『부분과 전체』는 불확정성원리를 제시했고, 양자역학을 창안한 공적으로 노벨물리학상을 수상한 하이젠베르크의 자서전이다. 하이젠베르크가 신장암으로 세상을 떠나기 7년 전에 발간된 이 책은, 이야기를 주고받는 생생한 상황이 효과적으로 전달될 수 있게끔 대화 형식을 취했다.
하이젠베르크뿐만 아니라 닐스 보어, 볼프강 파울리 등 양자역학을 이룩하는 데 공헌한 이들의 토론이 실감나게 전개되고 있는데, 『부분과 전체』는 이들의 관계 양상과 아울러 양자역학의 성립 과정을 살필 수 있는 중요한 역사서라고 할 수 있다. 과학만을 다루는 여타 과학 서적들과는 달리 이 책에서 심도 있게 다루어지는 철학적 내용들은 『부분과 전체』가 왜 이 시대의 고전의 반열에 올랐는지를 여실히 보여 준다.
“입자와 파동의 이중성은 전자만의 성질이 아니라
모든 자연물에 내재되어 있는 성질입니다.”
하이젠베르크의 자서전인 『부분과 전체』는 닐스 보어, 볼프강 파울리 등 양자역학을 만드는 데 일조한 과학자들의 논쟁과 대화를 통해 이야기를 풀어 나간다. 이들은 양자역학에 기여한 공로로 노벨물리학상을 받았다는 공통점이 있는데, 그렇기에 이들 대화는 곧 양자역학의 성립 과정을 엿볼 수 있는 역사적 기록인 셈이다. 하이젠베르크의 생각은 물론이고 보어를 중심으로 한 코펜하겐학파의 견해가 대화 형식으로 펼쳐지고 있어 과학자들이 어떤 문제에 골몰했고, 이들 관계가 어떠했는지를 생생하게 느낄 수 있다.
“측정 결과가 관측자의 운동 상태에 따라 달라진다든지
측정 행위에 따라 달라진다는 것은
완전히 객관적인 사실이 존재할 수 없다는 것을 나타내지요.”
현대과학의 고전 중의 고전,
하이젠베르크의 『부분과 전체』를 만나다!
여타 과학책들이 형이상학적 논쟁보다는 과학의 실용성을 중요히 여겨, 철학적인 설명은 피하고 과학 내용만을 다루곤 하는 데 반해 『부분과 전체』는 첫 번째 대화에서부터 ‘이해한다는 것이 무엇인지’에 대해 운위할 만큼 철학적 측면을 심도 있게 다룬다. 많은 사람들이 이 책을 읽는 것은 다른 과학책에서 볼 수 없었던 철학 내용들을 발견할 수 있기 때문일 것이라고 저자는 말한다. 과학자들의 대화에서 발견할 수 있는 철학적인 논의는 『부분과 전체』가 왜 고전의 반열에 올랐는지에 대한 이유가 될 것이다. 이에 더해 마치 소설을 읽듯 배경, 장소, 인물에 대한 문학적 묘사는 글을 읽는 데 진진한 재미를 배가해 준다. 거기다 이 책은 2차 세계대전의 한가운데에 있으면서 원자폭탄 개발에 적으나마 영향을 주었던 하이젠베르크의 행동을 통해 과학자의 윤리와 책임 문제에 대해서도 생각해 보게 한다는 점에서도 가치가 있다.
인물 간의 긴 대화를 간명하게 축약하면서도 핵심 내용은 그대로 남긴 저자 곽영직 교수의 친절한 안내를 따라 우리는 『부분과 전체』에 편안히 다가들 수 있을 것이다.
머리말
1장 『부분과 전체』의 저자에 대하여
1) 하이젠베르크의 학생 시절
2) 양자역학(행렬역학) 연구
3) 제2차 세계대전과 원자핵에너지 프로젝트
4) 전후 독일 과학의 재건 사업
2장 『부분과 전체』를 읽기 위한 사전 준비
1) 『부분과 전체』를 쓴 목적
2) 『부분과 전체』의 특징
3) 양자역학
4) 칸트의 비판철학
5) 마흐의 감각적 실증주의
6) 논리실증주의
3장 『부분과 전체』의 재구성
1) 원자이론과의 첫 만남 1919-1920
2) 물리학을 공부하기로 결심하다 1920
3) 현대물리학에서 이해라는 개념 1920-1922
4) 역사에 대한 교훈 1922-1924
5) 양자역학에 관한 아인슈타인과의 대화 1925-1926
6) 신세계로 향하는 길 1926-1927
7) 자연과학과 종교에 대한 첫 번째 대화 1927
8) 원자물리학과 실용주의적 사고방식 1929
9) 생물학, 물리학, 화학의 관계에 대하여 1930-1932
10) 양자역학과 칸트철학 1930-1932
11) 언어에 대한 토론 1933
12) 혁명과 대학 생활 1933
13) 원자 기술의 가능성과 소립자에 대한 토론 1935-1937
14) 정치적 파국에서의 개인의 행동 1937-1941
15) 새로운 시작을 향해 1941-1945
16) 과학자의 책임 1945-1950
17) 실증주의, 형이상학 그리고 ...종교 1952
18) 정치와 과학의 대결 1956-1957
19) 통일장이론 1957-1958
20) 소립자와 플라톤철학 1961-1965
p. 32
이런 맥락에서 볼 때 『부분과 전체』에서 ‘부분’은 개개의 과학적 사실을 나타내고, ‘전체’는 전체적인 연관성을 의미할 것이다.
p. 42
1927년에 하이젠베르크는 전자의 위치와 운동량 그리고 시간과 에너지를 동시에 정밀하게 측정하는 것은 가능하지 않아, 두 물리량의 오차의 곱은 특정한 값보다 작아질 수 없다는 불확정성원리를 수학적으로 증명했다.
p. 63
“자연과학을 공부하는 사람들은 너무 쉽게 경험적 사실을 진리라고 생각하는 경향이 있어. 과학자들이 사실이라고 믿고 있는 것들은 측정 결과를 이용해 만들어 낸 모형에 지나지 않아서, 실제 사물은 모형과 같은 형태로 존재하지 않을 수도 있어. 우리는 감각기관을 통해 지각한 것을 우리가 선천적으로 가지고 있던 시공간의 형식과 선험적 지식을 통해 표상으로 만들어 내지. 따라서 우리는 사물을 직접 인식할 수 없으며, 표상만을 인식할 수 있고, 표상으로부터 개념을 만들어 내는 거야.”
p. 86
“원자 안에 전자궤도가 있다면 궤도를 도는 전자들은 전자기파를 방출해야 하지만 그렇지 않아요. 전자기파는 한 궤도에서 다른 궤도로 건너뛰는 양자도약에 의해서만 방출됩니다. 말도 안 되는 이야기처럼 들려요. 보어는 원자핵 주위를 도는 전자의 궤도를 알아냈다고 하지만 그것을 어느 정도 믿을 수 있을지 모르겠어요. 그러나 안개상자에는 전자가 지나간 자리가 뚜렷하게 나타납니다. 어쩌면 보어가 옳을 수도 있어요.”
p. 134-135
“살아 있는 생명체와 생명이 없는 물질의 차이는 그렇게 간단하지 않습니다. 고래는 상처를 다시 원래의 상태로 돌리는 복원력을 가지고 있습니다. 그런 능력은 유전정보 안에 저장되어 있을 것입니다. 배는 인간과 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 배는 이런 관계를 이용하여 상처를 치유합니다. 이 경우에는 인간의 의지가 개입된다는 차이점이 있기는 하지만요.”
p. 197
코펜하겐에 갔던 하이젠베르크는 보어로부터 아무런 조언도 듣지 못하고 돌아왔다. 하지만 원자폭탄을 만드는 문제는 예상과는 달리 쉽게 매듭지어졌다. 독일 정부가, 1942년 6월 원자로에 대한 연구는 재정에 무리가 가지 않는 범위에서 계속하기로 결정했지만, 원자폭탄을 만드는 것은 포기했던 것이다. 따라서 우란프로?트에서는 전쟁과 무관한 원자 기술의 개발에 대한 연구가 주를 이루게 되었으며, 이는 전쟁 동안의 어려움 속에서도 매우 유용한 결실을 맺을 수 있었다.
p. 220
“맞아요. 그렇게 되면 실증주의자들은 당신이 불분명한 쓸데없는 소리를 한다고 비난할 것이고, 그와 같은 일은 절대로 일어날 수 없다고 자신만만해할 겁니다. 그러나 진리란 도대체 어디에 더 많이 존재한단 말입니까? 보어 선생님이 말씀한 것같이 심연 속에 진리가 숨어 있다면 어디에 심연이 있으며 어디에 진리가 있단 말인가요?”
곽영직 [저]
서울대학교 자연과학대학 물리학과를 졸업하고 미국 켄터키대학교 대학원에서 박사학위를 받았다. 1985년부터 수원대학교 물리학과 교수로 재직하면서 자연과학대학장, 대학원장 등을 역임했다. 『세상을 바꾼 열 가지 과학혁명』, 『인류 문명과 함께 보는 과학의 역사』, 『토머스 쿤의 《과학혁명의 구조》 읽기』, 『칼 세이건의 《코스모스》 읽기』 등 다수의 과학 해설서를 펴냈고, 『오리진』, 『빅뱅』 등 다수의 과학책을 번역하였으며, 『왜 땅으로 떨어질까』를 비롯한 다수의 어린이용 과학책을 저술했다.
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