초끈이론

[우주의 구조]

초끈이론의 전개를 보면서 과거의 천동설과 지동설이 생각났다. 천동설 또한 나름대로 천체의 운동을 잘 설명했으나 지동설보다 불필요하게 복잡했고, 결국 지동설이 맞음이 증명됐다. 초끈이론 또한 뭔가 불필요하게 복잡하다는 생각이 든다 (오컴의 면도날). 진실은 달리 있는게 아닐까, 아직 알아내지 못했던가. 수학이나 물리학의 대가들이 느끼고 말하는 '수학적 아름다움'이 초끈이론에도 있는지.

또 한가지, 과학이 철학화되어감을 느꼈다. 둘 다 결국 검증할 수 없는 이론을 가지고 현실 - 우리가 감각하는 - 을 설명한다.

환원주의

[같기도 하고 아니 같기도 하고 pp.36-40]

"학문에도 일종의 계급질서가 있고, 분야에 따라 이해의 의미도 다르며, 이해의 수준에 대한 상대적인 가치도 서로 비교할 수 있다."

학문의 계급질서는 인문/사회과학, 생물학, 화학, 물리학, 수학의 순서대로 있고 상위는 하위의 학문으로 설명해야 한다고 말한다. 그리고 수직적, 수평적 이해에 대해 말하고 있으며, 환원주의적 사고의 한계와 위험에 대해 말하고 있다.

평소에 내가 화학과 물리에 대해 생각하는 방식이었기에 한 번 더 생각해 봐야겠다.

형이상학

[현대물리학이 탐색하는 신의 마음 pp. 37]

"형이상학은 물리학 - 또는 과학 일반 - 과 관련된 주제에 대한 연구를 의미하며, 과학적 주제 그 자체와는 상반된 뜻을 가진다. (중략) 분명 과학은 이러한 주제들에 폭넓게 연관되어 있지만, 경험적 과학만으로는 그러한 문제와 '생명의 의미'에 대한 어떤 물음에 대해서도 올바른 답을 내릴 수 없을 것이다."

명쾌한 정의, 단정이 마음에 든다.

책) 생명이란 무엇인가

에르빈 슈뢰딩거 (서인석, 황상익 역), 생명이란 무엇인가, 한울, 2000.

물리학자 슈뢰딩거가 생명현상의 물리적 해석에 대해 쓴 책.

원서는 1944년에 씌어졌다고 하는데, 시간이 오래 지난 만큼 현재에는 많은 부분이 (거의 다?) 사실과 다른 것으로 밝혀졌다 한다 (책 말미에는 이 책의 내용이 어떻게 잘못됐는지 알려주는 논문이 부록으로 실려있다). 하지만 아직도 그 답을 알기엔 요원한 것 같은 생명 현상에 대한 해석의 시도와 그를 위한 접근법에 의의가 있다고 생각한다. 슈뢰딩거는 파동방정식으로만 알고 있었는데, 이렇게 생물 분야에도 관심이 있어다는 것을 처음 알았다.

물리학자답게 생명 현상도 물리법칙으로 해석할 수 있다는 가정에서 시작한다 (환원주의의 대표적인 예라고 할까). 본격적으로 생명 현상에 대해 이야기하기 전에 물리법칙으로서의 원자통계학에 대한 이야기로 시작한다. 개인적으로는 이 부분이 이 책에서 가장 기억에 남는 내용이다. 이 개념을 책에 나온 예를 들어 이야기해보면 다음과 같다.

긴 원통에 산소기체가 있을 때 자기장을 가해주면 각 산소분자가 자기화, 즉 자기장의 방향과 나란히 서게 된다 (산소분자 자체도 작은 자석이기에). 하지만 모든 분자가 자기화 되는 것이 아니라 자기화의 정도는 자기장의 크기에 비례하게 되는데, 그 이유는 무작위한 배열을 만들어 내는 열운동에 의한 방해 때문이다. 정리하면, 분자들을 자기장과 평행하게 하려 하는 자기장과 무질서하게 하려 하는 열운동의 경쟁에 의한 결과가 관찰되는 자기화라는 것이다. 도체에서 이러한 현상을 근사적으로 나타낸 게 옴의 법칙이라 할 수 있을 것이다. 거꾸로 생각하면 열운동을 작게 하면, 즉 온도를 낮추면 자기화를 높일 수 있을 건데, 초전도 현상에서 그걸 볼 수 있다. 비슷하게 브라운 운동도 분자 단위로 보면 그 운동을 설명하기는 어려우나, 다루는 분자의 수가 많아질수록 확산법칙이라는 편미분 방정식 형태의 물리법칙으로 나타낼 수 있다고 말한다. (이렇게 (거시적인)물리법칙은 근사화된 결과라고 할 수 있으며, 따라서 발견이 아니라 이해하고 이용하기 위한 발명이라고 할 수 있지 않을까? 그렇다면 미시 세계를 다루는 양자역학 등은?)

여튼 위와 같은 사실을 이야기 한 다음, 생물의 일반적인 특성과 그로 유추할 수 있는 유전물질의 특성을 말한다. 그 내용이 어려워서 다 이해하지는 못했고, 그냥 다음과 같은 내용을 말하고 있다는 정도로만 이해했다. 위에서 말한 사실과 양자역학(불확정성)을 근거로, 생물체의 자기 유지 및 복제, 돌연변이 발생 등의 특성을 가지기 위한 유전물질(염색체)의 조건을 다원자구조여야 하며 그 규모는 어느 정도여야 한다고 말하고 있다 (이 내용이 맞는지 자신은 없다...). 그리고 생명체는 (다른 유기체가 가지고 있는)음의 엔트로피를 먹고 산다고 이야기 하고 있다. 그리고 마지막에 생명에 대한 이러한 견해(기계로서의 생물)에서 자유의지의 의의에 대해 평하고 있다.

내용을 정리하긴 했지만 공부가 부족한 관계로 다 이해하지는 못했다. 하지만 새로 발견된 사실(양자역학과 염색체)로부터 생명 현상에 대한 설명을 시도한 게 좋았다. '이기적 유전자'에서는 유전자(염색체)가 생명체의 구성과 진화에 미친 영향과 또 생물체의 생명 활동에 어떻게 영향을 미치는지 설명했다면, 이 책에서는 유전자의 구성 자체에 대한 설명을 시도했다고 할까 (그 뒤의 연구를 통해 틀렸음이 밝혀졌지만). 특히 과학자다운 엄격하고 창조적인 접근법이 이 책의 의의가 아닐까.

책) 마틴 가드너의 양손잡이 자연세계

마틴 가드너 (과학세대 역), 마틴가드너의 양손잡이 자연세계(제3개정판), 까치, 1993. (책 표지는 처음 봤다. 어렵게 구한 책 표지 그림인데 좀 후지다. ㅎㅎ)

너무 읽고 싶어서 헌책방을 뒤지다 포기하고, 결국 학교 도서관에서 대출해 제본한 책. (지적재산권에 어긋난 행동이긴 하지만, 이렇게 구하기 힘들 경우에는 어떻게 해야하는 거지?)

이렇게 매력을 느낀 이유는 우선 저자 '마틴 가드너' 때문이다. 고등학교 때 '이야기 파라독스(사계절)'란 책을 통해 처음 접한 작가이다. 그 뒤 '아하!(사계절)', '아담과 이브에게는 배꼽이 있었을까(바다출판사)', '마틴가드너와 함께보는 이상한 나라의 엘리스(나라사랑)' 등의 책을 읽으면서 알게 된 것은 마틴 가드너는 수학자인 동시에 대중들에게 수학에 대한 내용을 재밌게 풀어쓰는 작가이며, 사이비 과학의 헛점을 파헤치는 사이비 과학 헌터(?)라는 것이다. (비슷하게 마술이나 초능력의 사기를 현상금까지 걸고 찾는 사람이 있었는데) 이렇게 저자만으로도 관심 있었는데, 어디선가 책 소개를 봤는데 책의 내용이 단순히 대칭의 기하학 뿐만 아니라 결국에는 입자나 우주, 끈이론 등을 다루고 있다는 것을 보고 꼭 구해서 보고 싶다는 생각이 들었다.

뒷 부분의 입자나 우주, 시공간의 내용들을 읽을 때는, 항상 그러는 것처럼, 완전히 이해하지는 못하고 그냥 느낌만 가지고 넘어갔지만, 간단하게 거울 이야기부터 시작하여 초끈이론까지 이야기를 전개한다. 책에서는 특별히 나누지 않았지만, 책이 다루는 주요 내용들은 다음과 같다.

대칭의 (거울 상의) 기하학, 원자/분자, 생물, 양자, 우주론/시공간/통일장이론

자연 만물의 대칭과 비대칭, 그리고 패리티 보존 법칙의 성립 및 붕괴를 통해 기본 법칙을 말하고 있고, 눈에 보이는 거시세계에서부터 보이지 않는 미시세계까지 어떤 의미를 가지고 있는지 이야기하고 있다.

본문에 여러가지 관점의 내용을 더 자세하고 이론적으로 설명하고 있지만 전부 다 기억나지는 않고, 그냥 일반인의 입장에서 한가지 생각을 덧붙혀보면 다음과 같다.

이 책에서 말한 것과 같이 만물에 대해 대칭/비대칭을 기준으로 이야기 할 수 있는 이유는 무엇일까? 기본적으로 아무 것도 없다면 (대칭, 비대칭을 말하긴 어렵지만) 대칭이라고 말할 수 있을 것이다. 예를 들어 평평한 모래밭이 있다고 하자. 그런데 한 곳에서 모래를 파내어 다른 곳에 쌓아두면 비대칭이 생기게 된다. (웅덩이와 언덕) 입자와 반입자에 대해서도 비슷하게 생각할 수 있을 것이고, 결국 뭔가가 존재한다 함은 곧 비대칭이 존재한다고 말할 수 있는 것이다. (이 우주가 전체적으로 평형인가, 즉 입자와 반입자가 동일하게 존재하는 우주인가 등에 대한 문제는, 책에서도 나오지만 여러 가지 의견이 있고, 나로서는 이해하기 어려운 문제다. 여기서는 패스) 이렇게 물질(곧 에너지)의 존재는 곧 비대칭이며, 무한대의 엔트로피는 아무런 존재가 없는 완전한 대칭이라고 말할 수 있지 않을까.

질량중심

[질량중심 - 물리법칙특성 p137]
"세상에 있는 모든 물질의 질량중심은 그것이 전에 있었던 바로 거기에 있다."
관성의 법칙 (전체적으로 볼 때), 작용반작용법칙 (부분적)과 관련되어 있는 놀라운 사실. 상대성이론의 등속직선운동과 연관지어 생각해보자.

양전자와 시간

[양전자와 시간 - 일반인을위한파인만의QED강의 p150-152]

전자의 반입자인 양전자와 광자, 전자의 시공간에서의 움직임의 예를 보이고 있다. 여기에서 양전자의 움직임을 전자가 시간을 거슬러 움직이는 것으로 나타낼 수 있다. 그 근거는 전자는 시간에 따라 서로 밀어낸다. 예전에도 한 번 봤지만 입자 세계에서 시간의 정의는 다시 한 번 생각해 봐야겠다. 참고로, 광자의 반입자는 광자. 광자에서의 과거, 미래는 구별이 없다?

첨가 - 광속으로 움직이는 물질, 즉 광자에게는 시간이 흐르지 않는다.

존재의 분류

"하틀은 서로 다른 여러 법칙들이 주어진 일련의 데이터에 부합할 수 있으며, 그 중에서 우리가 발견한 법칙이 가장 정확한 것이라고 자신할 수 없음을 지적했다. (신의마음p117)"

책의 저자는 법칙의 발견을 주장하지만, 위 인용구는 발명을 말하고 있다. 여튼 이런 논의는 먼저 존재에 대한 정의가 필요하다.

크게 오감을 통해 확인할 수 있는 직접적인 존재와 간접적인 존재로 나눌 수 있을 것 같다. 간접적인 존재에는 개념적인 존재와 가상적인 존재가 있다. 개념적은 공통된 성질로서 인간이 찾아내는 것이고, 가상적은 직접적과 같으나 오감을 벗어나서 존재하는 것이다. 직접적과 가상적은 객관적 존재로 묶을 수 있는데 이는 인간과는 별개로 (상관없이) 존재한다는 뜻이다. (유물론적 가정 하에서 정의)

	직접적존재	가상적존재	개념적존재
인간과 별도로 존재	예	예	아니오
인간이 감지 가능	예	아니오	아니오