[책] 퀀텀 리얼리티

드디어 짐 배것의 퀀텀 리얼리티 책을 다 읽었다.

과학 철학자가 쓴 책이라 그런지 책 제목 답게, 양자역학과 관련된 철학과 그 근간인 "Reality", 즉 실체에 대해서 다루고 있다. 다른 양자장론이나 양자중력 이론 이런 이야기가 등장하지 않고 (이미 이 내용은 이 시리즈의 2권인 "퀀텀 스페이스"에 등장한다고 한다- 아직 이 시리즈의 책은 사 놓기만 하고 처음 잡은 것이 이 책이라 이번 연휴(?)/휴가(?) 기간에 다 읽으려고 계획중이긴 하다) "양자역학" 자체에만 초점을 두고 있다.

대부분 대학교에서는 양자역학을 학부 3~4학년에(대부분 3학년 때 듣는다) 1년 (2학기)에 걸쳐 강의하는데 여러가지 계산 위주와 조금의 응용에 대해 배우고 2학기 마무리 쯤 되면 (학교마다 다르지만) Aharanov-Bohm effect, Berry Phase 그리고 시간이 더 되면 Hidden variable theory 를 다루면서 EPR 에 대한 이야기가 나오는데 이 책을 보면 왜 교과서(그리피스)가 그런 전개를 가지고 있고 어떤 뒷 이유가 있는지에 대해 자세히 알 수 있다.

어떻게 보면 양자역학의 탄생에 엄청난 영향을 준 사람에는 "아인슈타인"이 있는데, 그는 말년까지도 양자역학의 잘못된 점을 찾기 위해 엄청난 노력을 가했고 그의 의지를 이어받는 이런저런 사람들이 보다 "완전한" 양자역학을 만들기 위해 이런저런 시도를 했고 아직까지도 [분야의 이름을 바꾼 채 ]이런저런 양자역학 연구를 계속 하고 있으니 아직까지도 "아인슈타인의 양자역학에 대한 의견"은 아인슈타인이 죽고 한참 뒤인 현재까지도 계속 살아있는 셈이다.

생각해보면 노벨 물리학상 수상자인 't hooft 도 양자역학 이론을 다시 처음부터 써야 한다고 양자역학의 기본 axiom 부터 손보려고 하는 시도가 있어왔고, 수학자들도 Quantum mechanics 를 보다 수학적으로 전개하기 위해 이런저런 시도를 해왔었다. QM 자체를 axiomatic(공리적으로) 접근하기 어려워서 Quantum field theory 더 추상적인 공간인 Topological field theory 를 공리적으로 접근하는 방식의 연구들이 이 분야의 최전선인 줄 알았는데 이런 수학적인 접근 말고 아예 물리적 공리를 뜯어고치는 방향에서 양자역학을 다시 쓰려고 하는 시도들도 있었고, Hidden variable theory 처럼 (실제로 지인 중에 이 분야에 대해서 연구하는 친구가 있다) 최근에는 Quantum informatics 로 이름을 바꾸어 양자역학의 근본에 대해서 연구를 하는 사람들이 꽤 있다는 것은 그만큼 우리가 아직도 양자역학을 제대로 알고 있지 못하다는 것을 말해주고 있다.

양자역학 자체의 불완전성을 둘째치고 양자역학은 이제 공학에서도 적용될 만큼 실용적인 이론이 되어 버렸다. Qubit 이론이나 Quantum computer 등을 통해 현재 공학 쪽에서도 핫한 분야가 됬다. SKT 였나 SK 에서 양자컴퓨터 관련 부서를 만들었다는 내용을 책에서 본 기억도 나고, 아는 형이 이번에 에트리의 양자컴퓨팅 부서로 옮긴다는 이야기를 듣고 확실히 국내에서도 이 분야가 앞으로도 많이 커질 것 같은 그런 느낌이 든다.

양자역학의 근본 공리, 그리고 파동함수의 해석, 결정론과 확률론 그리고 현상의 "실체"에 대한 해석 등등 양자역학은 단순히 물리나 공학 뿐만이 아닌 사고의 변환을 일으켜 "철학자"들도 공부하곤 한다. 상대성이론과 양자역학은 단순히 물리학자들만의 것이 아니고 우리의 사고를 (토마스 쿤에 의하면 "패러다임"을 전환) 바꾼 그런 학문이다. 상대성이론은 아인슈타인이 맥스웰로부터 이어져 온 이론들을 잘 마무리한 이론이지만 양자역학은 수많은 사람들이 관계되고 여러가지 방식으로 (Schrodinger(wavefunction) picture, Heisenberg(operator) picture, Dyson(Interaction) picture ) 또 여러가지 해석 (코펜하겐, 드브로이, ....) 등이 있어왔고 그렇기에 양자역학과 관련된 해외/국내 대중 과학철학서도 상당히 많다.

이 책은 단순히 철학적 이야기만 하는 것이 아니라, 물리적 실체를 찾기 위한 물리학자들의 시도와 최근까지도 있어왔던 이론과 실험검증의 시도들에 대해서 다루고 있어, 과학철학도 뿐만 아니라 물리학도나 양자역학에 관심있는 (좀 쉬운 양자역학 대중과학서를 통해 양자역학에 관한 지식이 조금 있는 사람들)에게 매우 유용한 책이 될거라 생각한다.

요즘 나의 주 관심사는 theory 의 "구조"에 있어서 이 책을 읽으면서 옛날 사람들이 양자역학의 근본적인 구조를 보기 위해 어떤 생각을 했고 어떤 반론들이 있었는지 엿볼 수 있어 좋은 경험이 되지 않았나 싶다.