40여 년 전 출간되어 많은 사람들에게 과학의 아름다움을 느끼게 했던 칼 세이건(Carl Sagan)의 책 『코스모스』는 여전히 지금도 베스트셀러 목록에 올라 있다. 책에서 과학의 많은 영역을 다루고 있지만 천문학자였던 그에게 우주는 규칙적인 질서와 조화로 이루어진 ..

지난번까지 양자역학을 통해 본 미시 세계의 본질적 모습을 살펴보았다. 현재 주류 해석으로 인정되고 있는 코펜하겐 해석에 의하면 결정론적이고 예측 가능한 거시세계와는 다르게 미시 세계는 오로지 확률적으로만 예측 가능하며 측정에 의해 대상에 우리가 접근할 수 있는 데에는..

지금까지 긴 여정을 통해 양자역학의 정통 이론이라 할 수 있는 코펜하겐 해석에 관해 성립 과정과 의미, 반론, 검증에 관해 살펴보았다. 분명 그 기이함에도 불구하고 코펜하겐 해석은 21세기 현재까지도 미시 세계와 연관된 많은 실험과 현상들을 정확히 설명하거나 예측하는 것이 사실이다. 과학 이론이 이처럼 현..

아인슈타인과 두 젊은 물리학자들이 제시한 EPR 역설은 코펜하겐 해석을 송두리째 흔들어 놓는 강력한 공격이었으며 이에 대한 보어의 방어는 공격을 잠재울 수 있을만큼 확실하지 않았다. 이 역설에 대한 공방을 해결하기 위해서는 결국 적절한 실험을 구상하여 검증하는 방법 이외에는 없다. 과연 자연은 EPR의 주..

1935년에 벌어진 EPR과 보어의 공방은 이론적으로는 매우 절박한 문제였지만 실험적으로 확인할 수 있는 방법은 없었다. 얽힌 두 입자들을 아무 상호작용 없이 먼 거리만큼 이동할 수 있는 기술도 없었을 뿐 아니라 어떤 방식으로 측정해야 승부를 가릴 수 있는지에 대해서도 불분명했다. EPR 역설에 대한 실험에 앞..

원자 세계에 대한 양자역학의 코펜하겐 해석은 지금까지 과학자들이 가지고 있던 합리적이고 상식적인 물질에 대한 관점을 송두리째 뒤집어엎는 급진적인 것이었다. 상대성이론으로 시간과 공간의 개념을 완전히 바꿔 놓았던 혁명가 아인슈타인마저도 코펜하겐 해석 앞에서는 기존의 관점을 지키려했던 보수파였다. ..

이제 양자역학의 핵심이라 할 수 있는 코펜하겐 해석을 이야기할 때가 되었다. 코펜하겐은 덴마크의 수도로 닐스 보어의 조국이다. 앞의 글에서 언급했듯이 급진파에 속했던 보어는 천재 청년 물리학자들인 하이젠베르크, 파울리 등과 함께 양자역학의 완성에 중심 역할을 했다. 그런데 오늘 이야기하고자 하는 코펜..

20세기 초에 드러난 원자의 모습은 기존의 물리학을 무용지물로 만드는 듯 했다. 매우 작은 원자핵이 중심에 있고 멀리서 핵 주위를 돌고 있는 더욱 작은 전자 이외에 대부분이 텅 빈 공간이란 것도 그렇지만 전자의 운동에 의한 전자기파 방출이 전혀 일어나지 않는 점은 납득하기 힘든 점이었다. 물리학사를 찬란히..

원자(atom)는 만물의 본질을 이루는 가장 기본적인 물질로 이미 그리스 시대로부터 제안되었다. 그러나 뉴턴 물리학이 완성되어 자연의 많은 현상들을 이해하고 예측할 수 있었음에도 19세기 말까지 원자의 존재 여부는 오리무중이었을 뿐 아니라 오히려 원자에 대해 부정적인 생각이 지배하고 있었다. 원자의 존재가..

20세기가 시작하기 직전 물리학자들은 이제 더 이상 자연에 관해 새롭게 나올 지식은 없다고 생각했다. 단 몇 가지 석연찮은 문제들이 있긴 하지만 곧 해결될 것으로 믿어 의심치 않았다. 이 문제들은 모두 빛에 대한 것이었는데 그 중 하나는 맥스웰이 전자기학을 완성하며 이론적으로 도출한 전자기파, 즉 빛의 속..

개념의 통합이라는 관점에서 과학혁명을 살펴보기 위해 지난 칼럼부터 양자역학에 대한 소개를 시작했는데 기후 위기에 있어서 상황이 더 급박해지고 있어서 이 글에서는 기후 위기에 대해 우리가 인식해야 할 부분을 기술하고자 한다. 얼마 전 IPCC(기후 변화에 대한 정부 간 협의체)의 과학자들이 6차 보고서를 ..

필자는 얼마 전에 현대물리학의 기둥이라 할 수 있는 양자역학의 핵심적 성질을 적용해 새로운 혁명을 몰고 올 ‘양자컴퓨터’에 대해 2편의 글을 통해 소개한 바 있다. 이 글에서는 바로 직전 몇 편의 글에서 이어오고 있는 ‘통합’의 관점에서 양자역학을 소개하고자 한다. 천상-지상을 통합한 만유인력법칙, 전기..

앞의 글에서 시간, 공간, 물질 에너지의 네 가지 형태로 구성되는 뉴턴 물리학적 세계로부터 특수상대성이론으로부터 시공간과 물질(에너지)의 세계로 변모하게 되었으며 이는 과학의 역사에서 일어난 아름다운 통합으로 남아있다. 그러나 이야기가 여기서 끝나는 것이 아니다. 아인슈타인은 특수상대성이론을 발표하..

지난 몇 번의 칼럼을 통해 소개했듯이 과학의 역사는 매우 극적인 통합의 역사이다. 뉴턴은 만유인력법칙을 통해 천체(하늘)의 운동과 지상(땅)에서의 낙하운동은 같은 힘의 작용에 의해 일어나고 있음을 밝혔다. 전기와 자기는 서로 다른 종류의 힘이 아니라 서로를 생성하도록 하는 대칭적인 힘이었음이 드러났으며..

지구가 중심에 있다고 믿었던 시기에 동서양을 막론하고 맨 눈 관찰을 통해 확인된 지구를 돌고 있는 천체는 모두 일곱 개였다. 해(양)와 달(음), 그리고 다섯 개의 행성인 수성, 금성, 화성, 목성, 토성이다. 동아시아에서는 이를 토대로 하는 음양 오행이론이 지금까지도 세상의 만사를 이해하고 설명하는 이론체계..

지난 글에서는 물리학의 역사에서 아름다운 통합으로 불리는 전기와 자기의 결합, 즉 전자기학의 성립에 대해 살펴보았다. 자연의 대칭성을 드러내고 이를 간결한 수학적 방정식의 형태로 기술할 뿐만 아니라 인류문명의 차원을 달리한 20세기 과학기술문명을 가능케 한 전기혁명의 초석이 되었다는 점에서 전자기학..

우리는 이제 전기가 없는 세상을 상상하기란 불가능하다. 시골의 어느 작은 집을 가도 전기가 끊어지면 생활이 불가능해질 정도이다. 그런데 이처럼 전기가 필수적인 삶의 조건으로 자리 잡은 시기는 불과 100년 전으로 인류문명사에서도 극히 최근의 일이다. 이런 점에서 과학기술의 진보를 통해 전기를 발명하고 대..

인간은 어떤 대상에 대해 아름다움을 느끼고 감동할 수 있는 유일한 존재일 것이다. 아름다움은 생존만을 생각한다면 필수적인 조건은 아니지만, 분명 삶을 살아가는데 있어서 매우 중요한 요소이며 어떤 경우에는 의미 있는 삶의 전제조건이기도 하다. 하루의 삶을 돌아보면 우리는 오감을 통해 들어오는 다양한 대..

4월은 과학의 달이고, 21일은 과학의 날이기도 하다. 지역의 특별한 과학행사가 없어 그냥 지나가지만 필자에게는 매우 중요한 역사 속 과학자들이 4월과 인연을 맺고 있다. 지난 칼럼에서 소개한 레이첼 카슨 (4월 14일에 사망) 이외에도 아인슈타인은 4월18일, 찰스 다윈은 19일에 사망했고 양자역학의 탄생을 알렸..

오는 4월14일은 거대한 세력의 방해에도 굴하지 않고 맞서며 당시의 무분별한 살충제 남용으로 심각하게 파괴되어가는 생태계의 상황을 알림으로써 대중들로 하여금 환경문제를 인식하게 하고 정부를 변화시켰으며 이후 환경운동에 큰 영향을 끼친 여성 과학자이자 작가인 레이첼 카슨이 57세라는 안타까운 나이로 타계한 ..