과학의 확실성의 종말
20세기 초반 인류의 집합적 세계관에 대변혁을 일으킨 사건과 사건의 주역들에 대한 이야기

"신은 주사위를 던지지 않았다." 20세기 초 과학계를 뜨겁게 달구었던 양자론을 비판한 아인슈타인이 한 유명한 말이다. 아인슈타인은 우주의 질서를 우연성과 불확정성에 기대어 설명한 양자론을 못마땅하게 여겼다. 그는 연구의 많은 시간을 양자론의 문제를 찾아내는 데 쏟았지만 끝내 그 열쇠를 찾지 못했다. 20세기 불세출의 과학자 아인슈타인도 풀지 못한 문제에 도전하여 그럴듯한 결과를 만들어낸 과학자가 여기 있다.
원폭의 아버지 오펜하이머의 지도 아래 버클리 대학에서 박사 과정을 공부하고, 프린스턴 대학에서 아인슈타인의 동료 교수로 활동하던 "데이비드 봄"이 바로 그 주인공이다. "아인슈타인의 꿈"의 해결책을 담아내고 평생을 걸쳐 연구한 성과를 모아 국내 최초로 선보이는 데이비드 봄의 저작 【양자역학, 전체와 접힌 질서】를 소개한다.



시대가 버린 물리학계의 이단아, 데이비드 봄

데이비드 봄은 제2차 세계대전이 한창이던 무렵, 내로라하는 과학자들이 모인 맨해튼 프로젝트의 우라늄 농축에 결정적인 이론을 제공한다. 오펜하이머의 제자, 아인슈타인의 동료라는 사실처럼 봄은 20세기를 대표하는 이론물리학자였다. 하지만 버클리 대학에서 공부하던 시절, 공산당에 가입하고 정치활동을 했던 전력이 매카시즘의 도마 위에 올랐고 졸지에 공산주의자로 내몰리며 평생을 망명과 이민 속에서 살아야만 했다.

코펜하겐 해석을 넘어선 대안 해석으로 "아인슈타인의 꿈"에 도전하다
데이비드 봄은 학계의 변방에서 연구를 이어나가며 양자론의 대안 해석을 발표한다. 양자론의 아킬레스건인 "숨은 변수"를 해결한 "숨은 변수 이론"으로 양자론을 설명하는 코펜하겐 해석의 대안 해석을 제시한 것이다. 보어와 하이젠베르크를 주축으로 하는 코펜하겐 학파는 양자론을 불확정성과 우연성을 통해 설명했고 이는 양자역학의 표준 해석으로 자리잡았다. 아인슈타인과 슈뢰딩거 등 당시 대표적인 과학자들은 코펜하겐 해석을 탐탁지 않아 했지만 달리 반박할 이유도 없었기에 수긍하는 길을 택했다.
【양자역학, 전체와 접힌 질서】는 양자역학의 코펜하겐 해석을 대신할 새로운 가능성을 보여주고 있다. 저자가 1952년 발표한 "숨은 변수 이론"과 이를 보다 발전시킨 "양자장론"의 모습들을 담았고 부록에는 수학적 증명을 소개하고 있다. 봄의 대안 해석은 블랙홀 이론을 창시한 로저 펜로즈 교수와 양자이론의 개념적 토대를 세운 베르나르 데스파냐, 1973년 노벨물리학상 수상자 브라이언 조셉슨 등이 인정할 정도로 수많은 양자론의 대안 해석 중에서도 대표 해석으로 인정받고 있다. 서울대 물리천문학부의 최무영 교수는 봄의 양자론 해석을 가리켜 "양자역학의 대안 해석이라기보다 완전히 다른 체계로서 고전역학"이라고 말했다. 가장 수학적이라 할 수 있는 물리학 분야를 휘청이게 만든 양자론의 "불확정성"을 논리적인 방식으로 반박하고 싶었던 아인슈타인의 꿈을 그의 친애하는 동료 데이비드 봄이 이뤄낸 것이다.

우주를 이해하는 전혀 색다른 방식, 전체와 접힌 질서
우주를 제대로 이해하려면 우주를 지배하는 질서를 기술하는 "이론"에 대한 정확한 이해가 선행되어야 한다. 【양자역학, 전체와 접힌 질서】에는 데이비드 봄은 (흐름 양식으로서, 과정으로서, 조각나지 않은 전체로서의) "이론", 바로 전체론적 사고를 소개하고 있다. 아인슈타인이 애용하는 사고실험을 즐겼던 저자 역시 꼬리에 꼬리는 무는 질문을 거듭하며 "이론"마다 거기에 알맞은 질서가 필요함을 포착하고 우주를 지배하는 "전체론적 질서"를 찾아 상상의 나래를 뻗어나간다. 그 연구 과정에서 도출한 "미분리된 전체"라는 개념을 토대로 새로운 질서 개념인 "접힌 질서"를 발견하고 그 내용을 담아냈다. "접힌 질서"는 홀로그램을 떠올리면 쉽게 이해할 수 있는데, 이것은 부분 속에 전체의 정보가 들어 있다는 생각이다. 양자론, 상대론에서 보지 못했던 새로운 질서 개념을 다양한 실례를 통해 의식과 우주로까지 확장하여 이해하기 쉽도록 설명하고 있다.
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어느 시대든 주류 패러다임을 뒤집기란 쉽지가 않다. 하늘이 돌고 있다고 굳게 믿었던 사람들이 그게 사실이 아니라 우리가 돌고 있다는 사실을 받아들이기까지 얼마나 많은 시간이 필요하고 수많은 연구가 이뤄졌던가. 봄의 해석이 처음 나왔을 때 당대의 주요 물리학자들 역시 "유치한 일탈 행위(오펜하이머)", "물리적 판타지(아인슈타인)"라는 말로 봄을 괴짜 물리학자로 몰아 세웠다. 학계와 과학자들의 비난과 반감에도 불구하고 봄의 이론은 20세기 후반에 접어들며 "봄 역학"이란 이름으로 더욱 활발하게 연구 중이다. 【양자역학, 전체와 접힌 질서】에서 주목해 볼 만한 것은 과학 현상을 연구하는 것을 넘어 철학적 의미로 해석하며, 과학 이론을 세계관의 문제로 바라보고 있다는 점일 것이다. 시대를 잘못 타고난 불행한 과학자가 아니라 열린 대화를 좋아하고 철학적 소양을 갖춘 과학자로서 데이비드 봄의 진면목을 만나보도록 하자.