에세이

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리사 랜들은 이 책은 과학자(좁혀서 말하면 LHC 중심으로 본 물리학자)가 수행하는 연구와 그들이 마주하고 있는 ‘가장 중요한 과학적 의문’이 무엇인지 소개 하고자하는 의도로 쓴 책이라고 밝히고 있다.

 

여기서 ‘가장 중요한 과학적 의문이란 과학의 본질, 과학적 사고의 타당성, 과학적 사고의 기본요소가 무엇인가를 말한다고 한다.

그리고 리사 랜들이 이 책을 쓴 이유는 과학이 현재 이해되고 적용되는 방식에 대한 그의 불만을 조금이나마 배출하기 위한 것이라고 밝히고 있다.

따라서 이 책을 읽는 포인트는 리사 랜들이 생각하는 ‘가장 중요한 과학적 의문’이 무엇인가를 보는 것과, 리사 랜들의 ‘불만’을 이해하는 것이라고 생각한다.

 

리사 랜들이 말하는 과학의 본질, 과학적 사고의 타당성, 과학적 사고의 기본요소, 등은 그가 말하고 싶은 그의 불만을 설득하기 위한 전제로 제시되는 것이므로 우리는 그의 불만이 무엇인지 찾아내는 것이 우선이라고 생각한다.

우리가 리사랜들이 ‘불만’이라고 생각하는 것을 이해하기 위해서는, 이 책이 쓰여진 시기가 LHC가 재가동되기 전에 쓰여지기 시작해서 원래 설계에 근접한 성능을 내기 시작하는 2011년 이라는 점도 우리가 염두에 두어야 한다고 생각한다,

 

그의 불만을 단적으로 말하면, 그는 LHC가 표준이론을 증명하는데, 소모되는 것에 불편한 심경을 곳곳에 드러내는 것을 본다.

과학자(좁혀서 말하면 LHC 중심으로 본 물리학자)가 수행하는 연구가 표준이론의 아직 끼워지지 않은 마지막 단추인 힉스 보존을 찾으면 마치 표준이론이 완성된 형태를 갖추게 되는 것처럼 생각하는 것에 불편해하는 것으로 보인다.

 

리사 랜들은 곳곳에 물리학자들이 모르는 문제를 곳곳에 노출시키고 있다.

특히 과학자들이 해결해야할 문제로 ‘계층성문제’를 거론하고 이 문제를 중심으로 현대과학의 제문제를 검토하고 있다.

계층성문제란 힉스메카니즘을 양자역학과 특수상대성 이론을 함께 생각하면, 계산해 나오는 입자의 질량이 실제 실험치와 1경배(10^16배) 정도 무겁게 나온다는 것이다.

 

힉스 메카니즘은 우주가 형성되는 초기에 힉스장에서 의해 입자의 상전이로 인하여  입자가 질량을 가지게 된다는 이론인데, 오늘날의 물리학자는 이 상전이 에너지를 이해하지 못한다는 것이다.

(이 난제를 놓아둔 채 과학자가 노벨상을 염두에 두고 양복 미리 맞추지 말라고 경고하는 듯하다.)

 

이 문제를 해결하기 위한 대안들 중에 그가 생각하는 가장 그럴 듯한 대안은

첫째, 시공간의 대칭성이 확장되어야 하는가.

둘째, 우리가 가진 공간개념 자체가 수정되어야 하는가.

라고 지적하고 있다.

그리고 이 대안이 해결하기 위하서 약한 핵력 스케일에서 실험적으로 얻을 수 있는 증거를 보고 싶다는 것이다.

이것을 중심으로 '과학적의 의문'이라는 많은 이야기를 하고 있는 것이라고 생각한다.

그는 우리의 생각을 만드는 종교, 예술과 과학이라는 우리의 정신활동영역을 폭넓게 이야기하면서 본질의 문제를 공유하는 문제를 이야기하고자 하는 것으로 보인다.

 

그의 생각을 읽는 또 하나의 코드는 과학적 사고의 방식으로서, 상향식(botterm-up)과 하향식(top-down) 사고법이라고 할 수 있다.

상향식은 실험에서 나온 데이터 위주로 모델을 세워서 증명해 나가는 방법이고, 하향식은 옳다고 믿는 이론, 기본 개념을 가지고 이론으로 밀고 가는 사고법이라고 한다.

 

리사랜들이 ‘천국의 문을 두드리며’라는 책제목을 붙인 것과 관련하여 생각하면, 상향식을 천국의 문을 LHC로 ‘두드린다’고 표현한다면, 하향식은 천국의 문을 이론으로 ‘밀고 들어가려고' 하는데, 다만 LHC로 증거의 보강을 원한다고 표현할 수 있을 듯하다.

이런 관점들을 중심으로 현재 과학자들이 과학의 본질을 탐구하는 다양한 양상들, 끈이론, 암흑물질, 풍경, 테크니컬러, 여분차원 등에 대하여 검토하고 있는 것으로 보인다.

리사랜들은 이론물리학자로서 하향식사고법(top down)에 속하고, 상향식(bottom up)의 방법에 속한 과학자의 방법에 비판적이다.

위에서 말한 ‘계층성문제’를 예로 들어 입자물리학의 표준이론의 난점으로 지적하는 것이다.

상향식사고법의 과학자들은 모델을 세우고, 모델이 제시한 증거가 나오면, 이론이 옳은 것이 증명된 것으로 보는 것으로 보인다.  실제로 힉스보존이 발견되자 피터 힉스를 포함한 세 명의 과학자가 노벨상을 받았지만, 아직 계층성 문제는 해결된 것은 아니다.

그리고 중력파가 발견되었으니, 누군가가 차기 노벨상을 예견하고 양복 맞추러 갈 듯하다.

 

내가 보기에는,

그러나 수학을 바탕으로 하는 하향식 사고법의 과학자가 보기에는 이런 양샹은 마뜩치가 않을 것이다.

수학의 난제, (예를 들면 리만가설)의 증명과정을 보면, 얼마나 치밀한 검토를 하는지 알 수 있다. 이렇게 쉽사리 이론의 증명을 받아드리지 않는다.

리사 랜들은 과학자가 아직 해결하지 못하는 문제들의 심각성을 잘 안고 있는 것으로 나는 보았다.

위에서 가장 믿을만한 대안으로 제시한 두 가지는 두 가지가 아니고 하나에 대한 것이라고 할 수 있을 것이다. 위에서 제시한 두 가지 대안,

첫째, 시공간의 대칭성이 확장되어야 하는가.

둘째, 우리가 가진 공간개념 자체가 수정되어야 하는가.

위 두 가지 대안은 사실 두 가지가 아니고, 하나의 문제를 지적하는 두 관점이라고 할 것이다.즉, 차원론을 바꾸어야 한다는 생각으로 요약 될 수 있다고 생각한다.

그런데 여기서 리사 랜들이 생각하는 차원은 '여분차원'이다.

이것의 근거를 LHC실험으로 아원자의 차원에서 여분차원의 지문을 보고 싶다는 것을 말하는 것이 리사 랜들이 이 책을 쓴 의도인 것으로 나는 보인다.  이 그의 의도를 이야기하기 위해서 과학의 본질에서부터 과학자의 태도,  등 제문제를 이야기하고 있는 것이다.  

그런데 리사 랜들이 생각하는 '여분차원'은 일반적인 차원론의 단편적인 문제일 뿐이다.

여분차원의 문제는 일반적인 차원론이 가지게 되는 특성중에 하나인 다차원성이 만들어지는 것을 보고 싶다는 것이다.

여분차원을 입자물리학에서 실험을 통으로 해결한다면, 수학적인 바탕으로 생각하는 일반적인 차원론이 아직 해결하지 못하는 부분의 해결에 매우 가깝게 접근하는 것이라고 생각한다.

 


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