광활한우주부터작디작은원자까지
물리학의언어로세상을해석하다!
이책《고양이와물리학(FromMicroToMacro)》은저자인블라트코베르럴(VlatkoVedral)교수가옥스퍼드의하트퍼드칼리지에서열린만찬에참석하면서시작된다.화학자를비롯해생물학자,경제학자,사회학자까지각분야의석학들이모두모인자리에서양자물리학자인그는다음과같은질문을받았다.“당신은우리에게주어진가장큰도전이뭐라고생각합니까?”그는이렇게답한다.“마이크로와매크로사이에다리를놓는것이죠.외람되지만,그작업은물리학만이할수있다고생각합니다.”
이책은미시세계의양자현상과거시세계에서다루는복잡계사이에다리를만들어온물리학자의여정을담은것으로,자연과학뿐만아니라사회과학에서설명하지못한사회현상과난제를해결한물리학이론과실험을총망라한다.옥스퍼드대학교물리학과교수인저자는미시적인양자세계와거시적인고전세계사이의논쟁거리를모두해소한가상현실을‘대환원(GreatReduction)시대’라고명명하며,양자역학의포문을연슈뢰딩거의고양이실험부터뉴턴역학,상대성이론,열역학에이르기까지인류의지평을넓힌과학이론을상세히설명한다.더불어범용컴퓨터의홀팅문제,진화의불가역성과열역학의상관관계,정보이론에따른양자역학의패러다임,인간의거시적행동과물리학에서발현한진화생물학의연결고리등을일상속사례를통해소개하며물리학의영향력이자연과학뿐아니라사회과학의영역까지훌쩍뛰어넘는다는것을증명한다.
수많은과학서중에서도이책이특별한이유는,방대하고심도있는고급과학지식을다루면서도이분야에관심있는사람이라면누구나쉽게읽을수있도록집필되었다는점이다.과알못은물론이거니와과학덕후라고해도물리학전반의흐름을완벽히이해하기란결코쉽지않다.그러나블라트코베드럴은양자역학의권위자라는명성에걸맞게이론물리학부터생활속물리학에이르는복잡한공식을대중들도이해할수있도록쉽고재미있게풀었다.브라운운동,엔트로피공식,불확정성원리등이름은들어봤어도도통알수없었던물리학의수많은이론을이제는정복하고싶다면,이책을펼쳐보자.
과학의시대를살아가는우리를위한
독보적이고매혹적인책!-데이비드도이치
양자물리학자가세계곳곳을여행하며포착한물리학의세계
한사람이딜레마에빠져있다.그는조만간결혼을해야한다.그리고그에게는일곱번의맞선기회가있다.다만여기에는다음조건이따른다.일단상대에게거절의사를내비치고나면선택을번복할수없다.이사람이최고의선택을하려면맞선을몇번봐야할까?
‘물리학입문서’라는타이틀에손색없는이책은다소엉뚱한사례로이야기가시작된다.과연물리학과맞선에는어떤상관관계가있는걸까?바로‘오일러의수’다.최적의맞선횟수를결정하는데양자역학의토대가된오일러의수(2.71)가활용되기때문이다.맞선총횟수인‘7’을오일러의수로나눈값(반올림해서‘3’)을기준으로그이후에만난상대중가장마음에드는첫번째이성에게마음놓고청혼하면된다.이처럼저자는알게모르게일상속에서활용되고있는물리학이론을흥미로운사례로가르쳐준다.
총일곱개의장으로구성된이책에서저자는옥스퍼드,베이징,싱가포르,두바이,벨기에등을다니며곳곳에있는동료학자들과화학,생물학,자연과학,경제학,사회생물학그리고통합결론에이르기까지각분야가물리학과어떻게연결되어있는지상세히다루며,물리학자의관점에서우리의일상과사회및자연현상을조명한다.가령노벨경제학수상자대니얼카너먼의행동경제학이론과조지애커로프의레몬시장이론을바탕으로정보의균형을이루는양자역학의‘신호보내기(signalling)’이론을소개하고,정치학자로버트액설로드의《협력의진화》를토대로물리학에서사용되는수학의게임이론이인간의충돌과협력을어떻게해석하는지알려준다.나아가프린스턴대학교수학과교수존콘웨이가‘생명의게임’이라고부르는생물진화의시스템에범용양자컴퓨터를적용해복잡계의미래를예측한다.
흔히과학이라고하면완전한공식만추구하여현실과동떨어진일을연구하는학문이라고생각한다.하지만,과학,그중에서도특히물리학은기존의이론과실험을바탕으로새로운이론을발전시키며다른분야에서는해결하지못한문제를풀어내곤한다.따라서저자가이책을통해소개하는‘물리학이세계를해석하는방식’은학자들만이아니라이세계를살아가며매일해결해야하는난제와싸우는모든사람에게필수적이라할수있다.이것이야말로우리가이책을읽어야하는이유가아닐까?
책속에서
라플라스의악마가있다면고전세계에서일어나는모든후속사건의정확한경로를알수있으므로확률은필요없어진다.라플라스에게알려진유일한고전물리학의법칙은완전히결정론적이기때문이다.그러나양자물리학에서확률은세계가어떻게작동하는가에대한절대적인불확정성에서비롯한다.양자이론에서물리계의상태는슈뢰딩거가‘정보의카탈로그’라고부른것으로설명된다.
---「1장물리학|69p」중에서
전자는양전하를띠고있는핵에전기적으로더가깝게끌리고결국핵속으로추락하고말것이다.따라서고전세계에서는어떤전자도,어떤분자도존재할수없다.양자적으로원자들은양자물리학의주춧돌격인하이젠베르크의불확정성원리에의해(고전세계에서의)붕괴로부터‘구출된다’.불확정성원리는어떤물체의위치와속도도100퍼센트정확히는알수없다고설명한다.
---「2장화학|88p」중에서
물리법칙이인간이진화한다음에야기능하기시작했다는주장에는어폐가있다.우리는우주가인간이존재하기전부터,심지어40억년전생물이만들어지기전부터동일한물리학적명령을수행해왔다는사실을안다.또한인간과모든생명이멸종하더라도물리법칙은여전히유효하고우주는거기에순응할것이다.
---「3장생물학|158p」중에서
양자물리학이생명계에부여하는효율성의이점덕분에생물체는동시에여러과제를수행할수있다.이는컴퓨터과학자들이병렬정보처리라고부르는것이다.그러나양자물리학의레퍼토리전체가식물과새처럼거시적이고따뜻하고습하고시끄러운환경에서살아남을거라고기대하는사람은없다.
---「4장자연과학|210p」중에서
경제학에대한이해가자연과학처럼과학원리에의해뒷받침되지않는다면,둘사이의간극은영원히열려있을것이다.다행히개인간거래를연구하는미시경제학자들은물리학자처럼접근한다.이들은경제학을‘사회과학의물리학’이라고즐겨부른다.게다가물리학에서볼츠만의마이크로-매크로접근법을취해경제학에서마이크로-매크로전이과정에적용하는분야가있다.
---「5장경제학|253p」중에서
사회생물학은‘모든사회행동의밑바탕에있는생물학적기초를체계적으로연구’하는학문이다.사회적행동을생물학적행동이라는용어로이해할수있다고주장하므로논란의여지가있다.
---「6장사회생물학|285p」중에서
만약뇌에서활동하는물질이양자라면우리의생각,활동,대규모행동등은어떨까?예를들어인간의사고가빛의양자인광자처럼‘생각자’라고부를만한불연속적인덩어리로찾아온다면,사회과학에서양자물리학으로의도약이결국그렇게대단한게아닐지도모른다.
---「결론사회과학과자연과학|323p」중에서
