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혼돈의 물리학 : 무질서와 불확실성, 우연으로 가득 찬 우주를 읽는 법
유상균 ㅣ 플루토
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2023년 04월 20일
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9791188569441/1188569449
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  • 상세정보
  • 20세기 이후 과학이 밝혀낸 놀라운 사실 중 하나는 우주를 구성하는 기초 재료인 원자들의 세계는 뉴턴 물리학을 이루는 질서와 법칙이 아니라, 우연과 확률이 지배한다는 점이다. 우리를 비롯한 모든 것은 분명 원자로 이루어져 있고 이렇게 명확한데, 정작 원자는 명확히 정해진 존재가 아니라니! 《혼돈의 물리학》은 무질서와 불확실성, 우연이 질서와 규칙, 필연과 어우러져 만들어내는 현실 세계의 모습을 현대 과학의 새로운 패러다임 ‘복잡계 과학’에 기초하여 이야기한다. 이 책은 그동안 주목할 가치로 여겨지지 않았던 ‘혼돈’이, 질서와 규칙, 필연과 만나 물질과 세계가 탄생한다는 하나의 주제를 가지고 물리학과 수학, 생물학, 인문·사회과학의 다양한 성과를 가로지른다. 과학적 지식 전달에 치중하는 여타의 과학 도서들과 달리 《혼돈의 물리학》은 과학을 통해 세계와 인간의 관계를 통찰하고, 진정으로 건강한 우리의 삶은 동서양의 생명관이 어우러져야 가능하다는 메시지를 전한다. 그럼으로써 과학을 지식의 영역을 넘어 삶과 세상을 대하는 태도로 확장시킨다.
  • 질서는 무질서의 바다 위에 떠 있는 섬과 같다 혼돈과 우연의 바다 위에 솟아난 우리 세계의 참모습을 살핀다 철학은 어떻게 과학이 되고, 과학은 어떻게 지혜가 되는가 복잡계 과학과 동서양철학은 어떻게 만날 수 있는가 물리학과 수학, 생물학, 인문·사회과학을 여행하는 지적 모험 카오스 이론, 엔트로피, 양자역학 등 다양한 과학 지식을 한 권으로 꿰뚫는다 물리학으로 세상에 관해 질문하기 -우리 세계는 예측할 수 없는 혼돈과 우연의 바다 위에서 태어났다! 20세기 이후 과학이 밝혀낸 놀라운 사실 중 하나는 우주를 구성하는 기초 재료인 원자들의 세계는 뉴턴 물리학을 이루는 질서와 법칙이 아니라, 우연과 확률이 지배한다는 점이다. 우리를 비롯한 모든 것은 분명 원자로 이루어져 있고 이렇게 명확한데, 정작 원자는 명확히 정해진 존재가 아니라니! 《혼돈의 물리학》은 무질서와 불확실성, 우연이 질서와 규칙, 필연과 어우러져 만들어내는 현실 세계의 모습을 현대 과학의 새로운 패러다임 ‘복잡계 과학’에 기초하여 이야기한다. 이 책은 그동안 주목할 가치로 여겨지지 않았던 ‘혼돈’이, 질서와 규칙, 필연과 만나 물질과 세계가 탄생한다는 하나의 주제를 가지고 물리학과 수학, 생물학, 인문·사회과학의 다양한 성과를 가로지른다. 과학적 지식 전달에 치중하는 여타의 과학 도서들과 달리 《혼돈의 물리학》은 과학을 통해 세계와 인간의 관계를 통찰하고, 진정으로 건강한 우리의 삶은 동서양의 생명관이 어우러져야 가능하다는 메시지를 전한다. 그럼으로써 과학을 지식의 영역을 넘어 삶과 세상을 대하는 태도로 확장시킨다. 세계는 질서 있게 움직이는 기계가 아니다-자연은 확률이 지배한다! 20세기 초까지만 해도 과학자와 수학자들이 바라본 세계의 참모습은 질서와 조화였다. 사물과 천체의 운동 법칙을 통해 최초로 자연현상에 관한 보편적 수학적 원리를 만든 아이작 뉴턴 이후에는 알베르트 아인슈타인이 등장하여 새로운 자연법칙을 드러냈다. 이들의 방정식은 개별 존재들의 운동을 하나의 법칙으로 일반화했다. 한동안 이 법칙들은 세계를 밝혀주는 빛이 되었다. 우리의 일상 영역을 넘어 자연의 질서를 드러내주었고, 우리는 이들을 통해 일식을 예측하고 블랙홀을 상상했다. 그러나 20세기 들어 출현한 복잡계 과학은 사람들이 당연하다고 여겼던 과학의 전제들뿐 아니라 물질이 존재하는 방식과 인간이 물질을 인식하는 과정에 대해 전혀 다른 이야기를 내놓았다. 세계는 질서정연하고 예측 가능하며 이미 결정되어 있다는 뉴턴 물리학의 관점을 송두리째 뒤엎는 주장이었다. 우리 세계를 구성하는 기본 물질들은 결정론이 아니라 확률의 법칙에 따라 행동한다. 즉 우리 세계는 우연을 바탕으로 한 질서 체계였다. 모든 수학 영역을 모순이 없고 완전한 하나의 체계로 통합할 수는 없으며, 운동을 예측하는 핵심 물리량인 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정하는 것도 불가능하다는 불확정성 원리는 인간이 자연을 인식하고 측정하는 데 피할 수 없는 한계가 있다는 걸 잘 보여준다. 우리 인간을 둘러싼 또 다른 주요 복잡계는 사회다. 우리는 지구 생태계와 사회의 중요한 구성원이다. 생태계와 마찬가지로 매우 복잡한 비선형적 상호작용을 통해 사회에서도 역동적 현상이 나타나고 사라진다. 이 이야기들을 통해 지은이는 변하지 않는 완전한 세계는 교과서에나 있으며, 이상적인 세계가 아니라 혼돈과 질서가 어우러지며 변화하고 명멸을 거듭하는 세계에서 우리에게 주어진 시간 동안 모두가 잘 살 수 있는 현실을 만들려는 노력이 절실하다는 메시지를 전한다....
  • 추천사 머리말 1장 유리수와 무리수 유리수, 피타고라스가 생각한 우주의 본질 있으면 안 되는 수, 무리수 발견 무리수가 많을까, 유리수가 많을까 실수 안 무리수의 역할 완전을 꿈꾸지만 불완전한 수학 체계 2장 양자역학-새로운 물결 빛은 파동이다 파동이면서 입자인 빛과 물질의 이중성 전자로 한 이중슬릿 실험 기괴한 코펜하겐 해석 전자가 원자 안 어딘가에 있을 확률 인간 지식의 한계를 보여주는 불확정성 원리 미시 세계가 일상 세계와 다른 이유 아인슈타인의 반격 EPR 문제를 검증할 벨의 정리와 실험적 입증 양자역학에 관한 또 다른 해석들 예술과 양자역학 이 장을 맺으며 3장 카오스와 코스모스 주기 배가, 카오스에 이르는 과정 나비효과, 작은 차이가 불러온 엄청난 결말 파이겐바움 상수, 카오스의 또 다른 공통점 카오스와 프랙털 정수가 아닌 소수의 차원, 프랙털 차원 어디에나 있는 프랙털 구조 이상한 끌개 카오스의 기원과 확장 4장 데모크리토스와 에피쿠로스 데모크리토스의 원자론 에피쿠로스와 루크레티우스의 원자론 맑스와 에피쿠로스가 만나는 지점 데모크리토스와 뉴턴 물리학의 결정론적 세계관 시스템의 변화를 예측하는 통계역학 ...
  • 혼돈의 가장자리라 불리는 상태, 즉 완전한 혼돈도 완전한 질서도 아닌 그 사이의 매우 특별한 영역이 존재한다. 무질서해 보이는 이 시스템 안에서 조직적 질서가 스스로 창발emergence하며 역동적으로 변화한다. -16쪽 이처럼 여러 사물이나 개념으로부터 공통점을 파악하여 추려내는 것이 추상화abstraction이며 수학은 추상화를 위한 최고의 도구다. 추상화는 운동 법칙으로도 확장할 수 있다. 개별 존재들의 운동을 하나의 법칙으로 일반화한 결과가 뉴턴의 운동방정식(고전물리학), 슈뢰딩거 방정식(양자역학), 아인슈타인의 장방정식(일반상대성이론) 등이다. 그러므로 수학을 통하지 않으면 자연을 이해할 수 없다. -31쪽 수학자들은 자연수, 실수 같은 집합 체계에서도 모순이 없음을 증명할 수 없고, 따라서 확실하고 완전한 듯한 수 체계도 실제로는 그렇지 않음을 깨달았다. 결국 힐베르트가 시도했던 수학 체계가 불가능하다는 의미였다. 모든 수학 영역을 모순이 없고 완전한 하나의 체계로 통합할 수 없다는 말이기도 하다. -53쪽 관측 장치를 켜는 순간 놀랍게도 스크린에 만들어졌던 간섭무늬가 감쪽같이 사라지면서 입자들이 슬릿을 통과한 후 그리는 두 줄만 나타났다. 반면 관측 장치를 제거하면 전자들이 슬릿을 어떻게 통과했는지 알 수 없게 되고(입자성을 확인할 수 없게 되고) 스크린에는 간섭무늬가 나타난다. 전자 위치를 관측하면 입자처럼, 관측하지 않으면 파동처럼 행동한다. 마치 관측이라는 행위가 전자의 정체성을 바꾸는 듯한 기괴한 일이었다. -65쪽 우리가 아무리 정확하게 위치와 운동량을 측정하려 해도 정확한 값을 얻을 수는 없다. 실제 관측이란 빛을 통해 이루어지는데, 위치를 정확히 알려면 높은 해상도가 필요하기 때문에 파장이 짧은 빛을 이용해야 한다. 그러나 이 때문에 입자의 운동량이 교란되어 불확정성이 생긴다. 반대로 운동량을 교란하지 않기 위해 파장이 긴 빛을 이용하면 운동량에 관한 정확도를 높일 수는 있지만 해상도가 감소하여 위치를 정확히 알 수 없다. 인간은 대상을 교란하지 않는 동시에 정확한 위치와 운동량을 얻을 수 없다. -75쪽 확실한 사실은 양자역학이 20세기 과학기술 문명의 대부분을 낳았다는 것이다. 양자역학은 해석이 필요하고, 뉴턴의 물리학 상식에 익숙한 우리에게는 너무도 낯선 코펜하겐 해석이 주류로 인정되고 있다. 보어의 말대로 또 다른 심오한 진실이 존재할 수도 있지만 코펜하겐 해석의 틀 안에서 보면 미시 세계는 분명 우연이 본질인 세계다. 한 치의 오차도 허용하지 않는 합법칙적이고 결정론적인 질서가 근본부터 붕괴하여 극도로 작은 주사위로 가득 찬 세계를 구성하고 있다. -89쪽 숲에서 자라는 나무들의 가지도 프랙털 형태로 뻗어 있다. 제한된 공간에서 가능한 한 많은 태양빛을 받도록 스스로 만들어내는 구조다. 구름이나 번개, 바다의 산호도 마찬가지다. 이와 더불어 인터넷망이나 규칙성이 없어 보이는 주가 변동 그래프 등과 같은 사회현상들도 프랙털 구조에 속한다. -113쪽 니체의 계승자이자 20세기 포스트모더니즘 철학을 대표하는 질 들뢰즈는 ‘카오스모스’라는 개념을 통해 세계는 카오스와 코스모스가 어우러져 역동적으로 작동한다고 보았다. 이 책에서 이야기하려 하는 생각과 무척 가깝다. 또한 카오스와 프랙털 기하학, 그리고 뒤에서 소개할 복잡계 과학이 1970년대 포스트모더니즘 논의가 한창일 때 본격적으로 나타난 현상은 과학과 철학이 동반자로서 함께 전진하고 있음을 말해준다. -121쪽 언제나 틀림없이 똑딱거리는 진자 운동이나 변함없는 사계 순환을 일으키는 지...
  • 유상균 [저]
  • 자연과 인간이 공생하는 건강한 세계를 희망하면서 물리학을 디딤돌 삼아 삶과 학문이 조화를 이루고 자유로운 개인들이 공감하고 협력하는 대안대학 공간을 만드는 일에 힘쓰고 있다. 어렵고 딱딱한 물리학이 사실은 무척 재미있을 뿐 아니라 우리 삶과 밀접한 관계가 있으며 대안사회를 만드는 데도 매우 중요한 학문임을 대안대학 학생과 시민들에게 알리고, 스스로도 차가운 머리뿐 아니라 뜨거운 가슴으로 세계를 이해하고 변화시키는 데 작은 힘을 보태고 있다.
    고려대학교에서 물리학을 공부한 후 일리노이대학교(어배너-샴페인)의 노벨 물리학상 수상자 앤서니 J. 레깃 그룹에서 방문연구원으로 활동했다. 귀국 후에는 우리나라 최초의 대안대학인 함양의 녹색대학교(현재 온배움터)에 합류하고 농사를 지으며 살고 있다. 또한 서울에서 대안대학 지순협 설립에 참여하여 현재 학장을 맡고 있으며, 중등 대안학교 ‘더불어가는 배움터길’과 서울시립대학교에서 강의하고 있다. 녹색대학교에서는 기초 교양과정을 담당하면서 ‘물질과 생명’, ‘천지인’, ‘대안문명의 탐색’ 등을 가르쳤고, 지순협 대안대학에서는 ‘물질과 우주’, ‘자연과 인간의 진화’, ‘지구적 위기와 적녹보라 패러다임’, ‘생태철학’ 등을 강의해왔다. 더불어가는 배움터길에서는 교양과학으로, 서울시립대학교에서는 ‘과학사 이야기’와 ‘인문사회계를 위한 물리학’ 과목으로 학생들을 만나고 있다. 지은 책으로 《시민의 물리학》, 《혼돈의 물리학》이 있다.
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