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얽힘의 시대
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얽힘의 시대

: 대화로 재구성한 20세기 양자 물리학의 역사

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품목정보

품목정보
발행일 2012년 09월 24일
판형 양장?
쪽수, 무게, 크기 728쪽 | 1082g | 160*226*40mm
ISBN13 9788960512405
ISBN10 8960512400

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내가 20세기 양자물리학자들의 회고록과 전기를 처음 탐독하기 시작하던 때에는 마치 영화를, 그것도 등장하는 배우들의 연기가 너무나 실감 나고 이야기가 어디로 흐를지 점칠 수 없는 영화를 보는 느낌이었다. 과학의 힘이 역사의 굴곡을 헤쳐 나가서 순수한 지식에 다다르는 능력이라고 할 때, 이 지식은 확고한 열정을 품은 채 특정 시기와 장소에서 살아가는 사람들이 한 번에 하나씩의 난제들을 해결해 나감으로써 얻어진다. 과학이 어떤 방향으로 나아가고 그 외의 방향으로는 진행되지 않는 까닭은 상황 때문이다. 이 말이 십중팔구 진실임은 (육체와 무관한 뇌가 아니라) 등장인물과 (진리를 향한 맹목적인 전진이 아니라) 반전이 가득한 이야기 흐름을 보면 확연히 드러난다. ---pp.11-12

두 실체는 늘 상호작용을 하며 서로 얽힌다. 두 실체가 광자(빛의 작은 알갱이)든 원자(물질의 작은 알갱이)든 아니면 먼지 티끌, 현미경, 고양이 또는 사람처럼 원자로 이루어진 큰 물체든 마찬가지다. 얽힘 현상은 이 실체들이 그 밖의 다른 어떤 것과 상호작용을 하지 않는 한 아무리 멀리 떨어져 있어도 일어난다. 하지만 그 미세한 작용에 비해 고양이나 사람은 너무 크기 때문에 우리는 그 영향을 알아차리지 못한다. ---p.19

그는 셜록 홈스와 마찬가지로 남들이 거들떠보지 않는 문제에 관심을 기울여 놀랍도록 명쾌한 뜻밖의 판단을 내리곤 했다. "존 벨은 누구나 그렇다고 여기는 견해를 당연시하지 않고 '어떻게 그걸 아십니까?'라고 곧잘 묻곤 했지요." 그의 스승이었던 지난 세기의 위대한 물리학자 루돌프 파이얼스 경의 말이다. 초기의 공동 연구자는 그를 이렇게 기억했다. "존은 어떤 주장이 나와도 그 밑바탕을 꿰뚫어 보는 능력이 늘 탁월했어요. 게다가 아주 단순한 추론으로 오류를 집어냈답니다." 1978년까지 100편이 넘게 나온 그의 논문들은 그러한 탐구의 목록이자 그 결과 찾아낸 오류 아니면 보물들이다. ---pp.28-29

아인슈타인은 그해 마지막 날에 이렇게 적었다. "나는 아직 광양자 문제의 해답을 찾지 못했다. 가장 좋아하는 이 문제를 해결하기 위해 나는 줄기차게 시도할 것이다." 하지만 1910년 12월에도 상황이 나아지지 않았다. "복사파의 수수께끼는 풀릴 기미가 없다." 1911년 봄에 그는 절친한 친구인 공학자 미켈레 안젤로 베소에게 이런 편지를 보냈다. "이 양자란 것이 실제로 존재하는지를 더 이상은 캐묻지 않겠네. 또 그에 관한 이론을 구성하려는 시도도 더는 하지 않겠네. 이제 내 머리로는 아무런 진전을 이룰 수가 없으니 말일세."
그는 3년 반의 시간을 오로지 광양자 연구에만 매진했지만 아무런 성과가 없었다. 1911년 6월에는 새로운 문제로 방향을 돌렸다. 자신에게 가장 큰 성공을 안겨 준 문제였다. 1912년에 아인슈타인은 이렇게 적었다. "현재 나는 오로지 중력 문제에만 몰두하고 있네." ---p.58

에렌페스트가 아인슈타인을 처음 만났을 때 옆에 있던 라우에는 그에게 이렇게 경고했다. "아인슈타인의 말을 듣다가 질려 죽지 않도록 주의하게. 그렇게 하는 걸 아주 좋아하는 사람이니까." 그렇다고 기가 꺾일 에렌페스트가 아니었다. 두 번째 만났을 때 에렌페스트와 아인슈타인은 안개 낀 무더운 언덕을 단출히 걸으면서 무려 닷새 내리 이야기를 나누었다. 그러기 며칠 전에 아인슈타인이 산속에서 자신의 연구에 대해 설명하는 자리에 열성적인 물리학자들이 몰려들었다. 여기서 에렌페스트는 예리한 질문을 이해가 될 때까지 집요하게 계속 던졌다. "이제 알겠네!"라며 의기양양하게 외치는 소리가 폰 라우에의 귀에도 생생하게 들렸다. ---pp.60-61

얼마 전에 아버지를 잃은 보어는 자기보다 열네 살이나 많은 러더퍼드와 금세 가까워졌다. 둘 다 천성적으로 사교적인 지도자였다.(러더퍼드는 자기 밑의 연구원들을 북돋우려고 "믿는 사람들은 주의 군사니"란 찬송가를 엉터리로 크게 부르기를 좋아했다.) 또 둘 다 야외 활동 체질에다 축구를 즐겼다.(보어의 형제인 하랄은 올림픽에서 은메달을 땄다.)
1912년 여름 영국에 머물던 기간이 끝나 갈 무렵 보어는 자신이 세운 원자 가설을 러더퍼드에게 다음과 같이 설명했다. "이건 지금까지의 모든 실험 결과를 타당하게 설명할 수 있을 듯한 유일한 가설입니다. 플랑크와 아인슈타인이 개념적으로 제시한 복사의 메커니즘을 이 가설이 확인해 주는 것 같습니다." 러더퍼드는 어떤 이론이라도"술집 여종업원에게 설명할 수 없는 한" 불완전한 것이라고 여기는 터여서, 보어의 가설에는 수정이 필요하다고 보았다. ---p.70

파울리가 입을 히죽 벌렸다. 그러고선 살라미 소시지를 한 조각 베어 먹은 뒤 풀 위에 비스듬히 기대고 누워 말했다. "가끔 내가 그 다음 단계를 내놓을 사람이 될 것 같은 생각이 들어." 그의 눈은 마치 부처님처럼 거의 감겨 있었다. "그런데"-눈이 다시 번쩍 뜨였다-"굉장히 통일성 있는 체계를 갖춘 고전물리학에 물들어 있지 않으면 길을 찾기가 더 쉬울 거야. 너희 둘은 그런 점에서 확실히 이점이 있어." 이어서 심술궂은 미소와 함께 덧붙였다. "그렇다고 지식의 부족이 성공을 보장하지는 않아." 하이젠베르크는 이 교묘한 험담에 대해 상당히 에두르는 표현으로 반응했다. 이제 그만 돌아가자고 말했을 뿐이다. ---p.80

잠시 후 파울리가 도착해 혼자 투덜거렸다. 곧이어 부드러운 바람이 마치 평온한 날에 졸졸거리며 흐르는 개울물처럼 그를 맞이하자 아래 호수가 눈앞에 들어왔다. 그는 선 채로 가볍게 몸을 흔들면서 신비스러운 눈길로 발헨 호수를 가만히 내려다보았다. 마침내 파울리가 정적을 깼다. "지금 너희들에게 물리학의 두 가지 요소를 알려 줄 참이야. 오늘 강의 주제는 속력 곱하기 질량, 즉 운동량이야." 그러더니 자전거에 올라타 산길을 내려갔다. 라포르테와 하이젠베르크도 웃음을 터뜨리고선 자전거로 뒤쫓았다. ---pp.86-87

아인슈타인과 보어, 양자론의 본질을 찾아 평생을 고군분투할 운명인이 둘은 3년 전에 처음 만났다. 보어가 플랑크와 함께 베를린에 머물 때였다. 파업으로 전차가 다니지 않자 아인슈타인은 약 15킬로미터를 걸어서 달렘 교외에 있는 플랑크의 집으로 가서 보어를 데리고 저녁을 함께 먹으러 그의 집으로 돌아갔다. 전후의 식량 부족은 그처럼 심각했다.
아인슈타인과 그의 가족-그 무렵에는 두 번째 아내 엘사와 아내가 낳은 두 딸-은, 아인슈타인이 보어에게 보낸 감사 편지에서 묘사한 대로 보어가 가져온 "아직도 젖과 꿀이 흐르는 노이트랄리아(Neutralia, 네덜란드가 중립국이어서 일종의 농담처럼 쓴 말-옮긴이)"에서 나온 음식으로 저녁을 차렸다. ---pp.91-92

"살아오면서 자네처럼 함께 있다는 사실만으로 큰 기쁨을 주는 사람을 만난 적은 별로 없었네." 1920년 아인슈타인은 보어에게 보낸 첫 번째 편지에서 이렇게 적었다. "에렌페스트가 자네를 왜 그토록 좋아하는지 이제야 알겠네. 지금 나는 자네가 쓴 위대한 논문들을 연구하고 있는데, 그러는 중에-특히 어딘가에서 막혔을 때-미소를 머금은 얼굴로 내게 설명을 해 주는 자네의 모습을 떠올리며 즐거워하고 있네. 자네에게서 많은 것을 배웠는데, 특히나 과학적인 문제에 대한 진지한 태도가 인상적이었네." ---p.92

좀머펠트는 모자를 쓰고 있지 않을 때면 젊은 시절 발트 해의 쾨니히스베르크에서 술 마시고 싸움이나 하는 이들과 어울리며 생긴 이마의 긴 상처가 보였다. 그의 어머니는 지적이면서도 활기찬 편이었으며 어머니보다 훨씬 연상의 의사인 아버지는 주머니에 언제나 딱정벌레, 조개껍질 또는 호박(琥珀) 덩어리를 넣고 다니며 자기 아들에게 보여 주었다. 그런 덕분에 좀머펠트는 위대한 물리학 교수가 되었으며 (일반상대성이론이 구상되는 동안 줄곧 아인슈타인과 연락을 주고받으면서) 자신의 강의에 상대성이론과 양자론을 처음으로 포함시켰다. 그는 1906년에 자신의 주도로 뮌헨에 이론물리학연구소를 설립하기 전까지 과소평가되긴 했지만 10년 동안 광물학, 탄광학과 토목공학 학생들에게 순수수학을 가르쳤다. "그분은 학생들을 위해 시간을 낼 수 있는 남다른 능력을 지녔다."고 막스 보른은 나중에 회상했다. 스키도 같이 타고 커피숍도 같이 가고 학생들이 돈이 없으면 돈도 마련해 주었을 정도다. "교수와 학생 사이의 그런 아름다운 관계는 좀체로 보기 힘든 것입니다."라고 아인슈타인은 1909년에 좀머펠트에게 쓴 편지에 적었다. ---pp.93-94

"요즘 자네 활약이 대단하더군." 아인슈타인이 보어에게 말한다. 보어는 멋쩍은 듯 고개를 가로저으며 이렇게 답한다. "과학적인 면에서 보자면 나는 평생 과도한 행복과 절망 사이를 오가고 있다네. (…) 둘 다 알겠지만 (…) 논문을 쓰기 시작할 때는 희망에 부풀고 뿌듯함을 느끼지만 결국은 발표를 하지 않고 만다네." 보어는 진지한 표정으로 말을 이었다. "왜냐하면 양자론이라는 이 끔찍한 불가사의 앞에서 내 견해가 늘 바뀌기 때문이네." "나도 알지." 좀머펠트가 말한다. "물론 알고말고." 아인슈타인은 눈을 거의 감은 채 고개를 끄덕인다. "나도 그 벽에 부딪혀 앞으로 더 나아가지 못하고 있네. 정말 끔찍하게 어려운 문제지." 아인슈타인이 다시 눈을 뜬다. "요즘은 양자론과 씨름하다가 잠시 기분 전환용으로 상대성이론을 다룰 뿐이네." "하지만, 알다시피 모든 게 아주 흥미롭네." 좀머펠트도 끼어든다. "한창 젊은 내 제자 하이젠베르크가 이런 희한한 모형을 생각해 냈는데 말일세…." ---pp.98-99

셋은 차에서 내려 거리로 나온다. 그래도 날씨가 좋은 데다 느릅나무 가로수가 심어진 큰길 옆에 있는 벤치에 나란히 앉았으니 그리 운이 나쁜 것도 아니었다. "아인슈타인 박사, 빛이 일반적인 의미에서 어느 정도라도 입자의 성질을 가진다는 것을 정말로 증명할 수 있다면" 보어는 주변에는 눈길 한 번 주지 않고 계속 말한다. "자네는 회절격자 사용이 불법으로 인정되는 법률이 통과될 수 있다고 정말로 믿는가?"
"그렇다면 마찬가지로" 아인슈타인이 되묻는다. "만약 빛이 오로지 파동의 성질만을 갖는다는 것을 자네가 증명할 수 있다면, 광전지 사용을 막아 달라고 경찰에 신고할 수 있는가?"
"물론이지. 하지만 이 말은 꼭 해야겠네." 이 표현은 보어의 연구소에서는 유명한 구절이다. 보어가 덴마크어에서 독일어로 옮기는 과정에서 특이하게 말하기 때문에 생긴 버릇이다. "현재 우리는 빛과 물질 사이의 상호작용을 전혀 이해하지 못하고 있다는 것을 말이네." ---pp.101-102

슈뢰딩거가 코펜하겐에 있는 보어네 집의 손님용 침대에 누워 기침을 하고 있었다. 열이 나서 붉어진 얼굴에는 식은땀이 흘렀다. 옆에서 돌보고 있는 보어 내외는 걱정하는 기색이 역력했다. 차와 수프를 날라다 주는 아내 마르그레테 곁에서 보어는 말했다." 하지만 슈뢰딩거 박사, 자네도 양자 도약이 일어난다는 걸 인정해야 하네. (…)"
둘은 사흘째 논쟁을 벌이고 있었다. 보어가 역에서 슈뢰딩거를 데려온 이후 줄곧 그랬다. 마르그레테와 연구소의 맨 위층에 살고 있던 하이젠베르크의 하루는 이 두 고집불통이 완전히 망쳐 놓았다. 대화와 식사 그리고 산책을 할 때마다 걸핏하면 보어와 슈뢰딩거가 설전을 벌였던 것이다. "일반적으로 보어는 사람들을 대할 때 아주 사려 깊고 친절했지만" 하이젠베르크는 이렇게 적었다. "내가 보기에 요즘 그는 뻔뻔하기 그지없는 미치광이 같다. 즉 자신이 실수를 할 수도 있다고는 결코 인정하려 들지 않는 사람으로 보인다. 둘의 토론이 얼마나 격렬했는지, 그리고 각자 자기 이론에 대한 확신이 얼마나 뿌리 깊은지를 전하기는 쉽지 않다. 하지만 둘이 하는 말마다 그런 냄새가 물씬 풍겼다." ---pp.163-164

몇 주 후 에렌페스트는 암스테르담에 있는 바터링 교수 병원에 있는 대기실로 들어갔다. 그 연구소는 다운증후군에 걸린 열다섯 살 난 그의 아들 바실리를 돌보는 곳이었다. 히틀러는 얼마 전에 "유전적으로 손상된 자손을 금지하기 위한" 법안을 통과시켰다. 그 첫 활동으로 '우수한 인종'을 낳기 어려운 사람들에게 조직적으로 불임수술을 시켰다. 곧이어 히틀러의 명령에 따라 장애 아동에 대한 '자비로운 죽음'이 시작되었다. 이 일은 의사가 자기 병원에서 행했다. 에렌페스트는 데스크로 가서 네덜란드어로 말했다. "나는 파울 에렌페스트인데 내 아들 바시크를 만나러 왔습니다." 늘 부르던 대로 자기 아들의 별명을 댔다. 수납원이 전화를 하고 있을 때 에렌페스트는 나란히 늘어선 똑같은 의자 중 하나에 조용히 앉았다. 간호사가 바시크를 대기실로 데려왔다. 아버지를 보자 그의 얼굴이 환해졌다. 늦은 9월의 한낮에 둘은 병원에서 걸어 나와 근처 공원으로 갔다. 그곳에서 많은 이들이'물리학계의 양심'으로 아끼던 에렌페스트는 권총을 꺼내더니 먼저 아들을 쏘고 이어서 자기를 쏘았다. 나중에 부치지 않은 편지 한 통이 에렌페스트의 책상에서 발견되었다. 날짜는 1933년 8월 14일로 한 달이 약간 넘어 있었다. 내용은 이랬다. "더 이상 참을 수 없게 된 삶의 짐을 이끌고 앞으로 몇 달 더 어떻게 살아가야 할지 전혀 알 수가 없네. (…) 자살을 하게 될 것이 분명하네. 만약 그렇게 된다면 내가 서둘지 않고서 평온하게 자네들에게 편지를 썼다는 사실을 그 무렵에 떠올리고 싶네. 내 인생에 참으로 소중했던 친구가 되어 주었던 자네들에게 쓴 이 편지 말일세. (…) 근래에 나는 [물리학의] 발전을 이해하며 따라가기가 더욱 어려워졌네. 애를 써 보아도 더욱 나빠만 지고 엉망진창이 되네. 결국 난 절망 속에서 포기하고 말았네. (…) 그러자 완전히 '삶에 지쳤네.'(…)"
---pp.251-252

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