우연의 의미를 찾아서-양자역학의 세계관을 구축한 과학자들의 도전-

★ 〈피직스월드〉 선정 최고의 물리학 책 ★

★ 유튜브 〈안될과학〉 항성 번역 ★

★ 2025년 세계 양자과학기술의 해 ★

빛의 철학에서 파동의 과학까지

양자역학의 시작과 끝을 찾아서

태양은 왜 빛나는가? 빛의 속도는 무한할까?

‘유령 같은 작용’ 양자 도약은 진실일까? 빛보다 빠른 입자가 존재한다?

지금 이 시대를 사로잡은 질문들, 그 해답을 찾아서

저자는 양자역학이 아인슈타인에 이르러 갑자기 튀어나온 것이 아니라, 고대에서 현대까지 긴 시간 동안 다학제 간 연구와 학자들의 교류를 통해 지식의 축적이 이루어지면서 우리 세상의 과학 세계관을 형성해왔다고 말한다.

과학자, 철학자, 심리학자들은 지식을 교류하며 현대 과학의 세계관을 구축해나갔고, 고전역학과 양자역학, 완전히 다른 두 세계는 격하게 충돌했다. 이 모든 것은 인류가 ‘빛’을 탐구하면서 시작되었다. 고대 철학자들(피타고라스, 엠페도클레스, 아리스토텔레스, 플라톤 등)은 빛의 속도가 무한한지, 유한한지에 대해 수백 년 동안 논쟁을 이어갔다. 그러나 고대의 신화 중심 세계관을 벗어나 과학 실험이 발달할 때까지 답은 나올 수 없었다. 그렇다고 이들의 고찰이 무의미한 것은 아니었다. 아리스토텔레스의 사고실험은 원자의 발견, 중력의 존재, 운동의 이유 등에 대한 단초를 마련하도록 기여했다.

그 뒤 크리스티안 하위헌스, 아이작 뉴턴, 제임스 클러크 맥스웰 등이 과학 기반 실험을 수행하면서 빛이 입자이자 파동의 성격을 가졌음을 알게 되었고, 이는 양자역학이 싹틀 기반을 마련했다. 또한 알베르트 아인슈타인은 3차원 공간에 시간을 또 하나의 차원으로 부여하며 고전역학에서 현대물리학으로 도약하는 토대를 다졌다. 아인슈타인을 시작으로 세계를 뒤흔드는 혁신적인 과학 혁명이 시작된 것이다. 이 모든 지식이 기반이 되어 에르빈 슈뢰딩거의 ‘파동방정식’, 엔리코 페르미의 ‘중성미자 발견’, 볼프강 파울리의 ‘배타원리’, 하이젠베르크의 ‘불확정성 원리’ 등 새로운 시대를 빛낸 과학자와 이론이 차례로 등장하며 지금의 양자역학이 정론이 되었다.

우리는 결국 과학을 넘어서는 우연의 영역을 만난다

우주의 가장 깊은 진실에 도달하는 여행

플라톤의 빛, 피타고라스의 미신, 뉴턴의 운동, 아인슈타인의 상대성이론,

파울리의 중성미자와 융의 무의식…

과학자와 철학자, 심리학자의 교류가 가져온 ‘우연’에 대한 탐구

이 책은 다양한 인물, 사건, 논쟁의 이야기를 생생하게 그린다. 특히 그동안 가려져 있었던 흥미진진한 에피소드들, 즉 과학자들이 증명된 현상 대신 자신의 ‘신념’에 따라 움직이는 장면이 세세하게 기록되었다. 때로는 유사 과학에 가까운 믿음, 초자연현상의 영역이 ‘과학 이론’의 나아갈 방향에 영향을 주기도 한 것이다.

예를 들면, 양자역학 분야에서 뛰어난 업적을 보인 볼프강 파울리는 자신의 의사였던 심리학자 카를 융과 20년 동안 교류했다. ‘집단 무의식’과 의미 있는 우연의 일치인 ‘공시성’ 개념의 창시자 융은 파울리, 아인슈타인과의 만남에 큰 의미를 부여하고, 상대성이론과 양자역학을 자신의 심리학 이론에 적용했다. 파울리 역시 융의 공시성을 반영하여 생각의 방향을 바꾸었고 자신의 이론에 표현하기에 이른다.

그 외에도 피타고라스학파나 요하네스 케플러의 완벽한 숫자에 대한 집착, 앨프리드 러셀 월리스의 강령술에 대한 믿음, 아인슈타인과 초자연현상을 지지하는 이들의 긴박한 논쟁, 일부 과학자들의 비과학적 이론 제안 등 그동안 교과서, 책에서 보여주지 않았던 사실이 등장한다.

결국 이런 숨은 이야기나 우연에 대한 고찰, 양자역학의 기이함이 우리에게 주는 의미는, 이 세계가 단순한 기계적 인과관계로만 설명되지 않는 신비로운 측면을 가지고 있다는 것이다. 아인슈타인부터 파울리까지, 20세기의 위대한 물리학자들이 자연의 근본 법칙을 탐구하면서 마침내 철학적, 형이상학적 질문들과 마주했듯, 우리는 살아가면서 순수한 과학적 설명을 넘어서는 의미의 영역과 만나게 된다. 이 책은 그 경계를 넘나드는 여정에서 우리에게 영감을 주는 나침반이 될 것이다.

과학과 철학의 경계를 탐구하는 지적 여정, 양자역학

이제 내일의 과학은 어떤 질문을 던질 것인가

수천 년에 걸친 과학의 발전은 우리가 인과관계에 대해 가진 전통적인 관념에 도전하는 방향으로 이루어졌다. 그리고 지난 100년간, 현대물리학은 고전물리학 이론의 여러 측면을 부수며 성립되었다. 과학자들은 양자역학을 연구하며, 눈에 보이지 않는 미세한 움직임이 우리의 예상을 따르지 않는다는 것을 반복된 실험으로 검증했다. 이처럼 확고한 결과가 제시되는 한, 양자역학의 견고한 체계는 한동안 무너지지 않을 것이다.

그러나 현대물리학은 분명 우리가 경험하는 세계를 직관적으로 설명하기 어려운 부분이 있다. 따라서 물리학자들은 인간의 ‘거시 세계’와 양자의 ‘미시 세계’, 모두를 보편 법칙으로 통합하여 설명하고자 노력한다. 아인슈타인, 하이젠베르크, 파울리 같은 위대한 물리학자들 역시 이러한 자연의 통합 이론을 마지막 순간까지 연구했다. 과학자들의 끊임없는 호기심과 노력으로 언젠가 ‘세계를 설명하는 단 하나의 이론’은 구체화될 것이다. 그리고 그 결론은 21세기의 과학, 양자역학이 전혀 예상하지 못한 형태일 수도 있지 않을까.

책머리에_ 자연의 숨겨진 연결고리

1. 태양은 왜 빛날까?

천체를 바라본 고대의 철학자들

2. 빛의 속도는 유한할까?

새로운 과학, 천문학의 탄생

3. 움직임을 지배하는 법칙은 무엇일까?

빛의 파동 이론과 뉴턴의 운동 법칙

4. 원인과 결과가 동시에 일어날 수 있을까?

상대성이론과 양자역학의 서로 다른 언어

5. 양자는 어떤 규칙을 따를까?

불확실성원리가 가져온 우주의 필연적 공백

5. 인과관계 없이 멀리 있는 물체는 어떻게 연결될까?

대칭성과 보존법칙의 특별한 관계

6. 우연의 일치에 숨은 의미가 있을까?

융의 공시성과 파울리의 양자역학의 만남

7. 완벽한 대칭과 불균형, 자연의 선택은?

패리티 위반, 상상도 못한 질서의 붕괴

8. 숨겨진 변수는 정말 존재할까?

자연을 설명하는 이상적인 이론을 찾아서

나가며_ 우주의 실타래 풀기

감사의 말

옮긴이의 말_ 양자역학과 심리학의 경계를 넘어서며

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