아인슈타인의 주사위와 슈뢰딩거의 고양이

Name: 아인슈타인의 주사위와 슈뢰딩거의 고양이
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Type: 물리이야기

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Description

우주의 모든 힘의 통일을 위한 아인슈타인과 슈뢰딩이 지적 투쟁!

『아인슈타인의 주사위와 슈뢰딩거의 고양이』는 물리학을 바꿔놓은 두 사람, 아인슈타인과 슈뢰딩거 이들의 연구과정을 집중 조명한다. 이들이 도대체 뭘 했길래? 아인슈타인이 상대성이론을 구축하기까지의 과정, 슈뢰딩거가 파동방정식을 구축하기까지의 과정을 소개한 다음 우연과 확률에 기반을 둔 양자역학을 대신할 이론과 우주의 모든 힘을 통합하는 통일이론을 세우기 위해 분투했던 두 과학자의 이후 연구과정을 소개한다. 여기에 두 과학자의 사생활 이야기도 의미 있게 곁들여진다. 너무나 유명한 슈뢰딩거의 여성편력도 소개되지만, 무엇보다 두 차례의 세계대전이 두 과학자의 인생에 얼마나 큰 영향을 미쳤는지 보여준다. 또한 두 과학자의 평생을 지배했던 철학자들을 살펴보면 그들의 연구가 왜 그렇게 진행될 수밖에 없었는지 이해가 가기도 한다. 두 과학자의 인간적인 면모를 보면 천재도 사람은 사람이구나 라는 사실 역시 새삼 느끼게 된다.

☞선정내역
2017 한국과학창의재단 우수과학도서

저자

폴핼펀

저자:폴핼펀
필라델피아과학대학교(UniversityoftheSciencesinPhiladelphia)물리학교수다.시간과공간,고차원,암흑에너지,암흑물질,외계행성,입자물리학,우주론,그리고과학의문화적측면에이르?기까지다양한분야에관심을갖고10여권의과학책과수많은글을써왔으며,구겐하임장학금,풀브라이트장학금,애서니엄문학상을받기도했다.
그는미국PBS방송의과학프로그램인의물리학블로그‘실재의본질TheNatureofReality’에정기적으로글을기고하고있으며,히스토리채널HistoryChannel,디스커버리채널DiscoveryChannel,PBS시리즈를포함해많은라디오프로그램과텔레비전쇼에출연했다.
지은책으로는《TimeJourneys》,《CosmicWormholes》,《TheCyclicalSerpent》,《FarawayWorlds》,《TheGreatBeyond》,《BraveNewUniverse》,《What’sScienceEverDoneforUs?》,《Collider》,《What’stheMatterwithPluto?》,《EdgeoftheUniverse》등이있다.

역자:김성훈
치과의사에서별안간삶의방향을튼‘엉뚱한’번역가.소속은바른번역이다.중학생때부터과학에대한궁금증을적은노트가그의보물1호다.그노트때문인지번역일을택했고,더많은사람에게과학의매력을선사하는중이다

출판사 서평

위대한업적을이룬후두거장은무엇을했을까?
아인슈타인과슈뢰딩거가죽을때까지매달렸던과제는크게두가지다.
하나는우주의모든힘을통일하겠다는통일이론에대한꿈
또하나는우연과확률기반의양자역학을대신해우주를인과론적이고결정론적으로설명할새로운이론을제시하는꿈
사실두가지꿈은하나이기도하다.

아인슈타인은중력이론인일반상대성이론을구축한후여기에전자기력을통합하여이세상의모든힘을통일해야겠다는열망에사로잡힌다.우주의네가지기본힘은중력,전자기력,강한핵력,약한핵력네가지다.그러나아인슈타인이연구에착수할때까지만해도약력과강력은아직밝혀지지않았다.아인슈타인은평생중력과전자기력을통일하기위해분투한다.
아인슈타인보다11살어리며평생아인슈타인과편지를왕래하며많은영향을주고받았던슈뢰딩거역시힘의통일에대한열망에사로잡힌다.다만슈뢰딩거는이후밝혀진핵력도통일이론에반영해야한다고주장했다.하지만아인슈타인은고집스럽게도핵력들과이후계속해서밝혀지는소립자들의존재를무시한다.

아인슈타인이나슈뢰딩거모두양자역학의문을열어젖힌양자역학의아버지같은존재들이다.그런데이상하게도두사람은양자역학에거부감을가지고있었다.특히아인슈타인의거부감은슈뢰딩거보다훨씬커서혐오에가까웠다.정확히말하면이들이거부한것은양자역학그자체가아니라우연과확률기반의양자역학이다.
모든결과에는원인이있다!원인만알면정확하게결과를알수있다!는인과론과결정론적인철학을가지고있던아인슈타인과슈뢰딩거는양자세계는인정했지만,양자의세계를우연,확률,애매모호,무작위,불확실성으로해석하는양자역학의정통해석(코펜하겐해석)을무척이나싫어했다.
“신은주사위놀이를하지않는다”는유명한말은아인슈타인이평생에걸쳐자주했던말이다.세상은우연과확률로이루어져있지도않고,그렇게해석할수도없다는의미다.
또한슈뢰딩거보다유명하다는농담도있을정도인‘슈뢰딩거의고양이’사고실험역시많은사람들이이해하는것처럼슈뢰딩거가양자역학을쉽게설명하기위해만든이야기가아니라‘죽어있는고양이와살아있는고양이가섞여있는이상한이야기’를통해양자역학의정통해석을조롱하기위해만든말이다.
이두사람은우리는아직알수없지만양자세계를결정론적으로해석할수있는숨어있는무언가가반드시있을것이라생각하고그것을찾기위해노력했다.

두거장의모험은성공했을까?
안타깝게도아인슈타인과슈뢰딩거둘다자신의가장큰업적을이룬후에는이렇다할연구성과를내놓지못했다.통일이론도완성하지못했고,우연이지배하는양자역학을뛰어넘는이론도만들어내지못했다.
아인슈타인은프린스턴고등연구소에서점점‘과시용과학자’로늙어갔고,여러번통일이론을발표했음에도속속발견되는새로운과학적사실을자신의연구에반영하지않았다.그고집스러움은물리학계에서그의연구결과를외면하는데큰역할을했다.아인슈타인스스로가표현한대로‘외로운늙은이’‘기인같은추장’으로늙어갔다.
슈뢰딩거도크게다르지않았다.전쟁을피해제때미국으로탈출할수있었던아인슈타인과달리슈뢰딩거는참혹한유럽대륙에서빨리빠져나올수없었다.위태위태하게연구활동을계속하다가당시중립국이었던아일랜드의수상이몬데발레라의도움으로더블린고등연구소에자리잡을수있었지만,데발레라와아일랜드사람들의기대에부응해야한다는압박감을크게느낄수밖에없었다.
다만슈뢰딩거는물리학말고다른분야에서이름을날리는데,바로강연‘생명이란무엇인가?’와이를엮어출판한동명의책이다.물리학자의눈으로본생물학은당시생물학에커다란영향을미쳤다.제임스왓슨과프란시스크릭이DNA의구조를밝히는데이책이큰역할을하기도했다.

통일이론을둘러싼언론전쟁
아인슈타인과슈뢰딩거는평생에걸쳐편지를교환하며우정을쌓아갔다.아인슈타인은때때로“내이야기를이해할사람은자네밖에없다네”같은글귀를써보내슈뢰딩거의가슴을뛰게만들기도했다.슈뢰딩거역시어릴때부터이름을날린천재기는했지만,당대최고의천재물리학자로부터이런말을직접듣는다면누구도흥분하지않을수없었을것이다.슈뢰딩거는종종아인슈타인과왕래한편지들을사람들앞에서읽어주며아인슈타인과의친분을과시하기도했다.
슈뢰딩거는아인슈타인의영향을크게받았다.실험물리학에집중하고있던그는1913년아인슈타인의강연을듣고는이론물리학에큰관심을갖게된다.그가파동방정식을개발하게된배경에도아인슈타인의역할이있었다.이방정식으로슈뢰딩거가노벨상을받을때그를추천한사람도아인슈타인이었다.뿐만아니라그가베를린대학교교수로임명되는데,명망높은프러시아과학아카데미의회원이되는데에도아인슈타인의뒷받침이있었고,아인슈타인은자신의여름별장으로종종그를초대하거나수많은편지왕래를통해슈뢰딩거에게영감을불어넣고지도해주었다.‘슈뢰딩거의고양이’도사실아인슈타인과의편지왕래에서나온아이디어를발전시킨개념이었다.
아인슈타인역시슈뢰딩거를무척아꼈다.‘우연’의세상을무너뜨리고,세상의모든힘을통일하겠다는꿈을위해둘은협력관계였다.
그런데매우공고했던둘의관계는슈뢰딩거가1947년일반통일이론이라고이름지은자신만의통일이론을개발했다고대대적으로발표하면서깨져버렸다.원래는둘의편지왕래를통해서발전시킨개념들이토대를이루었기때문이다.
당시슈뢰딩거의곤란한상황과오판도문제였지만,이사태를크게키운것은언론의설레발이었다.마치백전노장의챔피온과자신만만한신출내기도전자라는구도로선정적인보도를하며온갖억측과과장,무례함을보였기때문이다.
이러한배경에는두사람의‘스타성’도작용했다.대중과언론은두사람의연구가과학적으로진짜의미가있는지에대해서는큰관심이없었다.그보다는두사람,특히아인슈타인의이름만거론되면대서특필하고열광하곤했다.과학계의시선은냉랭할지라도아인슈타인은죽을때까지슈퍼스타였다.이러한부분은현대과학계에도시사하는바가크다.
머지않아일반통일이론은통일이론도,뭣도아닌이론으로판명된다.하지만이사건으로3년동안둘의왕래가끊기고만다.

두사람은과연틀렸을까?
두사람이우주의모든힘을통일하고자했을때목표는중력과전자기력을기하학적으로아름답게통합하는것이었고,수학적으로흠잡을수없이완벽한공식으로표현하는것이었다.그래서시간이갈수록실제세계를떠나순수수학의세계로빠져들었다.
이들의시도는살아생전에과학자들의눈길을받지못했고결실도보지못했지만,끈이론으로다시주목받기시작한다.많은경우그렇듯이아인슈타인과슈뢰딩거는설사그들이틀렸다고는해도결국많은부분을제대로이해하고있었던것이다.
《아인슈타인의주사위와슈뢰딩거의고양이》는아인슈타인이상대성이론을구축하기까지의과정,슈뢰딩거가파동방정식을구축하기까지의과정을소개한다음우연과확률에기반을둔양자역학을대신할이론과우주의모든힘을통합하는통일이론을세우기위해분투했던두과학자의이후연구과정을소개한다.
여기에두과학자의사생활이야기도의미있게곁들여진다.너무나유명한슈뢰딩거의여성편력도소개되지만,무엇보다두차례의세계대전이두과학자의인생에얼마나큰영향을미쳤는지보여준다.또한두과학자의평생을지배했던철학자들을살펴보면그들의연구가왜그렇게진행될수밖에없었지이해가가기도한다.두과학자의인간적인면모를보면천재도사람은사람이구나라는사실역시새삼느낀다.
마지막으로현재시점에서표준모형등통일이론의후보들과아인슈타인과슈뢰딩거의연구방법을이어받은후속이론들도소개한다.

세계적과학잡지《뉴사이언티스트》선정‘2015년올해의과학책’
《월스트리트저널》《네이처》《뉴욕타임스》《옵저버터리》《피직스월드》등유력언론지극찬!

아인슈타인과슈뢰딩거,이두물리학자가거둔커다란성공은이분야를공부하는모든학생들에게교육되고있지만,훗날두사람이겪어야했던실패역시관심을기울일필요가있다.핼펀의매력적인설명속에는인간적인이야기가훌륭하게담겨있다.두사람이함께추구했고아직도미완으로남아있는이질문에매력을느끼는사람이라면누구나이책에흥미를느낄것이다.-《월스트리트저널》

필라델피아과학대학교의물리학자핼펀은창의적인비유와재치가번득이는문체로독자들을사로잡기위해최선을다했다.음으로휘어진(쌍곡선)시공간은보통말안장모양이라설명되는데,이책에서는승마보다는식도락쪽에더관심있는사람들을위해‘휘어진감자칩모양’으로설명한다.막스플랑크의양자개념은‘돼지저금통을1센트동전,25센트동전등다양한금액의동전들로가득채우는것과비슷한것’으로묘사한다.그리고슈뢰딩거의파동방정식은‘파동함수를처리하여몇몇경우에는그에너지값을판독해그파동함수를보관하고,나머지경우에는파동함수를폐기하는스캐너’와비슷한것이된다.
-《뉴욕타임스》

물리학자폴핼펀은알베르트아인슈타인과에르빈슈뢰딩거,그리고이두사람이꿈꾸었던통일이론에복잡하게얽힌이야기를유머감각을섞어간결하게전달한다.-《네이처》
일반상대성이론100주년을맞아알베르트아인슈타인과에르빈슈뢰딩거가기여한부분들이이책에소개되어있다.아인슈타인은상대성이론과광전효과,그리고브라운운동에대한설명으로,슈뢰딩거는양자적대상의행동을설명하는파동방정식으로물리학에크게기여했다.하지만일반적인책들과달리폴핼번은여기서더나아가이들이절정의영광이후에했던일들을살펴보고있다.이시기에두사람은물리학의돌파구가되었던자신의연구들보다도양자물리학과상대성이론을통합하는데더많은시간을쏟아부었지만결국성과없이끝나고말았다.-《뉴사이언티스트》

한권의책에담기방대한내용임에도불구하고저자는이어려운과제를철저하게소화해냈다.과학적인내용이구체적으로담겨있음에도수학과물리학지식과상관없이일반독자들도쉽게접근할수있도록쓰였다.저자는양자물리학의두선구자사이의관계를밝힘으로써과학글쓰기의본질에충실했다....언급하고지나갈만한중요한부분이한가지더있다.과학과수학의역사를다루는대중서적은거의필연적으로그과학적성공에초점을맞추기때문에시간의검증을견뎌낸이론과개념들을다루게된다.하지만이책에서는성공하지못한개념들에대한이야기가실려있다.
양자론의기묘한세계관을초월하는이론을개발하려는두물리학자의노력은결국실패로끝났지만,이책에서는그런노력이더할나위없이흥미진진하게묘사되어있다.
-미국수학협회(MAA)리뷰

핼펀의책은두거장의삶과연구에대한구체적인이야기를놀라울정도로풍부하게담고있다.-《옵저버토리》

스티븐호킹의《청소년을위한시간의역사TheTheoryofEverything》를재미있게읽었고,거기서더많은것을알고싶은사람이라면읽을책목록에올려놓을만한책이다.
-《피직스월드》

폴핼펀의《아인슈타인의주사위와슈뢰딩거의고양이》는두저명한과학자의성장과정과교육과정,그들의심오한연구,그리고결국삶의거의끝에가서남긴유산에이르기까지다양한이야기를들려준다.핼펀은이들의연구만다루는데서그치지않고,과거의철학자,과학자,심지어는종교적인물들까지도이들의세계관에부분적으로영향을미쳤다는점을자세하게다루고있다.두사람은또한자신들을둘러싼정치적환경,특히나제2차세계대전에서살아남기위해고군분투해야했다.
하지만이런역경에도불구하고그들의연구는오늘날까지도사람들로부터칭송을받고있다.아인슈타인은시대를가리지않고주목받는명사로자리잡게되었고,슈뢰딩거는최근들어물리학계와일반대중들사이에서점점더유명세를타고있다.
《아인슈타인의주사위와슈뢰딩거의고양이》는과학에열정이있는사람은물론이고,오늘날교육되고있는수많은과학이론을만들어낸사람들의뒷얘기에관심있는사람이라면놓쳐서는안될필독서다.-Ire***(아마존독자)