[eBook]물리와 철학 

저 : 베르너 하이젠베르크역 : 조호근출판사 : 서커스출판상회발행일 : 2019년 05월17일 | 종이책 발행일 : 2018년 04월15일

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양자역학의 창시자 하이젠베르크가 직접 말하는 현대 물리학의 철학적 함의

양자역학은 뉴턴 역학, 19세기의 열 이론, 아인슈타인 등이 완성한 전기역학, 특수 상대성이론, 광학, 자기학 등과 함께 현재 물리학의 네 번째이자 마지막인 공리계로 받아들여지고 있다. 하지만 완벽한 수학적 정식화에 성공했음에도 불구하고 양자역학은 그 유명한 불확정성 원리로 인해 과학계에서도 많은 논란을 불러왔다. 객관적인 실재를 추구하는 자연과학의 입장에서 원자 단위의 입자의 움직임이 그 위치와 속도가 관찰자의 개입에 따라 달라진다는 사실은 양자역학을 잠정적인 가설이나 어딘가 괴이하고 미심쩍은 것으로 받아들여지게 했다. 현재 양자역학은 레이저 및 각종 전자장비의 작동 원리에 응용되며 DVD 플레어나 슈퍼마켓의 계산대와 같은 일상적인 장소에서도 적용되고 있다. 또한 양자역학을 이용해 기초 단위 입자의 성질을 계산한 결과는 실험으로 측정한 결과와 정확하게 일치한다. 그럼에도 양자역학은 아인슈타인의 상대성이론과 더불어 과학계에서 가장 많은 논란과 반발을 초래했다는 것은 사실이며 고전 물리학에서 벗어나 심지어 과학의 이념에 대한 안티테제로 보인다는 점에서 대중들의 호기심을 자극한다. 양자역학은 과연 어떠한 종류의 학문인가. 그리고 양자역학을 포함해 현대 과학은 지금의 사회, 문화, 종교, 철학, 언어와 어떤 관계를 맺어야 하는가.
<물리와 철학>은 불확정성 원리로 양자역학의 창시에 결정적인 역할을 한 하이젠베르크가 1955~56년에 스코틀랜드 세인트앤루스 대학의 기퍼드 강연에서 발표한 내용을 정리한 것으로 현대 과학의 고전으로 평가받는 책이다. 하이젠베르크는 양자역학을 주제로 한 이 강연에서 양자역학의 발전 과정을 비롯해 양자역학이 가지는 철학적 함의와 우리가 사용하는 언어와 과학의 관계에 이르기까지 과학과 철학을 종횡무진 오가며 자신이 만든 새로운 학문을 대중들에게 소개한다.
하이젠베르크는 우선 플랑크, 아인슈타인, 보어 등의 활약으로 뉴턴 역학이 자연을 설명해 온 방식에 문제가 제기되는 과정을 거쳐 양자역학이 성립되기까지의 경과를 설명한다. 이들 과학자들의 새로운 발견은 뉴턴 역학의 일관성에 손상을 가할 수밖에 없었는데 뉴턴의 고전 역학으로 설명할 수 없는 새로운 사실들은 너무도 혁명적이어서 과학자들을 환희보다는 오히려 당혹감에 빠지게 한 것으로 보인다. 하이젠베르크 또한 불확정성 원리를 발견했을 때의 당혹감을 자연에는 수학으로밖에 표현할 수 없는 진실이 존재하는 것은 아닐까 하는 의구심으로 조심스레 표명한다.
현대 물리학은 뉴턴 역학뿐 아니라 칸트가 <순수 이성 비판>에서 절대 의심할 수 없는 ‘선험적a priori’ 지식이라 불렀던 것들도 완전히 파괴했다. 상대성이론은 시간과 공간에 대한 관점을 바꾸었으며 양자역학에서 설명하는 원자 단위의 사건들에서는 인과율과 물질이라는 개념도 더 이상 적용되지 않는다. 물론 이것은 고전 물리학과 인과율이 잘못된 것이라는 의미는 아니며 그것이 적용되는 범위에 한계가 있다는 것을 의미한다.
뉴턴 역학과 칸트의 인과율의 해체는 고정불변의 객관적 진실의 추구라는 과학의 이념을 뒤흔들었다. 하지만 하이젠베르크는 ‘우리는 여기서 관찰하는 대상이 자연 그 자체가 아니라 과학의 방법론에 노출된 자연의 일부라는 사실을 항상 기억해야 한다’고 주의를 촉구한다. ‘인간은 존재라는 연극에 참여하는 배우이자 그 모습을 지켜보는 관중임을 잊지 말아야 한다’는 보어의 말은 자연 속에서 과학적 사실을 추구하는 인간이 관찰 대상인 자연과 맺는 관계에 ...

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하이젠베르크의 불확정성 원리는 물리적 세계에 대한 철학적 개념에 심대한 영향을 주었다. 이 중요한 책은 현대 물리학의 혁명을 이끈 주도적 인물인 하이젠베르크 본인이 그 혁명에 대해 이야기하고 있다.
- 뉴욕 타임스 북리뷰

중력을 양자론으로 표현할 수 있게 된다면 인과율, 불확정성, 그리고 시공간의 구조가 모두 조화롭게 융합되어 이런 모든 원리들의 충돌이 해결될지도 모른다. 그러면 아직까지도 수수께끼로 남아 있는 양자역학의 내부 구조에 대한 단서가 등장할 수도 있을 것이다. 그때까지는 놀랍도록 성공적이지만 여전히 논란이 끊이지 않는 이 물리학 분야를 물리학자들이 어떻게 받아들이는지 알아보기 위해서는, 이제 고전의 반열에 오른 하이젠베르크의 강의 내용을 참고하는 쪽이 최선의 방책일 것이다.
- 데이비드 린들리

목차 TOP

서문 데이비드 린들리

1. 옛 전통과 새로운 전통
2. 양자론의 역사
3. 양자론의 코펜하겐 해석
4. 원자과학의 기원과 양자론
5. 데카르트 이후 철학 사조의 발전과 양자론의 새로운 상황의 비교
6. 양자론과 기타 자연과학의 관계
7. 상대성이론
8. 양자론의 코펜하겐 해석에 대한 비판과 역제안
9. 양자론과 물질의 구조
10. 현대 물리학의 언어와 실재
11. 인류 사상의 발전에서 현대 물리학의 역할

노벨상 수락 강연 양자역학의 발전
옮긴이의 말

본문중에서 TOP

양자론의 코펜하겐 해석은 역설에서 시작한다. 물리학의 모든 실험은, 일상생활의 현상이든 원자 수준의 사건이든, 모든 사건은 고전 물리학을 이용해 서술해야 한다. 모든 과학자는 고전 물리학의 개념으로 구성된 언어를 이용해 실험을 설계하고 결과를 서술한다. 여기서 고전 물리학의 개념은 다른 것으로 대체할 수 없고, 대체해서도 안 되는 것이다. 그러나 이런 개념의 적용은 불확정성원리에 의해 제약을 받는다.

결국 우리는 상당히 이상한 결론에 도달하게 되는데, 관찰이 사건의 결과에 결정적인 역할을 수행하며 현실이 우리의 관찰 여부에 따라 달라진다는 것이다. 이 점을 명확하게 판별하기 위해서는 관찰이라는 행동이 어떻게 일어나는지를 자세히 분석할 필요가 있다.
우선 자연과학의 관심사는 우리를 포함하는 우주 전체가 아니라는 사실을 반드시 기억해야 한다. 우리는 우주의 특정 부분에 관심을 가지고, 그 부분을 연구 대상으로 지정한다. 원자물리학에서 그 부분이란 보통 매우 작은 물체, 즉 원자라는 입자나 그 입자가 모여 만든 구조지만, 크기 자체가 중요한 것은 아니기에 상당히 큰 구조체도 포함될 수 있다. 중요한 것은 우리 자신을 포함 ...

저자소개 TOP

베르너 하이젠베르크 [저]

독일의 이론물리학자로 미시적인 세계를 지배하는 근본 법칙인 양자역학의 개척자 중 한 명이다. 괴팅겐 대학 시절 닐스 보어의 강의를 듣다가 사제 관계를 맺었고 이후 평생의 학문적 동지로서 깊은 친교를 맺었다. 1927년 라이프치히 대학의 이론 물리학 교수가 되었고 이후 라이프리치 대학을 독일 물리학의 중심지로 만들었다. 불확정성 원리를 제창해 양자역학에 대한 해석을 확립했고 1932년 양자역학을 창시한 공로 등을 인정받아 노벨 물리학상을 수상했다. 1933년 독일 최고의 물리학적 명예인 막스 플랑크 메달을 받았다. 제2차 세계대전 중에는 독일 우라늄 계획의 실질적인 지도자가 되었는데 나치 지도자들에게 인적, 경제적 자원의...
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조호근 [역]

서울대학교 생명과학부를 졸업했다. SF/판타지 단편과 어린이용 과학 도서 번역을 주로 하였고, 현대 해외 문학을 국내에 소개하는 일도 하고 있다. 옮긴 책으로 『제임스 그레이엄 밸러드』『레이 브래드버리』『시월의 저택』『도매가로 기억을 팝니다』『마이너리티 리포트』『진흙발의 오르페우스』『더블 스타』『하인라인 판타지』『아마겟돈』『컴퓨터 커넥션』『타임십』『소용돌이에 다가가지 말 것』『SF 세계에서 안전하게 살아가는 방법』 등이 있다.

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