 따르면 우리는 스스로의 감정적 경향을 코스모스에 억지로 집어넣는 것입니다.(p231)

종교는 매우 현저한 방식으로, 그리고 어떠한 신비적인 올가미조차도 없이, 어른에게는 윤리적 표준을, 아이들에게는 이야기를, 사회 구조에는 청년들을, 우울한 시기에는 위안을, 과거와의 연속성을. 미래에 대한 믿음을 제공해 줍니다. 하지만 종교가 제공해 주지 ‘못하는‘ 것도 상당히 많습니다.(p244)

저는 공간적으로나 시간적으로나 지구에 대한 올바른 관점을 지니는 것이야말로 뭔가 거대한 힘을 지닌 것이라고 생각하는 바입니다.(p270)... 이 지구는 실제입니다. 지구상의 생명 역시 실제이며, 오늘날 이 지구를 위험에 처하게 한 정치적 분열은 하나같이 인류의 고안품입니다. 시나이 산에서 하느님께서 직접 내린 계명 같은 것이 결코 아닙니다. 이 작은 세계에 사는 모든 생명체들은 상호 의존적입니다.(p271)

[마이리뷰] 성운의 왕국

성운의 왕국 ㅣ 지만지(지식을만드는지식) 자연과학선집
에드윈 허블 지음, 장헌영 옮김 / 지만지(지식을만드는지식) / 2014년 2월

 밀도의 예상이 완전히 믿을 만하다면 필요한 크기의 곡률 반경은 증거에 의해 제외될 것이다. 그러나 그렇게 확실한 해는 보증되지 않는다. 중요한 자료는 오차로 둘러싸여 있다. 자료를 인내의 한계까지 밀어 넣으면 우리는 속도편이를 조사의 체제 안으로 억지로 밀어 넣을 수 있다. 우주는 인지할 수 있는 바로 그 작은 경계 안에서 물질로 가득할 것이다. 반면 속도편이로서 해석을 포기한다면 적색편이 안에서 의미조차 알려지지 않고 지금까지 인지하지 못하던 원리를 발견할 것이다. 이론은 여전히 일반 상대론의 팽창하는 우주에 집착하고 있다. 그러나 팽창률은 관측으로 알 수 없다.(p283)

[마이리뷰] 물리의 정석: 양자 역학 편

물리의 정석: 양자 역학 편 ㅣ 물리의 정석
레너드 서스킨드.아트 프리드먼 지음, 이종필 옮김 / 사이언스북스 / 2018년 5월

계가 뜻하는 바는 무엇이며 계의 순간적인 상태를 어떻게 기술할 것인가? 이 질문에 대한 고전적인 답과 양자적인 답은 아주 다르다. 고전적인 위상 공간 - 좌표와 운동량의 공간 - 은 양자 이론에서 상태의 선형 벡터 공간으로 대체된다... 상태가 시간에 따라 어떻게 변하는가? 고전 역학과 양자 역학 모두에서 상태는 정보와 구별이 결코 지워지지 않도록 변한다. 고전 역학에서는 이 원리가 해밀턴 방정식(Hamilton's equations)과 리우빌 정리(Liouville's theorem)로 이어진다. 양자 역학에서는 이 법칙이 일원성의 원리로 이르게 되고 일원성의 원리는 다시 일반적인 슈뢰딩거 방정식에 이른다.(p341)

양자 역학이야말로 자연에 대한 진짜 기술이다. 고전 역학은 아름답고 우아하지만, 하나의 근사일 뿐이다. (p360)

방사성 폐기물의 양면성과 후쿠시마 원전 오염수 방류

방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가 ㅣ 대우학술총서 신간 - 과학/기술(번역) 499
콘라드 크라우스코프 지음, 김지영 외 옮김 / 아카넷 / 2001년 1월

  에너지 생산을 최대화하기 위해서는 플루토늄과 우라늄의 분열성동위원소들을 회수하기 위한 사용후 핵연료의 재처리를 해야 한다. 그러나 이는 정치적 관심사와 충돌하게 되었다. 사용후 핵연료의 재처리가 일반적으로 실행된다면 플루토늄을 생산하는 많은 공장들이 세워질 것이고, 좋지 못한 목적으로 그것을 이용하려 하는 테러리스트 등에 의해 플루토늄을 도난당할 가능성이 커지기 때문이다... 재처리에 대한 논쟁은 현재 사용후 핵연료가 양면성을 가지고 있음을 의미한다. 한쪽에서 보면, 방사성폐기물이고 다른 한쪽에서 보면 미래의 가치있는 에너지원이다.(p45) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

 콘라드 크라우스코프(Konrad Krauskopf)는 <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가 Radioactive Waste Disposal and Geology>에서 방사성폐기물 처리의 위험에 대해 말하면서 동시에 폐기물 처리의 양면성을 지적한다. 저자의 말에 따르면 현재 기술로는 폐기물이지만 고열과 여전히 많은 방사성 동위원소들을 포함하고 있는 이들은 향후에는 훌륭한 자원이 될 수 있기에 이들을 영구매립해야하는가에 대해서 논란이 생길 수 밖에 없다는 것이다.

[그림] 세계 셰일가스 매장량 분포 현황(출처 : 아시아투데이)

  이와 비슷한 사례로 셰일(shale)가스 혁명을 들 수 있을 것이다. 전통적인 원유 채굴방식과 달리 셰일 층에서 원유를 추출하는 방식은 예전에는 많은 비용이 소비되었으나, 기술이 발달한 현재는 적은 비용으로 원유를 추출할 수 있게 되었다. 그리고, 이러한 셰일 가스 혁명으로 인해 미국은 최근 에너지 패권마저 가져갈 모양새다. 방사성 폐기물이 장래 이렇게 되지 않으리라는 보장 또한 없기에, 폐기물의 영구 매립에 대해서는 찬반이 엇갈린다.

 지난 2011년 3월 동일본 대지진 방시 후쿠시마 원전에서 발생한 수소폭발 사고 당시 더 큰 피해를 막고자 일본 정부에서는 급히 냉각수를 투입하고 이를 막았으나, 이로 인해 오염수가 발생했다. 그런데, 최근 일본에서는 바로 후쿠시마 제1원전의 고준위 방사성 오염수 100만 톤을 바다에 방류할 계획이 있다고 하여 현재 많은 국민들이 분노와 걱정을 하고 있다. 그렇다면, 후쿠시마 오염수의 방류는 무엇이 문제일까.

[기사] https://www.yna.co.kr/view/AKR20190807146200004)

 여러 종류의 방사성폐기물 중 "고준위 폐기물(HLW, high-level waste)"라고 지칭할 때는 원자로의 운영에 의해 직접적으로 생산되는 폐기물로 한정되며, 후속 화학처리를 하거나 하지 않은 것에 관계가 없고, 나머지 모든 폐기물은 "저준위"로 취급된다.(p35) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

 일반적으로 두 가지 종류의 주요 고준위폐기물이 누적되고 있는데, 원자력발전소 부지 내의 수조 안에 보관되어 있는 사용후 핵연료봉과, 플루토늄을 생산했거나 생산중인 몇몇 나라에 있는 강철 탱크 내의 재처리 폐기물이다. 강조해야 할 점은 이 두 종류의 폐기물 모두는 현재 환경으로부터 적절히 격리되어 있다는 것이다.(p45) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

 사용 후 고열과 방사선을 외부로 방출하는 핵연료봉을 식히는 냉각수는 원자로의 운영과 직접적인 연관이 있기에 고준위 폐기물임에 틀림없다. <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가>에서는 이러한 고준위 폐기물은 고체상태로 전환되어 처리되는 것이 안전한 처리라고 설명하는데, 이는 지상에서 지하수에 스며드는 것을 방지하기 위함이다. 그렇지만, 후쿠시마 오염수는 액체상태로 바다로 던져지게 된다. 

 우리는 지표면 환경에서 멀리 떨어져 있으면서 더 이상 감시할 필요가 없는 곳에 폐기물을 놓아둘 장소가 필요하다. 이를 위해 폐기물을 지하 심부로 옮겨놓아야 한다는 데 대해서 일반적으로 동의한다. 안전성을 보장하기 위해서는 모든 폐기물이 매립 전에 고체로 전환되어야 한다.(p48) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

 방사성폐기물을 단순히 바다에 던져버리는(투기 dumping) 방법은 매우 낮은 준위의 물질들의 경우를 제외하고는 안전한 처분 방법이 아니라는 데 대해서는 대개 의견이 일치한다. 대양저(바닥)에 있는 퇴적물 내에 묻는 방법(매립)은 그러나 고려할 만한 가치가 있다.(p65)... 대양의 부피는 엄청나고 인간이 발생시킨 폐기물의 부피는 상대적으로 작아서 간단한 희석작용에 의존하여 폐기물 내에 있는 모든 독성물질의 농도를 감지할 수 없을 정도의 수준으로 신속히 감소시킬 수 있는 것처럼 보인다. 이러한 생각과 주장은 대양 내에서 혼합작용이 충분히 신속하고 널리 일어난다면 타당하다고 할 수는 있으나 그런 신속한 혼합작용이 있을 것이라고 보장할 수는 없다... 따라서 어떤 종류의 방사성폐기물도 연안 해수 밖에 있도록 유지해야 하고, 고준위폐기물은 개방된 대양 내 어느 곳에 위치해서도 안된다는 데 대해 보편적으로 동의하고 있다.(p174) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

  결국, <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가>의 내용에 따르면 고준위 폐기물 처리 시 액체 상태로 바다에 던져버리는 것은 가장 위험한 방법임을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 후쿠시마 오염수를 무책임하게 바다에 투하하려는 일본 정부의 행태는 비판하지 않을 수 없다.

 처분장에 있는 폐기물이 모두 미래의 어느 한때에 한꺼번에 방출되고, 그것들이 가까이에 있는 인간들에게 접근하게 된다고 가정하면, 폐기물은 1억 년 이상 유독한 상태로 남아 있을 것이다.(p76) <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가> 中

 <방사성폐기물 어떻게 처리할 것인가>는 핵폐기물처럼 우리에게 핵(核)을 바라보는 두 관점을 제시한다. 미래의 자원으로 볼 것인가, 아니면 우리를 천천히 피폭(被曝, radiation poisoning)시키는 핵무기로 볼 것인가. 이러한 관점의 차이는 원자력의 경제성에 대한 많은 논란을 가져오겠지만, 분명한 것은 안전(安全)이 전제되지 않는 상태에서는 어떠한 논의도 무의미할 것이다. 그리고, 이의 연장선상에서 후쿠시마 원전의 오염수 방류 문제는 단순히 일본 국내 문제가 아닌 전세계가 관심을 가져야 할 심각한 사항임을 다시 한 번 확인하며 리뷰를 마무리한다.

PS. 사용 후 핵연료와 관련하여 KBS에서 제작한 <10만년 후>는 핵의 위험성에 대해 잘 알려준다 생각되기에 관련 영상을 공유한다...