토비아스휘터
뮌헨과버클리에서철학과수학을공부했다.[테크놀로지리뷰(MITTechnologyReview)]와[차이트(ZEIT)]편집자였고,공동창간한철학잡지[호헤루프트(HOHELUFT)]의부편집장이었다.현재그는프리랜서기자및작가로[호헤루프트]와[차이트비센(ZEITWissen)]등에글을기고한다.
프롤로그
1900년베를린-지푸라기라도잡는심정
1903년파리-균열의시작
1905년베른-특허청직원
1906년파리-피에르퀴리의비극적죽음
1909년베를린-비행선의종말
1911년프라하-아인슈타인,꽃으로말하다
1911년케임브리지-덴마크의어린청년,어른이되다
1912년북대서양-무오류성타이타닉의침몰
1913년뮌헨-뮌헨에온화가
1914년뮌헨-원자와함께하는여행
1915년베를린-완벽한이론,미숙한관계
1916년독일-전쟁과평화
1917년베를린-쓰러진아인슈타인
1918년베를린-전염병
1919년카리브해-개기일식
1919년뮌헨-플라톤을읽던소년
1920년베를린-거장들의만남
1922년괴팅겐-아버지를찾은아들
1923년뮌헨-하이젠베르크,시험을뚫고날아오르다
1923년코펜하겐-보어와아인슈타인
1924년코펜하겐-마지막시도
1924년파리-원자를살린왕자
1925년헬골란트-넓은바다와작은원자
1925년케임브리지-조용한천재
1925년레이덴-선지자와회전하는전자
1925년아로자-늦바람
1926년코펜하겐-파동과입자
1926년베를린-물리학의신들을만나다
1926년베를린-플랑크의파티
1926년괴팅겐-현실의소멸
1926년뮌헨-영역다툼
1926년코펜하겐-비처럼쏟아진예술조각상
1926년코펜하겐-위험한놀이
1927년코펜하겐-불확실해진세계
1927년코모-리허설
1927년브뤼셀-대논쟁
1930년베를린-독일은꽃을피우고,아인슈타인은아프다
1930년브뤼셀-2라운드,완패
1931년취리히-파울리의꿈
1932년코펜하겐-코펜하겐의파우스트
1933년베를린-떠나는사람과남는사람
1933년레이덴-슬픈결말
1935년옥스퍼드-존재하지않는고양이
1935년프린스턴-다시명확해진아인슈타인의세계
1936년가르미슈-지저분한눈
1937년모스크바-다른한편에서는
1938년베를린-분열하는핵
1939년대서양-충격적소식
1941년코펜하겐-서먹해진관계
1942년베를린-히틀러를위한폭탄은없다
1943년스톡홀름-탈출
1943년프린스턴-약해진아인슈타인
1945년영국-폭발의힘
에필로그
고전물리학의세계관이설명할수없는자리에들어선
‘새로운과학’은인류의역사를어떻게바꿔놓았는가?
‘세계를발견하는과학’과‘과학이바꿔놓은세상’,
그사이에서빚어진위대한물리학의명장면들을포착하다!
20세기초까지물리학자들은수백년전의기하학이그랬던것처럼물리학역시완성에가까워질것이라고생각했다.1899년,미국물리학자이자노벨물리학상수상자이기도한앨버트마이컬슨은“물리학의중요한기본법칙과사실들은모두발견되었다.그것은아주확고하여새로운발견의추월가능성은매우낮다.앞으로우리가발견할수있는것들은소수점아래여섯번째자리에있다”라고도이야기했다.반면,고전전기역학의창시자인제임스맥스웰은조금다른결의이야기를했다.“꼼꼼한측정의노력에서얻어야하는진정한보상은더큰정확성이아니라,새로운연구분야의발견과새로운과학아이디어의발달이다.”
17세기뉴턴의운동법칙이나19세기맥스웰의전자기법칙등으로상징되는고전물리학은시간과공간을관측자와독립되어객관적으로존재하는절대적인것으로상정하고,인간의눈에포착되는현상내지그보다더큰거시적인현상들을다루었다.원인과결과가명확한인과론과결정론적관점으로자연현상을해석했던고전물리학은그때까지인간이경험했던대개의현상들을수월히설명해냈다.하지만1890년대에접어들어기존의고전물리학이론으로는설명하기어려운현상들이나타나기시작했다.마이컬슨은틀렸고,맥스웰의전망이맞았다.
과학자들은‘발견’하는이들이기도하지만,‘해석’하는이들이기도하다.이들은“무엇이올바른지알고자할뿐아니라,그것이왜올바른지도이해하고자하는”사람들이다.과학이학문적으로아름다움을발할때는,진리에한층더가깝게다가가기위해기존의이론을폐기하거나수정하며한단계더진일보하는순간일것이다.그순간과학은‘세계를발견하는과학’에서‘세계를바꿔놓는과학’이되기도한다.《불확실성의시대》는20세기과학사를수놓은걸출한과학지성들이고전물리학의한계를타파하고‘상대성이론’과‘양자역학’,두축으로대표되는현대물리학의빛나는성취를일궈가는순간들을담아낸대중과학논픽션이다.저널리스트인토비아스휘터는우리가꼭기억해야하는,‘20세기위대한물리학의명장면’들을현장감있는문장으로생생하고입체적으로담아냈다.
‘새로운과학’의토대를쌓아올린천재들의놀라운발견에서부터
두차례의세계대전이종식된반백년의역사에대한상세한기록.
현대물리학의태동과발전을둘러싼협력과경쟁의드라마!
‘새로운과학’은1900년베를린에서막스플랑크로부터시작되었다.19세기물리학자들의난제중하나는흑체복사곡선을고전물리학이론으로설명하는것이었다.그러나고전물리학의수단들로는온도와색상스펙트럼의연관성을바르게설명하는공식을찾을수없었다.그는자신이받아들이기를거부했던방법론까지동원해가며흑체복사선에대한연구를한끝에“에너지가매우특정한수의유한한등가성알갱이로구성되었다”라고발표한다.그가말했던이‘알갱이’는곧양자개념으로,플랑크의양자가설은이후아인슈타인의광양자가설에도영감을준다.‘새로운과학’은또다른곳에서도움트고있었다.
여성최초의노벨상수상자이자노벨상2관왕인마리퀴리는20세기초,앙리베크렐이발견한우라늄선에매료되어이후방사선에대한연구를이어갔으며,그과정에서우라늄보다더강한방사능을지닌물질인라듐을분리해내는데성공한다.이로써훗날핵물리학으로발전하게될과학의새로운영토가개척되었다.
한편,연구실과실험실에서고군분투했던과학자들과달리생업전선에몸을내맡긴일상가운데에서세상을놀라게한발견을해낸인물도있었다.그주인공은알베르트아인슈타인이다.1900년막스플랑크의흑체문제에대한발표를읽고난뒤,스위스특허청에서3등급심사관으로일하던그는1905년에빛,즉모든전자기선은파동이아니라일종의입자인양자로구성되었다는주장을담은원고(‘발견적관점에서본빛의생성에관하여’)를발표한다.그전까지과학자들은빛이파동이라고만생각했다.플랑크는계산을위한임시수단으로양자개념을도입했을뿐이지만,아인슈타인은그의이론을발판삼아더욱혁명적으로사고를진화시킨것이다.
이들을필두로《불확실성의시대》에서는20세기초중반,과학의새로운영토를넓혀나간과학자들―닐스보어,베르너하이젠베르크,막스보른,루이드브로이,폴디랙,에르빈슈뢰딩거,리제마이트너등―을차례로호명해내어이들이기존의이론을수용하고,반박하고,보완해나가며현대물리학(그중에서도특히양자역학)의역사를새롭게써나가는모습을한편의드라마처럼그려낸다.저자가선별하여책에실은50여개의장면들은그자체로현대물리학사의계보다.
반백년의세월에걸친드라마속에서세기의과학자들은서로의스승이자제자가되어때로는상대방의학문적고뇌에공감해주고,때로는한치의양보도없이팽팽하고치열하게논쟁한다.이들은세계대전의참화속에서도서로의논문을찾아읽고,국경을넘나들며서신을주고받으면서양자역학이라는새로운과학의토대를단단히쌓아나갔다.특히,원자모형과양자이론을둘러싼하이젠베르크와보어의대화(‘1922년괴팅겐-아버지를찾은아들’),상대성이론과양자이론에관한아인슈타인과하이젠베르크의대화(‘1926년베를린-물리학의신들을만나다’),전자와광자가주제였던제5차솔베이회의에서이루어진보어와아인슈타인사이의대논쟁(‘1927년브뤼셀-대논쟁’)을재구성한부분들은이들의협력과갈등을생생히보여주는이책의명장면들이다.
빛나는과학혁명이면에드리워진‘원자폭탄’이라는대재앙!
‘세상을바꾸는과학’의찬란한빛과짙은어둠을묘사해낸걸작!
과학이역사를바꾸기도하지만,역사가과학의쓰임을바꾸기도한다.《불확실성의시대》는경이로운과학적발견의순간들만을다루지않는다.20세기초반,유럽전역을비롯해전세계를참화로몰아넣었던두차례의세계대전은과학자들로하여금그들이가진지식으로전쟁에복무하게만들었다.특히1945년8월,일본히로시마와나가사키에투하된원자폭탄은새로운과학혁명의바람이빚어낸참혹한재앙의태풍과도같았다.나치즘의횡포가극에달하던시기,여성과학자리제마이트너는나치의압박을피해독일을떠나스톡홀름으로탈출하지만,자신의학문적파트너오토한과편지를주고받으며국경을초월한연구를이어나간다.이들은우라늄보다더무거운원소를만들고자했는데,오히려그과정에서중성자로충격을준우라늄으로부터원자무게가더가벼운바륨을얻게된다.이로써원자핵이쪼개지고분열될수있음을알아냈을뿐만아니라이때생성되는에너지가어마어마하다는것을밝혀낸다.
이발견은오늘날원자력발전을가능케한기본원리이지만,당시는나치즘을비롯한군국주의와연합군이대립하던제2차세계대전의전황중이었다.보어,아인슈타인등연합국진영의과학자들은핵분열연구결과가나치의손에서위험하게쓰일수도있음을경계하며이를미국대통령이었던루스벨트에게알렸고,이윽고미국의원자폭탄개발계획인‘맨해튼프로젝트’가시작된다.프로젝트는성공했으나폭탄이투하된히로시마에서는8만여명이즉사했다.훗날아인슈타인은루스벨트에게썼던자신의편지를“인생최대실수”라고부를만큼후회했다고한다.전쟁은모든것을파괴했고,연합군의승리는자명했으나세계는불확실해졌다.
1927년하이젠베르크는불확정성의원리를발표하며아인슈타인과슈뢰딩거가옹호했던인과성의법칙을흔들었다.“‘현재를정확히알면,미래를계산할수있다’는인과법칙의명확한진술에서틀린것은결론이아니라전제조건이다.(…)양자역학을통해인과법칙의무효성이명확히입증된다.”“무엇이올바른지알고자할뿐아니라,그것이왜올바른지도이해하고자”했던과학자들의집념어린탐구는역사의물줄기와뒤섞이며그들이예상하지못했던‘불확실한’결과로가닿았다.저자가현대물리학의가장눈부신성과가이룩되었던1900~1945년의시기를‘불확실성의시대’로명명하는이유다.
《불확실성의시대》는현대물리학의황금기였던20세기전반기에양자역학,핵물리학등의토대를쌓아올린당대과학자들의놀라운발견과혁명의순간을각종사료들을토대로현장감넘치게조망해낸논픽션이다.과학자들의편지,메모,연구논문,일기,회고록등을바탕으로재구성해낸생동감있는이야기를읽다보면당대과학진영이어떻게나뉘었는지는물론이고,책에서언급되는과학이론들에대한배경지식이다소부족하더라도현대물리학의계통과흐름을쉽고일목요연하게조망할수있게될것이다.
관찰하는순간세계가바뀐다.세계를바꾸지않고는세계를관찰할수없다.이런통찰이하이젠베르크를양자역학으로안내했고,그것이그의딜레마였다.그는세계를연구하고자했다.세계를바꾸는것은그에게중요하지않았다.그럼에도그는세계를바꿨고,그는손에든이엄청난이론으로세계를바꿀수밖에없었다.그는나치가지배하는독일에서무관심이존재하지않았던시대에살았기때문이다.다른물리학자들도비슷했다.평화주의자로알려진아인슈타인조차세계역사에서벗어나있을수없었다.그또한원자폭탄제조를재촉했다.그는이것을나중에후회했다.이것이바로,마리퀴리의손끝균열에서히로시마의원자폭탄까지이어진역사의어두운면이다.(…)진짜역사는끝나지않는다.이책의물리학자들은1945년이후에도계속활동했다.그러나그들가운데누구도양자역학이나상대성이론에견줄만한진보를더는이루지못했다.그들이100년전에세운그들의이론은오늘날까지굳건히서있고,우리의컴퓨터칩과의료장비안에들어있고,당시이런이론의해석을두고그들이겨뤘던논쟁들은오늘날에도여전히중심에있다.아인슈타인이양자역학에제기한이의는오늘날에도여전히회의적인물리학자들에의해제기되고있다.이역사는아직끝나지않았다.(<에필로그>중에서)
추천사
과학은누가뭐라해도어렵다.왜어렵냐고물으면안된다.그냥어려운거다.특히물리학은정말어렵다.F=ma까지는어떻게이해할수있을것같은데양자가등장하는순간물리학으로부터멀어지고싶어진다.나도그랬다.이론이어려우면역사를보게되는법.하지만과학사책을읽는다고해서해결되는게아니었다.개별발견이토막토막보이기때문이다.이책을읽고서깨달았다.어려운걸이해하려면진짜이야기가필요하다.
어떤이론도하늘에서뚝떨어지지않는다.책에등장하는모든인물은결국‘나는모른다’에서시작한다.그리고무수히많은실패와경쟁과협력을통해원자를깨달았다.20세기전반의물리학사가21세기전반을사는우리에게던지는교훈이무엇일지곰곰이생각할일이다.
진짜역사는지금부터다.잘꿰어진꼬리에꼬리를무는양자역학의역사를즐기시라.
-이정모전국립과천과학관장