수천 년간 탐구된 ‘우연’… 마침내 양자역학이 되다[북리뷰]

■ 우연의 의미를 찾아서
폴 핼펀 지음│강성주 옮김│ 위즈덤하우스

“양자역학을 이해한 사람은 아무도 없다고 봐도 무방하다.”

1965년 노벨 물리학상을 수상한 미국의 대표적 물리학자 리처드 파인먼의 말이다. 오랜 시간 양자 연구에 천착하다가 1980년대 일찌감치 양자컴퓨터의 아이디어를 제안하기까지 한 그에게도 양자의 세계는 여전히 심오하고 깊었다. 유엔이 ‘세계 양자과학 및 기술의 해’로 지정한 올해 전 세계가 양자역학의 위력에 대해 이야기할 때, 실은 뛰어난 과학자들조차 더듬거리며 양자역학의 세계관을 쌓아 올렸다는 사실은 되짚어볼 만하다. 이를 조명하는 책 ‘우연의 의미를 찾아서’는 양자역학이 한 명의 천재에 의해 세워진 것이 아니라, 고대 철학자에서부터 무수히 많은 고전물리학·현대물리학자들의 고민이 쌓여 만들어진 결과라고 말한다.

우주의 원리를 탐구하려던 인류의 노력을 파헤치면, ‘빛’에 대해 알고자 했던 피타고라스, 아리스토텔레스 등 고대 철학자들까지 거슬러 올라가지만, 본격적인 양자역학의 단초는 20세기 초에 이르러서야 모습을 드러낸다. 아인슈타인은 1905년 발표한 광전효과 연구를 통해 빛이 입자, 즉 에너지 덩어리(양자)로 존재한다는 것을 증명해 내면서 초기 양자역학 이론에 중요한 공헌을 했다. 아인슈타인은 이와 함께 우주의 어느 지점에도 정확한 물리적 예측이 가능하다는 입장을 견지했지만, 아이러니하게도 양자역학의 역사는 그의 신념과 정반대로 흘러갔다.

이후 과학자들은 양자역학을 연구하며 미시세계가 우리의 예상이나 기계적 인과관계를 따르지 않는다는 사실을 포착해냈다. 양자 세계에 무작위적이고 갑작스러운 변화, 멀리 떨어진 물체 간 연결성이 존재한다는 것이다. 에르빈 슈뢰딩거의 ‘파동방정식’, 베르너 하이젠베르크의 ‘불확정성의 원리’, 닐스 보어의 ‘상보성의 원리’ 등은 이러한 양자 세계관을 구축하는 데 도움을 줬다.

이는 양자 세계의 물리 법칙이 때로 신비로워 보이고 기이해 보이기까지 하는 ‘우연의 측면’을 가지고 있다는 것을 의미하기도 한다. 책은 과학자들이 양자역학의 이러한 특성 때문에 때때로 철학적, 형이상학적 질문들과 마주해야 했다는 사실도 보여준다. 460쪽, 2만4000원.

인지현 기자