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과학자의 명언 “We must be clear that when it comes to atoms, language can be used only as in poetry. The poet, too, is not nearly so concerned with describing facts as with creating images and establishing mental connections.”
원자에 관해서 이야기할 때 분명히 짚고 넘어가야 할 이야기가 있다. 언어란 시에서만 사용될 수 있다는 것이다. 하긴 시인도 어떠한 이미지를 만들어 내고, 이미지를 정신과 관련시키는 일에는 관심이 많지만 사실을 있는 그대로 묘사하는 일에는 관심이 없다(능력도 부족하다.”
-닐스 보어(1885~1962): 덴마크 물리학자, 노벨 물리학상 수상자-
“양자역학은 언어로 표현할 수 없는 과학”
무슨 말인가요? 원자의 세계, 그리고 원자로 인해 변화하는 세계는 무궁무진하다는 이야기죠. 그래서 다른 사람들을 이해시킬 수 있는 아무리 훌륭한 언어를 갖고 있다 해도 원자의 세계를 이해시킬 수는 없다는 겁니다.
다시 말해서 원자의 세계는 말로 설명할 수 있는 세계가 아니라 그저 이해만이 가능하다는 이야기입니다. 그래서 인간이 쓰는 언어란 시에서만 가능한 언어이며 원자의 세계를 이해시키는 데에는 터 없이 부족한 무용지물이라는 이야기죠. 그만큼 원자의 세계는 우주만큼이나 광대무변하다는 이야기라고 볼 수 있습니다.
또 언어를 엄청나게 잘 구사해서 인간에게 진한 감동을 주는 시인도 없는 것을 만들어 내어 인간의 정신과 연결시키는 작업은 잘 하지만 있는 그대로의 현실, 다시 말해서 실질적으로 존재하는 원자의 세계를 묘사할 수 있는 능력은 없다는 이야기입니다. 더 보충하자면 아무리 시인이 날고 긴다 해도 원자의 세계 앞에서는 어림없다는 이야기라고 할 수 있습니다.
어느 날 석가모니 부처가 설법을 하기 위해 제자들 앞에 나섰습니다. 사자후(獅子吼)로 제자들에게 지혜를 가르치던 석가모니가 그날은 연꽃을 들고 나와서는 아무런 말도 하지 않은 채 제자들만 쳐다보는 겁니다. 모두들 웬일인가 싶어 이상하게 여기고 있었습니다. 그런데 오직 가섭만이 빙그레 미소를 짓는 겁니다.
양자역학은 以心傳心으로 배워야?
말 없이 서로의 마음이 전달 된 것입니다. 이를 이심전심(以心傳心)이라고 합니다. 그래서 가섭을 최고의 지혜를 갖춘 훌륭한 제자라고 칭찬을 합니다. 또 불립문자(不立文字), 교외별전(敎外別傳)이라고도 합니다. 다 아시는 이야기죠? 국어 시험에 자주 나오는 한자들입니다. 오늘날로 말하면 혹시 텔레파시라는 것은 아닐까요?
요는 원자의 세계가 불교의 가르침만큼이나 심오하다는 이야기입니다. 그래서 우리가 일상적으로 쓰고 있는 언어는 표현에 한계가 있다는 이야기입니다. 이 내용은 또한 양자역학 교수가 제자나 다른 사람들에게 설명하기도 어렵다는 이야기입니다.
어쨌든 양자역학이 심오하긴 심오한가 봅니다. 그래서 닐스 보어(Niels Henrik Bohr)는 이런 말도 남겼지요. 유명한 명언입니다. 그리고 양자역학이 얼마나 대단한 과학인지를 한마디로 설명하는 대표적인 말이기도 합니다.
“Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood it. 양자이론을 접하고서도 놀라 자빠지지 않는다면 그 사람은 양자이론을 이해했다고 볼 수 없다.” 다시 하는 이야기지만 양자이론의 세계가 너무나 놀랍고, 신기하고, 심오하다는 이야기겠죠?
파인만, “양자이론을 아는 사람은 아무도 없어”
양자역학을 잘 가르친 교수로는 파인만이 당연 최고입니다. 기인처럼 살다간 양자 물리학자 파인만은 숱한 일화를 남긴 물리학자로도 유명합니다. “양자이론을 접하고서도 놀라 자빠지지 않는다면 그 사람은 양자이론을 이해했다고 볼 수 없다.”라는 보어의 말을 들은 파이만은 한 술 더 떠서 이렇게 이야기 했습니다.
“I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics. 그런데 내가 생각할 때는 (이해를 잘 하고, 못하고가 아니라) 아예 양자역학을 이해하는 사람은 아무도 없다.” 파인만은 원래 잘난 척을 많이 하는 학자입니다. 그런데 많이 아는 학자가 좀 잘난 척 한다고 뭐 그렇게 흠잡을 만큼 잘못된 것은 아니겠지요? 문제는 잘 모르면서 잘 난척하는 게 탈이지요.
파인만도 양자역학이 너무나 심오하고 난해하다는 것을 간파하고 은유가 쫙 깔린 명언을 남깁니다. 파인만은 원래 은유의 도사입니다. 그의 명언을 이해하려면 꽤 긴 시간이 필요합니다. 저도 마찬 가지입니다.
“If I could explain it to the average person, I wouldn’t have been worth the Nobel Prize. 만약 내가 평범한 사람들에게 조차 양자역학이 무엇인지를 설명할 수 있다면 노벨상을 받지 못했을 것이다.” 무슨 말인가요? 완전히 미친 사람이 되었거나, 아니면 인간을 초월해 신(神)의 경지에 도달했을 거라는 이야기입니다.
핵에너지, 실리콘, 반도체, 양자역학에서 나와
양자역학은 뉴턴의 고전물리학을 뒤엎고 물리학에 혁명을 가져온 새로운 물리학이라는 것을 생각하면서 보어의 명언을 접해야 합니다. 그 속에서 여러 가지 새로운 과학이 탄생했습니다. 양자역학과 새로운 과학의 연결고리 역할을 한 학자가 바로 덴마크 출신의 보어입니다.
양자역학의 대표적인 산물이 바로 원자폭탄입니다. 여러분은 당시 2차 대전을 일으킨 나치 독일과 미국 사이에 원자폭탄개발을 두고 숨막히는 비밀경쟁을 벌인 일을 기억할 것입니다. 독일에서 나온 양자역학이 미국에서 꽃을 피웠다는 사실도 알고 있을 겁니다. 그래서 나치의 잔혹상에도 불구하고 현대 물리학이 독일에 많은 빚을 지고 있다는 사실도 인정해야 합니다.
어쨌든 핵에너지는 말할 것도 없고, 오늘날 IT를 대표하는 반도체, 실리콘이 모두 양자역학의 산물입니다. 우주의 비밀을 푸는 현대 천체 물리학 역시 양자역학을 기반으로 발전하고 있습니다.
양자 역학, 즉 양자물리학이 나타나면서 우리가 사는 자연현상은 단순한 것이 아니라 너무나도 복잡하고 풀기 어려운 실타래처럼 엮어 있다는 것을 차츰차츰 알기 시작한 것이고 기존의 물리학 이론이라는 것이 자연을 설명하는 데 지극히 일부분일 뿐이라는 사실도 알게 되는 겁니다.
이는 자연현상을 말로 설명하기에는 너무나 복잡미묘하다는 이야기고, 또한 양자역학 역시 그렇다는 내용입니다. 그래서 양자역학과 관련해서 시인이 등장하고, 놀라 자빠진다는 이야기가 나오고, 또 이심전심이 나오는 겁니다.
"양자세계는 없다!”
그래서 인문학, 특히 철학에도 출중한 보어는 양자역학과 관련해서 이런 이야기를 남긴 것이죠. 유심히 읽어 보시길 바랍니다. “There is no quantum world. There is only an abstract physical description. It is wrong to think that the task of physics is to find out how nature is.
“양자의 세계는 없다. (실질적이 아니라) 추상적인 물리적 설명만이 가능하다. 물리학의 업무가 자연이 무엇인지를 밝혀는 내는 일이라고 주장한다면 그것은 맞는 말이 아니다.” 물리(物理)학이란 말 그대로 사물의 이치, 자연의 이치, 우주의 탐구하고 밝혀내는 학문입니다. 뉴턴의 만유인력도 그렇고, 아인슈타인의 상대성이론도 그렇습니다.
그런데 보어는 물리학은 그런 학문이 아니라고 주장하고 있습니다. 그리고 양자역학의 양자의 세계는 존재하지 않는다고 했습니다. 왜 양자역학, 양자물리학은 있는데 양자의 세계는 없다고 말한 걸까요? 너무 복잡 미묘하고 변화무쌍하게 돌아 가니까?
저도 잘 모르지만 그런 것 같습니다. 보어는 머리가 너무 커서 ‘짱구’로도 유명합니다. 아마 머리가 크고, 그 속에 천재적인 재능이 남들보다 더 많이 들어 있기 때문에 우리들이 이해 못하는 것은 아닐까요? 어쨌든 대단한 학자입니다. (계속) |
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