아인슈타인처럼 양자역학하기
<div class="booxen_detail_left booxen_tl" style="width: 900px; margin: 0 auto; float:none; text-align:left; "> <h3 style="padding: 0 0 4px 0px; f color:#323232; margin-top:30px; position:relative; z-index:1; clear:both; border-bottom:1px solid #7f7f7f;line-height:180%;font-family: '맑은 고딕', 'Gulim';font-size: 20px; font-weight: bold;"><div class="tit" style="vertical-align:-2px; margin-right:6px;text-align:left;">■ 책소개</div><span class="topBtn" style="position: absolute; right: 0; top: 9px;text-align:left;"></span></h3> <div class="detail_con" style="width: 745px;text-align:left;margin-top:10px;"><span style="display:block;text-align:left;"> 양자역학을 이해하기 위해 현실적인 관점을 포기할 필요는 없다!<br>현실주의적 양자역학의 대표 주자 리 스몰린이 들려주는 과감하고 새로운 양자역학 이야기<br>양자역학은 분명히 신비롭고 기이하다. 하지만 그것이, 지금 정설로 여겨지는 양자역학이 무언가를 잘못 이해했기 때문이라면? 이쪽에서의 양자 관측이 저쪽 양자에 영향을 주는 이유가 ‘관찰’ 때문이 아니라면? 관찰자의 의식과 관계없는 엄연한 현실이 존재한다면? 아인슈타인은 바로 그런 관점에서 지금의 양자역학을 끝까지 인정하지 않은 사람이었다. 결국 그의 현실주의적 관점은 비주류가 되었으나, 그 바통을 받아 연구를 이어온 과학자들이 있다. 그 대표 주자 중 한 사람인 리 스몰린은 이 책에서 양자역학의 기본개념 · 이론 · 역사에서부터 지금 양자물리학 연구가 처한 한계와 그것을 극복하려는 학계 최전선의 연구들까지 샅샅이 살피며 자연의 근본 원리를 찾아가는 모험으로 우리를 초대한다.</div> <h3 style="padding: 0 0 4px 0px; f color:#323232; margin-top:30px; position:relative; z-index:1; clear:both; border-bottom:1px solid #7f7f7f;line-height:180%;font-family: '맑은 고딕', 'Gulim';font-size: 20px; font-weight: bold;"><div class="tit" style="vertical-align:-2px; margin-right:6px;text-align:left;">■ 상세이미지</div><span class="topBtn" style="position: absolute; right: 0; top: 9px;text-align:left;"></span></h3> <div class="detail_con" style="width: 745px;text-align:left;margin-top:10px;"><span style="display:block;text-align:left;"> <img src='http://biblio.booxen.com/IMG544/IMG_DTL/97889/3498/9788934980087_DTL.jpg'></img></div> <h3 style="padding: 0 0 4px 0px; f color:#323232; margin-top:30px; position:relative; z-index:1; clear:both; border-bottom:1px solid #7f7f7f;line-height:180%;font-family: '맑은 고딕', 'Gulim';font-size: 20px; font-weight: bold;"><div class="tit" style="vertical-align:-2px; margin-right:6px;text-align:left;">■ 목차</div><span class="topBtn" style="position: absolute; right: 0; top: 9px;text-align:left;"></span></h3> <div class="detail_con" style="width: 745px;text-align:left;margin-top:10px;"><span style="display:block;text-align:left;"> 서문<br><br>1부 비현실에 대한 믿음<br>1장 자연은 숨기기를 좋아한다<br>2장 양자<br>3장 양자는 어떻게 변하는가<br>4장 양자는 어떻게 공유되는가<br>5장 양자역학으로 설명되지 않는 것들<br>6장 반현실주의의 승리<br><br>2부 다시 태어난 현실주의<br>7장 현실주의의 도전-드브로이와 아인슈타인<br>8장 데이비드 봄-되살아난 현실주의<br>9장 양자상태의 물리적 붕괴<br>10장 마술 같은 현실주의<br>11장 비판적 현실주의<br><br>3부 양자를 넘어서<br>12장 혁명의 대안<br>13장 교훈<br>14장 원리가 먼저다!<br>15장 관점의 인과론<br><br>에필로그/혁명. 나에게 남기는 메모<br><br>감사의 말<br>옮긴이의 말<br>주<br>용어 해설<br>더 읽을거리<br>찾아보기</div> <h3 style="padding: 0 0 4px 0px; f color:#323232; margin-top:30px; position:relative; z-index:1; clear:both; border-bottom:1px solid #7f7f7f;line-height:180%;font-family: '맑은 고딕', 'Gulim';font-size: 20px; font-weight: bold;"><div class="tit" style="vertical-align:-2px; margin-right:6px;text-align:left;">■ 출판사서평</div><span class="topBtn" style="position: absolute; right: 0; top: 9px;text-align:left;"></span></h3> <div class="detail_con" style="width: 745px;text-align:left;margin-top:10px;"><span style="display:block;text-align:left;"> 양자역학은 아직 완성되지 않았고<br>아인슈타인의 혁명은 계속된다<br><br>양자역학을 이해하기 위해 현실적인 관점을 포기할 필요는 없다!<br>현실주의적 양자역학의 대표 주자 리 스몰린이 들려주는<br>과감하고 새로운 양자역학 이야기<br><br>★★★ "앞으로 설명되어야 할 것들에 대한 최고의 설명.”_조지 다이슨, 《튜링 대성당》 저자<br><br>우리의 의식이 자연을 바꾼다? 양자역학은 그렇게 이상하지 않다!<br>아인슈타인으로 대표되는 현실주의적 관점으로 양자세계를 바라본다는 것은?<br>양자역학은 많은 이들이 신비롭고 기이한 것, 객관적인 세계가 존재함을 전제로 하는 기존의 과학과는 대비되는 것으로 여긴다. 하지만 그것이 지금의 양자역학이 무언가를 잘못 이해했기 때문이라면 어떨까?<br><br>"모든 것은 다음 두 질문에서 시작된다.<br>첫째, 물질은 인간이 자신을 알건 모르건 상관없이 자신만의 안정적인 특성을 갖고 있는가? <br>둘째, 인간은 물질의 특성을 이해하고 서술할 수 있는가?<br>앞으로 이 책에서 제시할 답은 과학의 본질과 목적, 그리고 과학의 역할에도 중대한 영향을 미친다. 사실 이것은 현실과 환상의 경계에 관한 질문이다.”_서문에서<br><br>이 두 질문에 ‘예스’라고 답했다면, 당신은 현실주의자이며 지금 정설로 굳어진 양자역학을 납득하기는 어려울 것이다. 그것은 두 질문에 모두 ‘노’라고 답하기 때문이다. 지금의 양자역학은 이렇게 말한다. "관찰(의식)이 물질에 영향을 미친다. 우리는 확률만 겨우 알 수 있다. 예측은 불가능하다.” 또 이렇게 말하기도 한다. "당신이 눈을 감았다가 뜨면 원자는 어디엔가 분명히 존재한다. 하지만 다시 눈을 감으면 원자는 ‘모든 가능성이 내재된 파동’으로 돌변한다. 그리고 다시 눈을 뜨면 원자는 ‘특정 위치를 점유하고 있는 입자’로 돌변한다.”<br>아인슈타인은 이런 설명이 말이 안 된다고 생각했고, 그래서 끝까지 닐스 보어, 베르너 하이젠베르크 등이 주장한 반현실주의적 관점의 양자역학을 받아들이지 않고 새로운 양자이론을 찾으려고 했다. 이처럼 현실주의적 관점으로 양자의 거동을 설명하려는 시도는 아인슈타인뿐만 아니라 루이 드브로이, 데이비드 봄, 에르빈 슈뢰딩거 등의 인물에 의해 양자역학이 탄생할 때부터 이루어졌고, 지금까지도 계속되고 있다. 현실주의적 관점은 우리가 관측하지 않아도 자연은 명확한 속성을 가지고 있고, 양자의 거동이 기이하게 느껴지는 이유는 양자역학에 무언가 중요한 요소가 누락되었기 때문이라고 이야기한다. 이것은 양자 연구 일각의 관점이기도 하지만, 끈이론을 비롯한 반현실주의적 양자 연구가 한계에 부딪혀 더 나아가지 못하고 있는 지금 상황에서 유일하게 가능성이 있는 대안적 관점이기도 하다.<br>현실주의적 양자이론의 대표 주자이자 양자 중력 연구의 권위자인 리 스몰린은 이 책에서 양자역학이란 무엇인지, 그것은 왜 비현실적으로 느껴지는지, 지금의 이론은 어떻게 정설로 받아들여졌는지, 양자물리학이 풀어야 할 문제는 무엇인지, 양자물리학 연구는 지금 어디까지 왔는지 등의 물음에 차근차근 답하며 직관과 상식에 맞는 양자이론을 찾아가는 여정으로 우리를 안내한다.<br><br>"양자세계에 들어선 독자들을 진심으로 환영한다. 부담 갖지 말고 부디 편안한 마음으로 읽어주기 바란다. 양자세계는 우리가 사는 세계이니, 남의 집에 무단 침입한 사람처럼 눈치를 볼 필요가 전혀 없다. 그리고 또 한 가지. 모든 미스터리가 풀린 세상보다 풀어야 할 미스터리가 아직 남아 있는 세상이 훨씬 매력적이지 않은가? 이런 점에서 우리는 운이 좋은 사람들이다.”_30쪽<br><br><br>가장 입체적이고 폭넓은 관점으로 만나는 양자역학의 이론·역사·철학<br>복잡한 수식 없이, 양자역학의 기본 개념부터 양자물리학 연구가 나아갈 방향까지<br>이 책의 가장 특징적이고 커다란 장점은 양자역학의 기본 개념과 이론을 복잡한 수식을 사용하지 않고 단순하지만 깊이 있게 설명하며, 그 논리가 닫혀 있지 않다는 점이다. 얽힘, 중첩, 관측 문제, 불확정성 원리 등은 어떤 양자역학 책을 펼쳐도 나오는 가장 기본적인 개념들이지만, 이는 지금 양자물리학 연구가 처한 한계와 풀리지 않은 미스터리로 가는 핵심 통로이기도 하다. 리 스몰린은 그 점을 놓치지 않고 양자역학의 기본 개념과 이론, 쟁점, 역사, 철학을 두루 다루며 매끄럽게 논지를 전개하면서 대가다운 면모를 보여준다. 이 책을 통해 양자역학을 처음 접하는 독자들은 어떤 학문이나 이론을 접하는 가장 좋은 방법은 연구의 쟁점과 역사를 살펴보는 것임을 느끼게 될 것이며, 양자역학에 이미 익숙한 독자들은 알쏭달쏭했던 부분을 명확히 정리하면서 양자역학이라는 학문을 더욱 입체적으로 만나게 될 것이다.<br>이 책은 총 3부로 구성되어 있다. 1부에서는 양자역학의 개발사를 추적하는 데 필요한 기본 개념을 설명하며, 반현실주의를 대표하는 보어와 하이젠베르크가 현실주의의 최고봉인 아인슈타인을 누르고 물리학계의 주류로 떠오르게 되는 과정을 따라간다. 2부에서는 1950년대부터 시작된 현실주의적 접근법인 파일럿파 이론과 자발적 붕괴모형을 소개하고, 이론의 장점과 단점을 분석한다. 이를 통해 양자역학은 현실주의자들도 얼마든지 수용할 수 있으며, 양자역학을 수용하려면 반현실주의자가 되어야 한다는 주장은 사실이 아님을 이해할 수 있다. 마지막 3부에서는 먼저 저자를 포함한 현실주의 물리학자들이 현재 연구 중이며 이후의 발견에 디딤돌이 될 파일럿파 이론, 자발적 붕괴모형, 역인과율, 과거에 기초한 접근법, 상호작용을 교환하는 고전적 다중세계, 초결정주의를 소개하고, 각 이론의 한계와 보완 가능성을 짚는다. 더 나아가 그는 시간과 공간 중 근본적인 양은 시간이며 공간은 부수적인 개념임을 논증하고, 앞으로 우리가 이 세계를 더 잘 설명하게 될 가능성이 충분하다고 이야기한다. 서문에서 ‘돌멩이란 과연 무엇인가?’라는 질문으로부터 시작하는 이 책을 통해 독자들은 우리의 가장 근본을 이루는 물리적 실체에 대한 상상력을 마음껏 펼치고, 현실이야말로 겹겹이 신비롭고 놀라움을 느끼며, 완전히 새로운 관점으로 세상을 바라보게 될 것이다.<br><br>"나는 1970년대부터 양자역학의 문제점을 극복하기 위해 끊엄없이 노력해왔는데, 지금처럼 낙관적인 적이 없었다. 이것이 바로 이 책을 집필하게 된 세 번째 이유이다. 독자들은 이 책을 통해 양자의 한계를 넘어선 세계를 접하게 될 것이다.”_45~46쪽<br><br><br><br>< 책 속에서><br><br>"이것이 바로 그 유명한 관측 문제로, 1920년대에 제기된 후 지금까지 해결되지 않은 채 남아 있다. 100년이 다 되도록 전문가들 사이에서 의견 일치를 보지 못했다는 것은 자연의 기본적 단계에서 우리가 아직 이해하지 못한 부분이 남아 있다는 뜻이다.<br>그러므로 하나의 원자가 여러 곳에 동시에 존재할 수 있는 양자세계와 모든 사물의 위치가 하나로 명확하게 정의되는 일상적인 세계 사이에 어떤 ‘변환점’이 존재할 것이다. 수십 개의 원자로 이루어진 분자를 양자역학으로 서술하면서 고양이를 양자역학으로 서술할 수 없다면, 둘 사이의 어딘가에 양자역학이 더 이상 적용되지 않는 경계선이 존재해야 한다. 관측 문제의 해답을 찾으면 양자세계와 일상적 세계의 경계선이 어디에 있는지, 그리고 변환이 어떤 식으로 일어나는지 알게 될 것이다.<br>물리학자들 중에는 자신이 관측 문제의 해답을 알고 있다고 확신하는 사람들이 있다. 이들이 주장하는 내용은 뒤에 소개할 것이다. 나중에 알게 되겠지만, 관측 문제를 해결하려면 그에 상응하는 대가를 치러야 한다.”_37~38쪽, 〈1장. 자연은 숨기기를 좋아한다〉 중에서<br><br>"양자역학이 우주 전역에 걸쳐 적용된다는 점에는 파일럿파 이론도 전적으로 동의한다. 단, 모든 시간과 장소에 적용되는 것은 파동함수의 진행과 관련된 제1규칙뿐이며, 관측에 의해 파동함수가 붕괴된다는 제2규칙은 적용되지 않는다. 이는 곧 관측행위를 여타의 물리적 과정과 구별하지 않는다는 뜻이다.<br>파일럿파 이론에 의하면 모든 만물(원자, 광자, 가이거계수기, 고양이, 사람 등)은 파동과 입자라는 두 개의 ‘실체’를 동시에 갖고 있다. 고양이나 가이거계수기처럼 수많은 원자로 이루어진 거시적 물체들은 파동성과 입자성이 엄청나게 복잡하다. 예를 들어 고양이의 특성을 양자역학적으로 서술하려면 고양이를 구성하는 모든 입자의 위치를 일일이 알아야 한다. 여러 입자의 상대적 위치정보를 배열이라 하는데, 고양이를 구성하는 원자가 워낙 많기 때문에 고양이의 배열을 서술하려면 엄청난 양의 정보가 필요하다.”_177쪽, 〈8장. 데이비드 봄―되살아난 현실주의〉 중에서<br><br>"위에 언급한 이론들 중 일부에서 자발적 붕괴는 무작위로 일어나고 붕괴될 확률만 예측할 수 있다. 처음에 시작했던 불확정성과 확률로 되돌아간 셈이다. 확률은 무지나 신념의 결과가 아니라 근본적인 법칙에 내재되어 있다. 붕괴가 무작위로 일어나면 양자역학의 불확정성을 설명할 수 있으며, 오직 관측행위만이 파동함수를 붕괴시킬 수 있다는 불편한 가정을 내세울 필요도 없다. 그러므로 확률은 현실주의적 관점에서 완벽하게 설명되며, 이것은 매우 큰 장점이라 할 수 있다(물론 결정론을 원하는 사람에게는 단점으로 보일 것이다). 이로부터 유도되는 또 하나의 결론은 기본법칙들이 비가역적이라는 것이다. 따라서 시간이 오직 미래로만 흐른다는 것은 물리법칙의 가장 기본적인 단계에 새겨져 있다. 이것을 붕괴모형의 단점으로 간주하는 사람도 있지만, 나는 매우 긍정적인 결과라고 생각한다.”_189~190쪽, 〈9장. 양자상태의 물리적 붕괴〉 중에서<br><br>"이로써 우리는 주어진 시스템을 양자계와 고전계로 분할하는 다섯 가지 방법을 갖게 되었다. 여기서 ‘양자’란 중첩상태에 놓일 수 있다는 뜻이고, ‘고전’은 모든 물리량이 명확한 하나의 값을 갖는다는 뜻이다. 이 두 가지 서술은 서로 일치하지 않는 것처럼 보인다. 나의 관점에서 볼 때 사라는 중첩상태에 놓여 있지만, 사라는 자신이 항상 명확한 상태에 있다고 생각할 것이기 때문이다.<br>로벨리는 이 두 가지 서술이 모두 옳으며, 둘 다 이 세계에 대한 부분적 서술이라고 주장했다. 모든 서술은 진실의 일부로서, 경계선을 통해 정의된 부분적 세계를 올바르게 서술한다는 것이다. 과연 큰 상자 속의 사라는 중첩상태에 놓여 있을까? 아니면 살아 있는(또는 죽은) 고양이를 뚜렷하게 보고 있을까? 로벨리의 논리에 의하면 굳이 둘 중 하나를 선택할 필요가 없다. 물리적 사건과 과정에 대한 서술은 양자계와 고전계의 경계선을 그리는 방법에 따라 달라지며, 모든 경계선은 똑같이 타당하다. 그리고 모든 서술은 총체적 서술의 일부이다. 간단히 말해서, ‘고양이가 살아 있다’는 사라의 관점도 옳고, ‘산 고양이를 보는 사라와 죽은 고양이를 보는 사라가 중첩되어 있다’는 나의 관점도 옳다.<br>하나의 특정한 관점에서 입증될 수 없는 진실이 과연 존재할 것인가? 아마도 로벨리는 ‘없다’고 단언할 것이다.”_259~260쪽, 〈12장. 혁명의 대안〉 중에서<br><br>"원리와 가설을 건너뛴 채 곧바로 모형의 구체적인 부분을 파고들다 보면 미시적 요소에 갇혀서 길을 잃기 쉽다. 언젠가 파인먼은 나와 대화를 나누다가 이런 충고를 한 적이 있다. "연구 중에 떠오르는 모든 의문은 자연과 관련된 질문으로 바꿔야 한다. 그렇지 않으면 이론의 세세한 부분에 발이 묶여서 시간만 낭비하고 자연에 대해서는 아무것도 알아낼 수 없을 것이다.” 작은 나무에 사로잡혀 숲을 보지 못하는 것도 문제지만, 각기 다른 모형을 지지하는 학자들끼리 목소리를 한껏 높이며 학문적 세력다툼을 벌이는 것은 더 큰 문제이다.”_294쪽, 〈14장. 원리가 먼저다!〉 중에서<br><br>"인과율의 관점에서 볼 때 근본적인 양은 시간이다. 가장 근본적인 법칙은 미래의 사건이 과거의 원인으로부터 일어난다는 인과율이다.<br>시간은 과거로 흐를 수 없다. 현재의 사건으로부터 미래의 사건이 발생하는 과정은 거꾸로 진행되지 않는다. 즉, 한번 일어난 사건은 절대로 되돌릴 수 없다.<br>공간은 부수적인 개념이다. 근본적으로 공간은 존재하지 않는다. 하나의 사건이 원인을 제공하여 후속 사건이 발생했을 때 두 사건은 인과율을 통해 연결된다. 모든 사건은 인과의 네트워크로 연결되어 있으며, 공간은 이 네트워크를 대략적으로 서술한 것에 불과하다.<br>따라서 국소성과 비국소성도 부수적 개념에 속한다.”_305~306쪽, 〈14장. 원리가 먼저다!〉 중에서<br><br>"나는 나 자신에게 줄곧 말해왔다. "지금은 아직 아니다. 박사과정을 마치면 그때부터 위험을 감수하겠다 …. 포스트닥(박사후과정)을 마친 후에 생각해보자 …. 교수가 된 후에 시작하자 …. 종신교수직을 확보한 후에….” 그러나 종신교수가 된 후에도 저명한 교수들은 정부와 각종 재단에 연구비를 신청해야 하고, 명예로운 자리도 지켜야 하고, 누구나 부러워하는 상도 받고 싶어진다. 그래서 파격적인 연구를 차일피일 미루다 보면 어느덧 노교수가 되고, 은퇴를 해야 비로소 부담 없이 모험을 할 수 있게 된다. 누군가가 이 점을 지적하면서 나를 궁지로 몰아넣는다면 나도 할 말이 있다. 각종 세미나와 교수회의, 논문지도, 강의, 비행기, 호텔, 학술회의 등에 치이다 보면 50～60대는 금방 지나간다. 이 와중에 배우는 한 가지 교훈은 학자로서의 삶이 유한하다는 것이다.”_354~355쪽, 〈에필로그/혁명〉 중에서</div> <h3 style="padding: 0 0 4px 0px; f color:#323232; margin-top:30px; position:relative; z-index:1; clear:both; border-bottom:1px solid #7f7f7f;line-height:180%;font-family: '맑은 고딕', 'Gulim';font-size: 20px; font-weight: bold;"><div class="tit" style="vertical-align:-2px; margin-right:6px;text-align:left;">■ 저자소개</div><span class="topBtn" style="position: absolute; right: 0; top: 9px;text-align:left;"></span></h3> <div class="detail_con" style="width: 745px;text-align:left;margin-top:10px;"><span style="display:block;text-align:left;"> 저자 : 리 스몰린 Lee Smolin<br>이론물리학자. 캐나다 워털루에 위치한 페리미터 이론물리학연구소의 창립 멤버이자 수석교수. 워털루대학 물리학과 겸임교수이자 토론토대학 대학원 철학과 교수이며, 미국 물리학회와 캐나다 왕립학회 회원이다. 양자중력 연구의 권위자로 특별히 고리양자중력 연구와 변형된 특수상대성이론 연구에 크게 이바지하였으며, 우주적 자연선택이라는 개념을 제안하여 우주론 연구에도 기여하였다. 그 외에도 양자역학의 기초인 양자장이론, 이론생물학, 과학철학, 경제학 등을 연구했다. 2008년과 2015년 두 차례에 걸쳐 〈프로스펙트〉와 〈포린 폴리시〉에서 함께 뽑은 ‘21세기 가장 영향력 있는 대중 지성 100인’에 이름을 올렸다.<br>뉴욕에서 태어나 고등학교를 자퇴했고, 이데오플라스토스라는 록밴드의 일원으로 활동했으며, 지하신문을 발행했다. 햄프셔대학에서 공부하고 하버드대학에서 이론물리학 박사학위를 받았다. 프린스턴 고등연구소와 캘리포니아대학의 이론물리연구소, 시카고대학 엔리코페르미연구소에서 박사후과정을 마친 뒤 예일대학, 시러큐스대학, 펜실베이니아주립대학에서 교수로 재직했다. 런던 임페리얼칼리지에서 방문교수를 지냈으며, 영국의 옥스퍼드대학과 케임브리지대학, 이탈리아의 로마대학, 트렌토대학, 국제고등과학원에서 여러 객원직을 맡았다. 2009년 미국물리교사협회에서 수여하는 클롭스테그 상, 2015년 버챌터 우주론 상 등을 받았다.<br>150여 편의 연구 논문 외에도 현대 물리학과 우주론이 제기하는 철학적 질문들에 관한 책을 꾸준히 써왔다. 단독 저서로는 《우주의 일생Life of the Cosmos》(1997), 《양자 중력의 세 가지 길Three Roads to Quantum Gravity》(2001), 《물리학의 문제들The Trouble with Physics》(2006), 《시간의 재탄생Time Reborn》(2013, 김영사 근간) 등이 있고, 로베르토 망가베이라 웅거와 《하나뿐인 우주와 시간의 실체The Singular Universe and The Reality of Time》(2014)를 썼다.<br><br>역자 : 박병철<br>연세대학교와 카이스트에서 이론물리학을 공부했고, 현재 과학 작가 및 번역가로 활동하고 있다. 《평행우주》《마음의 미래》《초공간》《페르마의 마지막 정리》《엘러건트 유니버스》《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》《퀀텀스토리》《신의 입자》 등 100여 권을 번역했고, 저서로는 과학동화 《라이카의 별》《생쥐들의 뉴턴 사수 작전》 등이 있다.</div> </div>