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– 이 책은 이론물리학자, 양자역학 연구자인 하이젠베르크의 자서전입니다. 자신의 연구와 학문의 여정이 어떤 식으로 시작이 되었고, 어떤 과정과 어려움을 거쳐 그것을 어떻게 극복하고 위대한 성과를 이루게 되었는지를 자세히 이야기하고 있는 책입니다.

15분만에 읽는 명저 한 권! 베르너 하이젠베르크의 『부분과 전체』

부분과 전체 / 하이젠베르크 (이과 추천도서, 물리 관련 도서) : 네이버 블로그

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Summary of article content: Articles about 천하가 뒤에 있으니 그대 참 행복하여라 부분과 전체 – 하이젠베르크| 한권의 책 김가|조회 36|추천 0| 2009.12.23. 15:26 이 책은 이번 여름에 읽었습니다. 384쪽 전 20장으로 구성되었고, … …
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부분과 전체 / 하이젠베르크 (이과 추천도서, 물리 관련 도서)

*저는 지식산업사 출판사의 예전 버전으로만 읽었는데, 최근에 나온 서커스 출판사의 것으로 읽어도 좋습니다.

1. 하이젠베르크의 부분과 전체 줄거리 및 요약은 아래와 같습니다.

– 이 책은 이론물리학자, 양자역학 연구자인 하이젠베르크의 자서전입니다. 자신의 연구와 학문의 여정이 어떤 식으로 시작이 되었고, 어떤 과정과 어려움을 거쳐 그것을 어떻게 극복하고 위대한 성과를 이루게 되었는지를 자세히 이야기하고 있는 책입니다.

– 하이젠베르크는 1932년 노벨 물리학상을 획득했습니다. 이른바 ‘불확정성의 원리’로 인해 그 연구 공로를 인정받아 노벨상을 수상하게 된 것입니다.

– 저 역시 물리학 전공자가 아니고, 이러한 분야의 전문가는 아니기에 이 책을 읽으면서 양자역학과 물리학을 다룬 깊은 내용들은 이해가 어려운 부분도 더러 있습니다. 이는 이 책을 읽는 학생들도 대부분 마찬가지일 것이라 생각을 합니다.

다만 이 책은 물리 교과서나, 이론서, 문제집이 아닙니다. 이 책을 통해 물리학과 양자역학의 지식을 새롭게 획득하려는 목적보다는, 저자가 가지는 연구의 태도나 생각의 양상 등을 거울삼아 자신의 발전에 밑거름이 되도록 하는데 더 큰 의미가 있을 것입니다.

– 하이젠베르크의 불확정성의 원리를 제가 이해한대로 간단하게 설명하면, 전자의 운동량과 위치를 동시에 정확하게 알 수 없다는 것입니다. ‘측정하는 행위’ 자체가 전자의 위치나 운동량에 영향을 미치기 때문이죠.

예를 들어, 우리가 눈으로 보는 모든 사물은 실제 그 사물을 직접 본다기 보다는, 빛이 그 사물에 맞고 반사되어 나오고, 그 빛을 우리가 보는 것입니다. 일반적인 상황에서는 이게 별 문제가 없는데 정말정말 작은 ‘전자’와 같은 미시물질의 세계에서는 양상이 다릅니다. 너무너무 작아서 빛을 받아 반사를 시키는 순간에 빛에 맞고 튕겨져 나간다면? 그리고 튕겨져 나가 위치가 변화한다면?

눈에 보이긴 하지만 지금 보고 있는 위치가 정확한 위치가 아니게 되는 것이죠. 엄밀히 말하면 눈으로 보고 있는 것은 ‘전자가 과거에 있었던 위치’ 라는 것입니다. 그래서 이런 ‘불확정성의 원리’ 에 의해 측정이 정확히 되지 않는다는 것을 전제하고, 양자역학의 후속 연구들이 진행이 되면서 물리학의 발전을 가져오게 되었습니다. (더 자세한 내용은 물리 전문가에게…)

2. 이 책은 다른 노벨상 수상자들의 자서전과 비교하여 특별히 구별되는 점을 가집니다.

– 노벨상 수상자들은 대부분 자신의 연구 과정의 에피소드를 담은 자서전을 출판합니다. 그리고 이런 책들은 대부분 어려운 이론이나 자세한 내용들을 담고 있기 보다는, 쉽고 흥미로운 에피소드 위주로 구성이 되어 대중들이 쉽게 읽을 수 있도록 구성이 됩니다. 책 많이 파셔야죠…

– 학생들도 잘 알고 있는 책들의 예를 들어봅시다.

‘이중나선’ – 제임스 왓슨, 1962년 노벨생리의학상 수상.

‘파인만씨, 농담도 잘하시네!’ – 리처드 파인만, 1965년 노벨 물리학상 수상.

‘학문의 즐거움’ – 히오나카 케이스케, 노벨상은 아니지만 수학계의 노벨상이라는 1970년 필즈상 수상.

위의 책들은 전부 가벼운 에피소드들을 중심으로, 어려운 이론들보다는 그 과정을 대중들에게 친숙하게 전달하고 있는 책이라 할 수 있습니다.

– 하이젠베르크의 ‘부분과 전체’도 그러한 부분이 없지는 않습니다. 하지만 하이젠베르크가 던지는 2가지 커다란 의문, 제가 생각했을 때 이 책을 관통하는 그 2가지 질문에 그 핵심적인 차이점이 있다고 생각합니다.

1) 과학자, 공학자가 가지는 철학적, 인문학적 사유

– 수학 과학만 잘 한다고 훌륭한 과학자, 공학자가 될 수 없습니다. 이 부분은 학생부 종합전형을 준비하는 모든 이과학생들에게 제가 지속적으로 강조하는 아주 중요한 핵심 부분이기도 합니다.

– 특히 양자역학, 양자물리학, 이론물리학을 중심으로 하는 하이젠베르크와 같은 물리학자들에게 철학은 떼어낼 수 없는, 숙명적인 부분일지도 모릅니다.

– 인간의 눈으로 확인할 수 없는, 이론적으로는 증명이 되지만 인간은 절대 도달하고 직접 확인할 수는 없는 부분. 전자를 눈으로 확인하는 순간 그 위치는 현재의 위치가 아니라니. 이 부분을 어떻게 이해하고 설명해야 할까?

빛의 속도로 움직일 때만 확인할 수 있는 상대성 이론. 인간은 빛의 속도로는 절대 움직일 수 없는데, 이것은 또 어떻게 설명하고 받아들여야 할까?

– 특히 저는 이 책의 제목인 ‘부분과 전체’ 와 연관하여 이 부분에서 동감이 되는 부분이 많았습니다. ‘과연 전체는 부분의 단순 합으로 이루어져 있을까?’ 라는 부분이었습니다.

– 인간이라는 존재도 여러가지 영양소, 물질들이 합쳐져 이루어져 있습니다. 생물학적으로 보자면 뇌, 뼈, 장기, 혈액 등 여러 요소들이 합쳐져 ‘인간’을 이루고 있고, 이 물질들 하나하나는 아주 작은 원자의 합으로 이루어져 있는지도 모릅니다.

– 그렇다면, 노벨상을 받은 아인슈타인과 지금의 나는 아무런 차이도 없는가? 아인슈타인도 원자의 합으로 이루어져 있고, 나 역시도 원자의 합으로 이루어져 있으니 나는 아인슈타인과 다를 바 없는 것일까?

– 또한 ‘실존하는 사실’과 ‘우리가 사실이라고 믿는 것’ 사이에는 우리가 알지 못하는 차이가 있을 수 있다. 그리고 특히 인간의 ‘언어’를 통해 자연 법칙을 이해할 때 분명히 왜곡이 있을 수 있는데, 이런 부분은 어떻게 이해를 해야 하는 것일까?

– 이런 과학의 연구과정에서 필연적으로 만나게 되는 철학적 사유에 대해, 하이젠베르크는 끊임없이 동료들, 학생들과 토론하고 자신의 대답을 찾아갑니다. 물론 이 과정에서도 하나의 정답을 도출하는 것을 목적으로 하지는 않습니다. 서로의 견해를 좁혀가면서, 서로 동의할 수 있는 합일점을 찾아가는 과정 자체에서 여러가지 결론과 또다른 연구의 영감을 얻어 냅니다. 이런 부분 때문에, 이 책을 이과 학생들에게 꼭 추천을 하고 싶은 것입니다.

2) 과학자가 가져야 할 윤리적, 도덕적 책임.

– 하이젠베르크는 두 번의 세계 대전을 일으킨 독일이라는 나라에서 태어나고 자란 사람이고, 그 두 번의 세계대전이 일어났던 시대와 동일한 시대를 관통하며 살아간 인물입니다.

– 특히 2차 세계 대전을 전후하여, 히틀러의 나치가 독일을 장악하고 있을 때 노벨상을 받은 물리학자로서 어떤 자세와 위치를 가져가야 할 지 그 자신도 끊임없는 고민을 합니다. 이 전에는 국제 학술대회나 여러 연구 과정에서 함께 교류하며 협력했던 동료들이었지만, 전쟁을 앞두고 서로의 신념과 이해관계에 따라 많은 물리학자들이 서로 다른 선택을 하게 됩니다.

– 1938년 노벨 물리학상 수상자인 이탈리아 국적의 페르미 (수학자 페르마 아님..) 는 미국 시카고 대학에서 핵물리학 연구를 하고 있었고, 2차 대전을 종결짓는 원자폭탄 개발에 큰 공헌을 합니다. 그리고 다 알고 있듯이 일본 나가사키와 히로시마에 2방의 원자폭탄이 투하되며 일본의 항복을 받아내죠.

– 이와 동시에, 하이젠베르크를 비롯한 독일에 남은 물리학자들 역시 원자폭탄을 개발하는 것에 투입이 됩니다. 히틀러의 나치 독일 역시 미국과 연합국 보다 더 빨리 원자력을 이용한 무기를 개발하는 것에 몰두하고 있었죠. 하이젠베르크와 동료들은 어쩔 수 없이 무기 개발에 참여는 하지만, 적극적으로 노력을 하지 않고, 그저 독일이 패망하기를 바라면서 시간을 보냈다고 책에는 기술을 하고 있습니다.

– 하지만 하이젠베르크는 전범국인 독일의 무기 개발 및 연구에 참여한 것은 사실이기 떄문에, 종전후 그 책임을 일부 지게 됩니다. 그리고 시간이 흘러 ‘원자 기술을 평화적으로 이용하는 것이 가능하다’ 는 자신의 신념을 토대로 무기가 아닌, 발전소 등에 사용할 수 있도록 노력을 기울이고 많은 기여를 하게 됩니다.

– 과학 기술의 발전 목표는 무엇인지, 그 과정에서 어떠한 이유를 막론하고 지켜져야 하는 것이 있다면 그것은 무엇인지. 이런 부분들을 앞으로 과학과 공학을 전공하고자 하는 이과 학생이라면 항상 고민해야 하는 부분이 될 것입니다. 하이젠베르크는 먼저 이런 고민들을 했고, 이 책에 그 고민들이 어느정도 잘 전달이 되고 있기 때문에 그 부분을 중점적으로 생각하며 이 책을 읽어볼 필요가 있습니다.

– 덧붙이면, 이 책의 말미에 원자력 발전과 관련한 하이젠베르크의 생각과 기대를 볼 수 있는 내용이 잠시 나오는데요. 최근 우리나라에 원자력 발전소와 관련한 여러 논의가 있었던 것과 연관하여, 하이젠베르크의 시기와 현재를 비교하여 생각을 해 보는 것도 큰 의미가 있을 거 같습니다.

3. 학생부 종합전형에서 중요하다고 하는 ‘꼬리에 꼬리를 무는 학습’ 의 전형을 소개합니다.

– 흔히 학생부 종합전형과 생기부, 자소서에서 ‘꼬리에 꼬리를 무는 연쇄적 학습 태도’ 가 중요하다는 이야기들을 많이 합니다. 특히 대치동 학원가에서 이런 이야기를 많이 하고, 설명회 같은곳에 가도 이런 이야기를 많이 접할 수 있기 때문에, 이것과 관련하여서 저한테도 질문을 주시는 학부모님들이 많습니다.

– 저 내용이 틀린 이야기는 아니지만, 연쇄적인 학습은 사실 억지로 만든다고 만들어지는 부분은 아닙니다. 컨설팅에 의해서, 학원에 의해서 만들수는 있지만, 자연스러움이나 완성도 측면에서 티가 날 수 밖에 없고 대학에서 당연히 그런 부분들을 느끼지 못할리가 없겠죠.

– 어쩔 수 없는 상황이라면 부자연스러운 전개라도 필요한 부분이 있을 수는 있는데, 그러한 부분 없이도 자연스럽게 학습 환경과 과정 내에서 이런 부분을 캐치하고 해 나갈 수 있는 역량을 기르는 부분이 중요합니다.

– 제가 이전에 이곳에서 소개해 드린 글입니다. 공부와 관련한 글인데, 날짜로 치면 2017년 3월에 쓴 글이니 거의 1년전에 쓴 글이네요.

https://blog.naver.com/ssonch16/220950735878

부분과 전체를 읽고

부분과 전체

베르너 하이젠베르크

이 책의 저자인 베르너 하이젠베르크는 자신이 살았던 50년 동안 발전해 온 원자물리학에 관한 이야기를 다루고 있다. 자연 과학이라는 실험에 바탕을 두고 있으며, 그 실험에 종사하고 있는 사람들은 실험의 의미에 관해서 토론하며 성과를 얻게 되고 이러한 토론이 이 책에서 주요한 내용으로 다뤄지고 있다. 또한 과학이 토론을 통해 성립된다는 사실이 분명하게 밝혀진다.

이 책을 읽고 책이 철학에 대해 다루는 부분이 많아 중간 중간 이해하기 어려운 부분이 있었지만 이 책의 저자인 하이젠베르크라는 이론 물리학자를 새롭게 알게 되고 그로 인해 하이젠베르크의 업적들을 찾아보는 좋은 기회였다고 생각한다.

그리고 이 책에서 가장 기억에 남았던 부분은 원자 폭탄을 다뤘던 부분이었다. 히로시마에 원자 폭탄이 떨어졌었다는 사실은 이미 학교나 방송 매체를 통해 알고 있었지만 핵분열을 발견한 오토 한이 원자 폭탄이 떨어졌다는 소식을 들은 후 자신의 과학적 발견이 대참사를 만들었다는 사실에 절망했다는 사실과 원자폭탄이 미국이 전쟁에서 승리를 할 수 있게 해주었지만 그것으로 미국이 가지고 있었던 세계적 사명에 대한 신용을 떨어지게 만들었다는 사실을 새롭게 알게 되어서 재밌었다.

이 책의 저자인 베르너 하이젠베르크는 자신이 살았던 50년 동안 발전해 온 원자물리학에 관한 이야기를 다루고 있다. 자연 과학이라는 실험에 바탕을 두고 있으며, 그 실험에 종사하고 있는 사람들은 실험의 의미에 관해서 토론하며 성과를 얻게 되고 이러한 토론이 이 책에서 주요한 내용으로 다뤄지고 있다. 또한 과학이 토론을 통해 성립된다는 사실이 분명하게 밝혀진다. 책에서는 수십 년이 지난 오늘날에 와서 토론에서 주고받은 말들을 그대로 재연하기 힘들기 때문에 편지에 남겨진 말들만 인용하였다.

1920년 봄 제 1차 세계대전의 종결로 새롭게 나아갈 길을 찾길 원하는 젊은이들이 모여 크고 작은 여러 종류의 단체와 그룹으로 모이기 시작하는 상황이서 베르너 하이젠베르크는 자신보다 나이가 어린 10여 명의 친구들과 도보여행을 하면서 원자세계에 관한 첫 대화가 이루어졌다. 대화를 나누며 저자는 물질의 최소단위에 관한 이야기에 관심을 가지게 된다.

고등학교 졸업 시험 뒤 원자론에 관해 논쟁을 벌였던 10여 명의 친구들과 그는 프랑켄 지방을 여행하였고, 그 뒤 심한 병에 걸려 회복하는 동안 그는 아이슈타인의 상대성 이론의 원리를 수학적으로 서술한 <공간·시간·물질>을 읽으며 추상적인 사상체계와 대결에 몰두하며 수학을 전공하려고 마음을 먹고 있던 마음을 굳게 하였다. 그러나 대학 첫날 그는 린데만 교수와 대화를 나눈 후 생각을 바꾸게 된다. 조머펠트 교수의 만남으로 그에게 많은 영향을 미치게 된다.

볼프강, 오토, 저자 3명이 자전거 여행을 하면서“이해”라는 개념에 대한 대화가 이어지며 저자는 이해하였다는 것은 굉장히 많은 현상들을 통일하여 연관된 것으로 인색할 수 있는 것을 갖는 것이라고 결론을 내렸다.

1925년에 물리학에서 무엇이 보어 조머펠트의 양자조건의 자리에 들어와야 하는가를 확실히 알 수 있었다. 실패를 거듭하여 그는 수학적으로 모순이 없는 완전한 양자역학을 성립하였다. 양자역학이론을 발표한 뒤 저자는 아인슈타인과 대화를 나눈다. 아인슈타인은 실제로 관찰이 가능한 것을 생각해내는 것은 발견 순서로서는 가치 있는 일이지만 관찰할 수 있는 양만을 가지고 이론을 세우려는 것은 전적으로 잘못이라고 지적한다.

아인슈타인은 그의 상대성이론에서 그때까지의 물리학이 확고한 바탕으로 삼고 있었던 동시성의 개념을 포기하였다. 그리고 많은 지도적인 물리학자나 철학자들은 동시성이 관한 종전의 개념을 포기하는 것을 받아들이지 못하여서 상대성이론의 격렬한 반대자가 되었던 것이다, 1926년 시뢰딩거는 양자역학, 파동역학 이론을 발표한다. 양자이론은 이미 물리학의 확고한 구성요소가 되어버린 지 오랜 시간이 흘러도 아인슈타인은 평생 동안 자기 결해를 바꾸지 못했다. 1927년 물리학자들과 가진 대결에서 사고의 근거가 과학적인 연구의 기반이 되어 왔던 표상들을 포기한다는 것이 얼마나 어려운가를 그는 느끼게 된다.

자연세계는 객관적인 물질세계를 다루며, 종교는 가치의 세계를 다루면서, 세계는 객관적인 면과 주관적인 면이 아주 훌륭하게 나뉘어 있다는 것이다. 보어는 종교의 언어는 과학의 언어보다는 시의 언어에 가깝다고 말했다, 사람들은 과학에서 객관적인 사실에 대한 정보가 중요하다고 생각하는 경향이 있는데 종교에서는 객관적인 진리가 문제시되고 있기 때문에 과학적인 진리규준을 따라야 한다는 것이다. 모든 물리학적인 사실은 객관적인 특징과 아울러 주간적인 특징도 함께 지니고 있다고 말할 수 있다.

브뤼셀에서 열린 솔베이 회의 이후의 3년 동안은 “원자물리학의 황금시대”라고 불렸다. 그는 1927년 교수로 임명되었다. 유럽에서는 원자론의 비직관적 특징들 입자와 파동 개념 사이의 이중성, 자연법칙의 순수한 통계학적인 성격들이 거부당하는 경우가 있었지만, 미국의 대부분 물리학자들은 새로운 고찰방식을 아무 거리낌 없이 받아들일 용의가 있는 것처럼 보였다.

라이프치히 서클은 매년 빠른 속도로 확대되고 새로운 이론이 확립되었다. 칸트는 자연과학이 객관적이라는 의미는 지각에 대해서가 아니라 객체에 대해서 말하기 때문이 객관적이다. 그러나 원자에 관해서는 객체가 없이는 객관적인 과학도 존재할 수 없으며, 객체라는 것은 실체라든가 인과성 등의 범주의 엄격한 응용을 포기한다면 경험의 가능성 일반도 포기해야 한다고 주장했다. 그러나 카를프리드리히는 양자이론에서 칸트가 미처 생각할 수 없었던 지각을 객관화하는 새로운 방법이 문제가 된다고 지적했다. 카를프리드리히는 경험이 지각에서부터 결과 되어야 한다면, 모든 지각인 이미 정해져 있지 않으면 안 되는 하나의 관찰 상황도 관계가 되는 것입니다. 원자는 관찰 상황의 구성 요소이며 현상의 물리적 분석에서 고도의 설명가치를 가지고 있는 구성요소이라고 말했다.

언어는 과학의 관계, 과학자의 역할을 다룬다, 언어는 연구 결과를 다른 사람에게 전달하는 수단이다. 언어의 개념이란 부정확하며 실제로 그 언어들이 한정된 응용범위밖에는 갖지 못한다는 것을 알지만, 언어로써 현등을 간접적으로나마 파악할 수 있는 것입니다.

더 이상 분해할 수 없는 최소 단위는 아예 존재하지 않는 것인지도 모른다. 계속 분해해나가면 그것이 입자가 아니라 에너지를 물질로 변화시킨 것이 되며, 그때 생긴 입자는 분할된 것보다 결코 작은 것이라 할 수 없다. 그는 독일의 유능한 사람들이 독일을 떠나는 것을 보며 자신이 독일에 남아 있는 것이 어떤 의미를 갖는지 스스로 자문자답하지 않을 수 없었다. 이시기에 그는 자신의 강의를 듣고 있던 민족적 사회주의자인 젊은이와 대화하며 타협 아닌 타협을 하게 된다.

독일의 혼란기에 러더퍼드경의 실험실에서 코크로프트와 월튼은 고전압정치를 건립하고, 장치를 이용해 원자핵을 변화시키는 데 성공하고 있었다. 사이클로트론을 사용하여 새로운 핵물리학 실험을 함으로써 원자핵과 그 안에서 작용하고 있는 성질에 대하여 매우 뚜렷한 상을 얻을 수 있게 되었다. 양성자와 중성자 사이에 대칭성은 베타 붕괴에서 원자핵은 전자나 양성자를 방출한다는 사실을 실험을 통해서 증명하고 있었다.

저자는 러더퍼드, 보어와 최근의 실험에나 원자핵의 구조에 관한 이야기를 나눈다. 그는 디렉의 발견으로 비로소 모든 것이 좀 더 합리적으로 보이게 되었다. 그는 대칭성이 입자보다 더 기본적이라는 생각에 매료되어 있었다. 오일러는 빛의 산란이 실존한다는 사실을 계산하였고 그는 소립자의 다중발생 이론을 밝혀낸다.

1937년 정치적인 위협으로 그는 첫 번째 구속 심문을 받기도 했다. 두 달 동안 병역에 종사할 때 오토 한이 우라늄 원자에 중성자를 충돌시켜서 바륨 원자를 얻었다. 그는 천연 우라늄과 중수로 에너지를 공급하는 원자로를 건설할 수 있다는 것과 그곳에서 원자폭탄을 만드는 데 필요한 조건을 갖추고 있는 우라늄 239라는 부산물이 생긴다는 것을 알아냈다. 당시 원자폭탄을 만들 수 있다는 것을 알았고 제조방법도 알고 있었지만 원자폭탄을 만드는 데 기술적으로 드는 비용이 실질적으로 쓰는 비용보다 훨씬 더 많은 것으로 과대평가하여 정부에 그대로 보고 하였고 독일정보에서는 막대한 비용이 드는 원자폭탄의 제조 명령은 내려지지 않았다. 하지만 정부에서 원자로계획에 대한 영구는 계속되어야 한다고 결정이 내려졌다.

1945년 일본의 히로시마라는 도시에 원자폭탄이 투하되었다는 소식이 전해졌다. 그 소식이 전해짐으로써 우라늄 핵분열의 과학적 발견자 오토 한은 큰 충격을 받았다. 원자핵의 분열에 관한 실험은 하나의 발견이었고 원자폭탄 제조법은 하나의 발명이라고 할 수 있을 것이다. 오토 한은 자기의 과학적 발전이 오늘날 상상할 수 없었던 대참사라는 오점으로 더럽혀졌다는 것에 대해서 절망에 휩싸였다. 원자폭탄은 미국이 전쟁에서 승리를 할 수 있게 해주었지만 그것으로 미국이 가지고 있었던 세계적 사명에 대한 신용을 떨어지게 만들었다.

1954년 그는 워싱턴에서 열리는 연방공화국의 원자기술사업의 재개에 대한 최초의 교섭회의에 참석해 독일이 전쟁 동안 원자폭탄 제조법을 알고 있었지만 어떠한 시도도 하지 않았다는 사실로 원자로 건설이 허용되었다. 그는 독일연방군의 어떠한 핵무장도 연방공화국의 정치적 입지를 약화시킬 것이 틀림없으며, 국가의 안보도 극도로 나빠지리라는 것에 대해 확신하고 있었다.

이 책을 읽고 책이 철학에 대해 다루는 부분이 많아 중간 중간 이해하기 어려운 부분이 있었지만 이 책의 저자인 하이젠베르크라는 이론 물리학자를 새롭게 알게 되고 그로 인해 하이젠베르크의 업적들을 찾아보는 좋은 기회였다고 생각한다.

그리고 이 책에서 가장 기억에 남았던 부분은 원자 폭탄을 다뤘던 부분이었다. 히로시마에 원자 폭탄이 떨어졌었다는 사실은 이미 학교나 방송 매체를 통해 알고 있었지만 핵분열을 발견한 오토 한이 원자 폭탄이 떨어졌다는 소식을 들은 후 자신의 과학적 발견이 대참사를 만들었다는 사실에 절망했다는 사실과 원자폭탄이 미국이 전쟁에서 승리를 할 수 있게 해주었지만 그것으로 미국이 가지고 있었던 세계적 사명에 대한 신용을 떨어지게 만들었다는 사실을 새롭게 알게 되어서 재밌었다.

천하가 뒤에 있으니 그대 참 행복하여라

이 책은 이번 여름에 읽었습니다. 384쪽 전 20장으로 구성되었고, 1920년에서 1965년 사이의 일이 주로 대화체 회고록 형식으로 쓰여져 있습니다. 제 경우 자연과학 읽기는 과학발달상 역순으로 된 거 같네요. 스티븐 호킹이 한국을 방문할 즈음에 호기심이랄까 뭐 그런류의 충동으로 천체물리학을 읽기 시작한 후 점점 프리고진, 아시모프 등의 손쉬운 대중서로, 그리고 몇 년 전부턴 양자역학에 부쩍 관심이 갔었군요. 하이젠베르크는 플랑크, 러더포드, 보어와 함께 양자역학의 비조중의 한사람이며 23세때 불확정성원리를 발표하고, 30세때 노벨물리학상을 받았습니다.

지루하더라도 4회 연재 되시겠습니당.

1장 원자론과의 만남 십대 후반의 독일태생 저자는 1차 세계대전 종전 후의 어수선함 속에서 10여명의 친구와 함께 도보여행을 한다. 여행 도중에 원자와 칸트에 대해서 이야기한다. 이야기 속에서 플라톤의 티마이오스까지 이야기가 전개된다. 여행 말미에 고성인 프룬성에서 독일의 현실을 위한 청년모임에 참석한다. —————— 10대후반의 나이에 풋풋하지만 진지한 학문에 대한 열정과 호기심이 엿보인다. 원자의 개념을 칸트의 선험철학으로 연결시키는 과정은 양자역사의 전 과정을 미리 보여주는 것 같다. 과학은 기본적으로 감각인상의 경험을 이용하여 마음속의 표상을 만드는 객관적인 과정이다. 마음속에 표상이 만들어져야만 정신은 어떤 사물을 인식할 수 있다. 하지만 원자는 감각인상에 의해 경험될 수 없다. 따라서 원자의 연구에 이르러서는 과학은 더 이상 객관적일 수 없다. 막다른 길이다. 이 지점에서 칸트의 선험적인 표상능력이 인용되고, 원자라는 객체는 주체인 마음속의 표상과 나누어질 수 없는 개념이 된다. 주체와 객체의 혼합이다. 즉 양자역학의 고유한 특징이다. 도보여행 말미에 프룬성 청년모임에서 바이얼린 연주곡 샤콘느를 듣고 이상과 열정과 현실의 합일을 경험한다. 20세기 자연과학의 큰 흐름 속에 철학과 음악이 존재한다.

2장 물리학을 전공하기로 결심하다 수학을 전공하기로 했지만, 수학교수가 데리고 있던 검은 강아지의 방해 때문에 물리학으로 바꾼다. 조머펠트 교수와 첫 대면을 하고 뮌헨대학에 입학해서 이론물리학을 전공한다. 샤콘느를 연주한 바이올리니스트 롤프와 첼리스트 발터, 그리고 저자는 슈베르트 3중주를 위해서 자주 회합한다. 음악과 과학에 대해서 이야기한다. —————— 예술과 과학의 차이는 무엇인가? 예술에 있어서 표현의 내용과 표현수단의 제한사이의 투쟁이 실제로 예술이 탄생하는 필요불가결한 전제이지만, 과학에 있어서는 그 표현내용과 표현수단 두가지 모두를 만드는 것이 주된 임무이다. 다시 말하면 예술가들은 이미 존재하는 정신적인 내용에 가치 있는 표현형식을 부여하지만, 과학자들은 그 내용을 만드는 것이다. 과학은 인간의 인식을 만들고 예술은 그것을 표현한다. 한가지 부언하면, 필자와 친구들은 이제 겨우 20세이다.

3장 현대물리학에서 이해라는 개념 평생 친구이자 동지였던 볼프강 파울리와 며칠간의 자전거여행에서 물리학과 이해라는 주제로 토론한다. 그 후, 21세인 1922년 초여름 닐스보어의 세미나에 참석해 반론을 편 후, 닐스보어와 산책을 하면서 양자이론에 대한 깊은 대화를 나눈다. —————— 이해라는 단어의 의미는 무엇인가? 특히 물리학에서의 이해는 무엇을 뜻하는가? 여기에서 양자역학이 안고 갈 숙명이 내비친다. 아인슈타인의 시간개념을 수학적으로는 이해하지만 개념적으로 이해하기엔 힘들다. 왜 그런가? 이해해야 안심하는 것이 인간의 본성이다. 종교에서는 신이란 개념으로 모든 현상을 서술하고 이해하려 한다. 다른 부문에서도 마찬가지로 이해한다는 것은 하나의 표상이나 개념으로 굉장히 많은 현상들을 통일된 연관성으로 인식한다는 뜻이다. 하지만 표상이나 개념은 언어를 통해서만 이루어진다. 그런데 과학에서의 전혀 새로운 개념이나 현상은 이를 서술할 알맞은 언어가 존재하지 않는다. 따라서 옛 언어로 이 개념이나 현상을 서술할 수밖에 없다. 이때의 옛 언어는 어떤 언어인가? 바로 시언어, 철학언어이다. 따라서 혁명적인 과학의 언어는 시적인, 철학적인 형식을 취할 수밖에 없다. 과학과 철학, 문학의 결합이다.

4장 역사에 대한 교훈 보어와 첫 대면 1년반 후인 1924년 23세 Ep 덴마크에 있는 보어의 연구생으로 입학한다. 두 사람은 스앨란드 섬을 며칠간 도보여행하면서, 조국과 정치 그리고 학문을 얘기한다. —————— 과학자는 조국과 정치에 대해서 어떤 태도를 취해야하며, 어떤 기준을 지녀야 하는가? 보어의 말을 빌면 독일의 프러시아식의 규율, 복종은 과학자에게 치명적이다. 북유럽식의 자유로움 즉 다른 사람을 지배하는 권력을 위한 동기가 아닌 내면적인 자유로부터 발로된 정열이 필요하다. 또한 과학자에게 있어서는 조국조차도 객관적으로 볼 수 있는 이성이 필요하다. 교수와 학부생이 정치, 민족에 대한 토론을 통해 인간적인 유대를 맺는다. 서로에 대한 탐색이며, 설득의 과정을 거치고 있다. 모든 일의 시작은 진정한 인간관계에서부터이다.

5장 아인슈타인과 나눈 대화 1924년 24세때의 일이다. 원자물리학은 비약적인 발전을 거듭하고 있었고, 양자역학은 태동기를 지나고 있었다. 필자는 신병치료차 요양 중 필생의 업적인 불확정성 원리를 증명한다. 즉 한 원자의 위치와 속도는 동시적으로 확정할 수 없다는 것이다. 그 후 베를린 대학에서의 강연을 마치고 아인슈타인과 대화를 나눈다. —————— 아인슈타인 자신이 뉴턴역학에 발판을 둔 칸트의 절대시공간 개념을 무너뜨린 장본임에도 불구하고 불확정성에서 제시된 인과율의 부정을 받아들이지 못한다. 즉 행성계로 비유되는 원자핵과 그 주위를 움직이는 전자의 일정한 경로가 없다는 것과, 원자가 뚜렷한 이유 없이 갑자기 한 상태에서 에너지를 빛으로 바꾸어 방출하고 다른 상태로 옮겨 가는것에 의문을 가진다. 철학적인 인식론의 궁극까지 밀려 올려간 원자물리학에서 각자의 철학이 드러난다. 아인슈타인은 여전히 절대적인 법칙이 지배하는 우주를 상정하고 있는 것이다. 양자역학에 대해서 끝까지 부정적인 견해를 나타낸 아인슈타인의 의문은 대부분 해소되었다. 자신의 세계를 벗고 새로운 세계로 뛰어 드는것이 이토록 어려운 것이다. 선가에서는 이것을 백척간두의 위기로 표현한다. ‘절벽 끝에서 한발 내 더 딛어라!’

물리학은 해마다 달라지고 있습니다. 최근 소립자물리학에선 쿼크와 아원자 입자 등이 발견되었고, 물리학 전체로는 자연계의 네가지 기본 힘인 중력, 전자기력, 강력, 약력, 전자기력을 통일해서 서술할 수 있는 통일장 이론이 연구되고 있습니다. 본책을 감상하면서 되도록이면 과학적인 내용은 추려내려고 합니다. 그 내용들이 이미 흘러간 옛노래가 되어버렸거든요. 대신 과학자의 일상적인 삶, 철학에 대해서 나름 의미를 달아보려고 합니다.

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