과학도서 - 놀라운 QED의 세계 놀라운 QED의 세계

놀라운 QED의 세계
눈에 보이는 것이 실재라면 이 세상은 당장 와해된다." 라는, 다소 철학적이기도 한 선전문구로 나에게 다가온 책 `일반인을 위한 파인만의 QED(Quantum Electrodynamics)강의`. 현대 물리학 이론의 한 줄기를 이루는 QED를, QED의 창시자라 할 수 있는 Richard P. Feynman박사가 일반인들이 알아들을 수 있게 강의한 내용을 책으로 옮긴 것인데 네 날의 강의내용으로 나뉘어 있다.
이 책을 읽으면서 나는 파인만 박사의 표현능력에 감탄을 금할 수 없었다. 보통 물리학은 딱딱하고, 두꺼운 책을 몇 년 동안 공부한 천재들만 이해할 수 있는 학문으로 알고 있다. 일반인들이 물리학의 현장에서 일어나는 일들에 대해 알고자 하여도 무시무시한 수학공식에 의해 좌절되기 일쑤인 것이다. 그러나 파인만은 복잡한 수학공식 하나 없이 현대 물리 이론의 정수라 할 수 있는 양자 전기 동역학(QED)의 개념을 일반인들에게 설명하였다…(생략)

입자일 뿐이다. 더 이상 사건을 정확히 예측할 수는 없다. 단지 사건이 일어날 확률만 알 수 있다. 즉, 자연은 확률에 의해 지배되는 것이다. 이러한 이 책의 내용들은 나 스스로 많은 의문을 던지게 만들었다. 특히 속도가 c(=299,792,458m/s)를 초과하는 광자도, c미만인 광자도 있는데 두 확률은 서로 상쇄 간섭되어 결국 광자의 속도가 c일 확률이 가장 크다는 내용은 아인슈타인의 특수상대성 이론과 모순이 되기 때문에 잘 이해가 되질 않았다. 그러나 그것을 다시 생각해 보니 오히려 특수상대론의 가정에 근거를 부여하는 사실이었다. 이처럼 고정관념과 상식에서 전혀 동떨어진 것이 진실이라는 것이다.
우리는 뉴턴 이후 기계론적 세계관에 사로잡혀 과학이 좀 더 발전되면 우리가 우주의 모든 것을 계산하고 앞으로 일들이 어떻게 진행되어 갈 것인지를 완전히 예측할 것으로 기대했었다. 그러나 과학이 더 발전되자 자연의 기이한 실체를 조금씩 알아가게 되었고, 결국 `Chaos`이론과 하이젠베르크의 `Uncertainty Principle`에 의해 자연은 완전하게 예측할 수 없다는 것을 알게 되었다. 현상의 예측을 위해서는 측정이 필요하다. 그러나 측정을 하게 되면 현상 자체가 달라져 버린다. `파군의 붕괴` 라고도 설명되는 이러한 자연의 특성에 의해 우리가 완벽한 측정기로 광자의 경로를 측정하는 순간, 빛의 간섭현상은 측정할 수 없게 된다. 이러한 사실은 나에게 많은 것들을 일깨워 주었다. 자연을 모두 이해할 것이라는 인간의 오만한 생각은 틀렸다는 것이다. 이 책의 저자 파인만은 말한다. "내가 자연이 `이러이러한` 방식으로 행동한다고 말한다 해도, 여러분은 자연이 `왜` 그러한 방식으로 행동하는지를 알 수는 없다. 그러나 여러분이 잘 알다시피 그 `왜`를 아는 사람은 아무도 없다. 자연이 왜 그토록 기묘한 방식으로 행동하는지를 나로서도 알 길이 없다." 자연과학은 자연이 `어떻게`행동하는지는 설명할 수 있어도 `왜` 그런지는 설명할 수 없다는 것을 보여주는 말이다. 우리는 한때 자연의 원리를 규명할 수 있을 것이라는 환상에 젖었었다. 적어도 몇 세기 전에는 그것이 가능할 것으로 여겼었다. 에너지 보존이 공간의 등방성에 의한 것이라는 사실까지도 밝혀냈기 때문이다. 그러나 현대에 와서 자연의 기묘한, 상식을 깨는 움직임이 밝혀지면서 그것에 대한 설명은 알 수 없게 되었다. 물론 양자역학적인 현상들도 언젠가는 그 이유에 대한 합리적이 설명이 나올 수 있다. 그러나 더 자연의 실체에 접근해갈수록 그만큼 불가사의한 일들이 많이 발견되기 때문에 우리가 자연을 모두 이해하기는 어려울 것이다. 그 이유는 우리가 자연의 위에 있지 않고 자연에 속하기 때문인지도 모른다. 지구 위에 있어서는 지구가 둥근 것을 알 수 없는 것과 같은 이치이다. 어쩌면, 자연의 완벽한 이해는 어쩌면 그 창조자인 신에게만 가능하도록 자연이 창조되었을지도 모른다는 생각이 든다. 현대 과학을 많이 연구한 사람들 중에 종교를 믿는 사람이 많다는 것도 이러한 사실과 관계가 있을 것 같다. 자연을 공부하면 공부할수록 이 세계를 창조한 절대자의 실체가 다가오기 때문인 것이다. 그러한 절대자의 존재 없이 이 완벽한 우주가 창조되었다는 것이 불가능하다는 자각 때문인지도 모른다.
마지막으로, 이 책에 나왔던 수많은 문구들 중 내 마음에 가장 와 닿았던 문구를 소개하며 글을 맺도록 하겠다.
"특수한 법칙과 기이한 추론들, 이런 것들이야말로 자연을 이해하기 위한 전제인 것이다. 거기에는 합리성이나 논리성 같은 것은 존재하지 않는다. 여러분이 자연을 이해하고자 한다면, 이 점을 명심해야 할 것이다."