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출판사 리뷰

출판사 서평 ◎ 책 소개 물리학을 바꿔놓은 두 사람, 아인슈타인과 슈뢰딩거 아인슈타인은 특수상대성이론과 일반상대성이론으로, 슈뢰딩거는 파동방정식과 ‘슈뢰딩거의 고양이’로 대중적으로 유명한 과학자다. ‘기적의 해’라고 불린 1905년 한 해에 26살의 아인슈타인은 네 편의 논문을 발표한다. 한 편은 자신의 박사학위 논문을 다시 쓴 것이고, 나머지 세 편이 각각 광전효과, 브라운운동, 특수상대성이론을 다룬 논문이다. 이 세 편의 논문 모두 현대 물리학의 흐름을 바꿔놓은 혁명적인 논문이었다. 아인슈타인은 광전효과를 해명한 논문에서 1900... ◎ 책 소개 물리학을 바꿔놓은 두 사람, 아인슈타인과 슈뢰딩거 아인슈타인은 특수상대성이론과 일반상대성이론으로, 슈뢰딩거는 파동방정식과 ‘슈뢰딩거의 고양이’로 대중적으로 유명한 과학자다. ‘기적의 해’라고 불린 1905년 한 해에 26살의 아인슈타인은 네 편의 논문을 발표한다. 한 편은 자신의 박사학위 논문을 다시 쓴 것이고, 나머지 세 편이 각각 광전효과, 브라운운동, 특수상대성이론을 다룬 논문이다. 이 세 편의 논문 모두 현대 물리학의 흐름을 바꿔놓은 혁명적인 논문이었다. 아인슈타인은 광전효과를 해명한 논문에서 1900년 막스 플랑크가 가설로만 제시했던 ‘양자(quantum)’ 개념을 실체화시켰다. 이 논문은 양자물리학의 시작을 알린 위대한 논문이다. 그러나 이해에 가장 큰 업적은 특수상대성이론일 것이다. 어린 시절부터 그의 머릿속에서 떠나지 않던 질문 ‘만약 내가 빛의 속도로 달린다면 빛은 정지해 있는 것처럼 보일까?’에 대한 대답을 찾는 과정에서 위대한 특수상대성이론이 밝혀진다. 그리고 10년 뒤인 1915년에는 중력을 상대론적으로 밝힌 일반상대성이론을 정립한다. 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거는 40세이던 1926년 파동방정식(슈뢰딩거 방정식)을 개발한다. 이 방정식은 파동성을 가진 물질의 운동과 상태를 기술할 수 있는 공식으로서 양자세계를 기술할 수 있도록 해 양자역학의 본격적인 출발을 알린 위대한 공식이다. 이것만으로도 이 둘은 인류에 엄청난 공헌을 했다. 그런데 《아인슈타인의 주사위와 슈뢰딩거의 고양이》는 이 두 거장이 역사적인 위업을 달성한 다음 이들의 연구과정을 집중 조명한다. 이들이 도대체 뭘 했길래? 위대한 업적을 이룬 후 두 거장은 무엇을 했을까? 아인슈타인과 슈뢰딩거가 죽을 때까지 매달렸던 과제는 크게 두 가지다. 하나는 우주의 모든 힘을 통일하겠다는 통일이론에 대한 꿈 또 하나는 우연과 확률 기반의 양자역학을 대신해 우주를 인과론적이고 결정론적으로 설명할 새로운 이론을 제시하는 꿈 사실 두 가지 꿈은 하나이기도 하다. 아인슈타인은 상대성이론을 구축한 후 이 세상의 모든 힘을 통일해야겠다는 열망에 사로잡힌다. 우주의 네 가지 기본 힘은 중력, 전자기력, 강한핵력, 약한핵력 네 가지다. 그러나 아인슈타인이 연구에 착수할 때까지만 해도 약력과 강력은 아직 밝혀지지 않았다. 아인슈타인은 평생 중력과 전자기력을 통일하기 위해 분투한다. 아인슈타인보다 11살 어리며 평생 아인슈타인과 편지를 왕래하며 많은 영향을 주고받았던 슈뢰딩거 역시 힘의 통일에 대한 열망에 사로잡힌다. 다만 슈뢰딩거는 이후 밝혀진 핵력도 통일이론에 반영해야 한다고 주장했다. 하지만 아인슈타인은 고집스럽게도 핵력들과 이후 계속해서 밝혀지는 소립자들의 존재를 무시한다. 아인슈타인이나 슈뢰딩거 모두 양자역학의 문을 열어젖힌 양자역학의 아버지 같은 존재들이다. 그런데 이상하게도 두 사람은 양자역학에 거부감을 가지고 있었다. 특히 아인슈타인의 거부감은 슈뢰딩거보다 훨씬 커서 혐오에 가까웠다. 정확히 말하면 이들이 거부한 것은 양자역학 그 자체가 아니라 우연과 확률 기반의 양자역학이다. 모든 결과에는 원인이 있다! 원인만 알면 정확하게 결과를 알 수 있다!는 인과론과 결정론적인 철학을 가지고 있던 아인슈타인과 슈뢰딩거는 양자세계는 인정했지만, 양자의 세계를 우연, 확률, 애매모호, 무작위, 불확실성으로 해석하는 양자역학의 정통해석(코펜하겐 해석)을 무척이나 싫어했다. “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”는 유명한 말은 아인슈타인이 평생에 걸쳐 자주 했던 말이다. 바로 세상은 우연과 확률로 이루어져 있지도 않고, 그렇게 해석할 수도 없다는 의미다. 또한 슈뢰딩거보다 유명하다는 농담도 있을 정도인 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 사고실험 역시 많은 사람들이 이해하는 것처럼 슈뢰딩거가 양자역학을 쉽게 설명하기 위해 만든 이야기가 아니라 ‘죽어 있는 고양이와 살아 있는 고양이가 섞여 있는 이상한 이야기’를 통해 양자역학의 정통 해석을 조롱하기 위해 만든 말이다. 이 두 사람은 우리는 아직 알 수 없지만 양자세계를 결정론적으로 해석할 수 있는 숨어 있는 무언가가 반드시 있을 것이라 생각하고 그것을 찾기 위해 노력했다. 두 거장의 모험은 성공했을까? 안타깝게도 아인슈타인과 슈뢰딩거 둘 다 자신의 가장 큰 업적을 이룬 후에는 이렇다 할 연구성과를 내놓지 못했다. 통일이론도 완성하지 못했고, 우연이 지배하는 양자역학을 뛰어넘는 이론도 만들어내지 못했다. 아인슈타인은 프린스턴 고등연구소에서 점점 ‘과시용 과학자’로 늙어갔고, 여러 번 통일이론을 발표했음에도 속속 발견되는 새로운 과학적 사실을 자신의 연구에 반영하지 않았다. 그 고집스러움은 물리학계에서 그의 연구결과를 외면하는 데 큰 역할을 했다. 아인슈타인 스스로가 표현한 대로 ‘외로운 늙은이’‘기인 같은 추장’으로 늙어갔다. 슈뢰딩거도 크게 다르지 않았다. 전쟁을 피해 제때 미국으로 탈출할 수 있었던 아인슈타인과 달리 슈뢰딩거는 참혹한 유럽대륙에서 빨리 빠져나올 수 없었다. 위태위태하게 연구활동을 계속하다가 당시 중립국이었던 아일랜드의 수상 이몬 데 발레라의 도움으로 더블린 고등연구소에 자리잡을 수 있었지만, 데 발레라와 아일랜드 사람들의 기대에 부응해야 한다는 압박감을 크게 느낄 수밖에 없었다. 다만 슈뢰딩거는 물리학 말고 다른 분야에서 이름을 날리는데, 바로 강연 ‘생명이란 무엇인가?’와 이를 엮어 출판한 책이다. 물리학자의 눈으로 본 생물학은 당시 생물학에 커다란 영향을 미쳤다. 제임스 왓슨과 프란시스 크릭이 DNA의 구조를 밝히는 데 이 책이 큰 역할을 하기도 했다. 통일이론을 둘러싼 언론전쟁 아인슈타인과 슈뢰딩거는 평생에 걸쳐 편지를 교환하며 우정을 쌓아갔다. 아인슈타인은 때때로 “내 이야기를 이해할 사람은 자네밖에 없다네” 같은 글귀를 써보내 슈뢰딩거의 가슴을 뛰게 만들기도 했다. 슈뢰딩거 역시 어릴 때부터 이름을 날린 천재기는 했지만, 당대 최고의 물리학자로부터 이런 말을 직접 듣는다면 누구도 흥분하지 않을 수 없었을 것이다. 슈뢰딩거는 종종 아인슈타인과 왕래한 편지들을 사람들 앞에서 읽어주며 아인슈타인과의 친분을 과시하기도 했다. 슈뢰딩거는 아인슈타인의 영향을 크게 받았다. 실험물리학에 집중하고 있던 그는 1913년 아인슈타인의 강연을 듣고는 이론물리학에 큰 관심을 갖게 된다. 그가 파동방정식을 개발하게 된 배경에도 아인슈타인의 역할이 있었다. 이 방정식으로 슈뢰딩거가 노벨상을 받을 때 그를 추천한 사람도 아인슈타인이었다. 뿐만 아니라 그가 베를린대학교 교수로 임명되는 데, 명망 높은 프러시아 과학아카데미의 회원이 되는 데에도 아인슈타인의 뒷받침이 있었고, 아인슈타인은 자신의 여름별장으로 종종 그를 초대하거나 수많은 편지왕래를 통해 슈뢰딩거에게 영감을 불어넣고 지도해주었다. ‘슈뢰딩거의 고양이’도 사실 아인슈타인과의 편지왕래에서 나온 아이디어를 발전시킨 개념이었다. 아인슈타인 역시 슈뢰딩거를 무척 아꼈다. ‘우연’의 세상을 무너뜨리고 세상의 모든 힘을 통일하겠다는 꿈을 위해 둘은 협력관계였다. 그런데 매우 공고했던 둘의 관계는 슈뢰딩거가 1947년 일반통일이론이라고 이름 지은 자신만의 통일이론을 개발했다고 대대적으로 발표하면서 깨져버렸다. 원래는 둘의 편지왕래를 통해서 발전시킨 개념들이 토대를 이루었기 때문이다. 당시 슈뢰딩거의 오판도 문제였지만, 이 사태를 크게 키운 것은 언론의 설레발이었다. 마치 백전노장의 챔피온과 자신만만한 신출내기 도전자라는 구도로 선정적인

서로 대적하게 되었을 당시 두 사람은 모두 노벨상 수상자였고, 한창 중년의 나이에 접어들어 있었으며, 분명 연구활동의 절정기는 이미 지난 상태였다. 하지만 전세계 언론이 전하는 이야기는 이와 달랐다. 언론에서는 여전히 강한 백전노장의 챔피언과 트로피에 굶주린 자신만만한 신출내기 도전자의 대결이라는 익숙한 구도로 이야기가 전개되고 있었다. -23쪽

아인슈타인의 대학생활은 그와는 다른 이유의 실망으로 얼룩지고 말았다. 자신이 정말로 흥미를 갖고 있던 심오한 이론적 질문에 대해 공부할 기회를 잡지 못했던 것이다. 그 결과 아인슈타인은 수학처럼 마땅히 잘 챙겨 들었어야 할 과목들까지도 모두 등한시하고 말았다. 자신의 지적 열정과는 관계가 없어 보였기 때문이다. 그럼에도 대학시절에 맺은 인간관계가 그의 지적 성장에 결국은 핵심적인 역할을 하게 된다. -69쪽

아인슈타인 강연의 정점은 태양에 의해 별빛이 휘어진다는 과감한 예측을 내놓은 것이다. 이것은 검증할 수 있는 예측이었다. 그는 태양의 중력이 그 주변 공간의 기하학적 구조를 휘어놓기 때문에 (외부 관찰자의 시점에서 볼 때) 그 근처를 지나는 모든 것이 휘어진 경로로 움직일 것이라 예언했다. 멀리 떨어진 별에서 방출된 빛이라도 태양 근처를 지나는 동안에는 휘어지리라는 것이다. -110쪽

‘불연속성’은 보어의 ‘행성’ 원자 모형의 가장 중요한 특징이었다. 아인슈타인과 슈뢰딩거는 이 이론이 다른 부분에서는 분명 진일보한 것이 맞지만 이 불연속성이 이 모형의 가장 큰 약점이라 생각했다. 왜 원자에서는 전자가 한 궤도에서 다른 궤도로 즉각적인 도약을 한단 말인가? 태양계의 행성에서는 절대로 그런 일이 없는데 말이다. -167쪽

아인슈타인 이전에는 이론적인 물리학 논문에 언론이 이렇게 막대한 관심을 보이는 경우가 사실상 전무했다. 아인슈타인은 추상적이기 이를 데 없고 현실과 동떨어진 이론조차 섹시하고 신비로운, 세상을 깜짝 놀라게 할 발견으로 보이게 만들었다. 그의 가설이 실제의 물리세계를 설명하고 있음을 말해주는 실험적 증거가 결여된, 무미건조한 방정식만을 제공하고 있다는 사실도 언론 보도를 막지 못했다. -230쪽

아인슈타인은 프러시아 과학아카데미의 비겁한 행동을 결코 용서할 수 없었다. 폰 라우에, 슈뢰딩거, 그리고 어느 정도는 플랑크를 제외하고 나머지 아카데미 회원들에게 버림받은 것은 그에게는 쓰라린 고통이었다. 플랑크도 아인슈타인에 대한 지지를 사적으로는 표현했지만, 공개적으로는 표현하지 않았다. 아카데미가 나치에 저항하기를 거부한 것은 아인슈타인이 전쟁이 끝난 후에도 두 번 다시는 독일 땅에 발을 딛지 않은 이유 중 하나다. -255쪽

자기를 받아준 아일랜드에, 데 발레라가 자신에게 쏟은 관심에 감사했던 슈뢰딩거는 아일랜드와 관련된 모든 부분에서 전문가가 되겠다는 열망이 생겼다. 그는 켈트 디자인에 매료됐다. 슈뢰딩거의 집을 방문한 사람들은 그가 손으로 정교하게 만든 가구 축소모형을 볼 수 있었다. 이 가구 모형을 위해 슈뢰딩거는 아일랜드 직기로 천도 짰다. 그는 게일 어도 배우려고 책상 위에 게일 어 입문서도 마련해두었다. 하지만 외국어를 배우는 데 능통한 그도 아일랜드 어 문법은 배우기가 너무 어려워서 결국에는 포기해버렸다. -312쪽

슈뢰딩거는 아인슈타인과 이렇게 가까운 친구가 될 수 있다는 것이 짜릿하고 명예롭게 느껴졌다. 물리학자의 입장에서 자기 머리가 아인슈타인의 머리처럼 돌아간다는 것보다 빛나는 찬사는 없으리라. 그리고 그 찬사를 다름 아닌 그 위대한 인물이 직접 써서 보낸 편지에서 읽었다면 하늘을 날 듯한 기분이었을 것이다. 또 한 번은 아인슈타인이 슈뢰딩거를 ‘영리한 악동’이라고 불렀는데, 이 말에 슈뢰딩거의 마음은 더더욱 부풀어올랐다. -366쪽

아인슈타인이 마지막으로 행한 공공 관련 주요 행동은 ‘러셀-아인슈타인 선언문’에 서명한 것이다. 이 선언은 철학자 버트런드 러셀이 시작한 세계평화요청 운동이다. 이 선언문은 다음에 일어날 세계대전은 대도시를 파괴하고 인류를 전멸로 몰아넣을 수 있는 수소폭탄 같은 핵무기를 사용할 가능성이 크다고 주장하며 무력 분쟁을 종식하고 평화적으로 분쟁을 해결할 것을 촉구했다. 아인슈타인은 사망하기 겨우 1주일 전인 1955년 4월 11일에 이 선언문에 서명한다. -407쪽

힉스 보손의 발견은 입자물리학의 표준모형에서 비어 있던 마지막 퍼즐 조각을 채워주었다. 이 표준모형은 현재 우리가 가지고 있는 이론 중에서 통일장이론에 가장 가깝다. 표준모형에는 전자기력과 약한 상호작용을 통일해서 설명하는 내용도 담겨 있다. 이 둘을 함께 묶어서 약전자기 상호작용이라고 부른다. 이 표준모형은 강한 상호작용에 대해서도 기술한다. 강한 상호작용은 원자핵에서 양성자와 중성자를 하나로 붙들어 매는 힘이다. 중력은 여기에 끼지 못하고 혼자 겉돌고 있다. 중력은 표준모형에 들어 있지 않다. -431쪽

물리학자들은 아무리 큰 유혹을 느끼더라도 성급하게 성공을 발표하는 일이 없도록 주의해야 한다. 힉스 보손을 찾아낸 연구진은 관측결과가 쌓이고 다른 가능성을 배재할 수 있을 때까지 참을성 있게 기다렸다. 그것이 비록 여러 달이 걸리는 과정이라 해도 말이다. 이 연구진은 우리에게 인내심의 본질에 대한 교훈을 말해준다. 하지만 가끔은 연구자들이 너무 성급하게 행동에 나서는 경우가 있다. 다른 연구진에서 결정적인 증거 보강을 해주기도 전에 성공을 주장하는 것이다. -446쪽

목차
추천사
감수자의 글
감사의 말
들어가며 동맹 그리고 적
섬뜩한 슈뢰딩거의 고양이 | 모순덩어리 사나이 | 무작위성이라는 공동의 적 | 동맹의 균열 | 얼룩진 통일성
1장 완벽한 시계와 같은 우주
나침반? 그리고 행성의 춤 | 이상한 평행선 | 감각으로 뒷받침되지 않는 것들 | 뛰어난 대학생 | ‘게으른 개’ | 기적으로 가는 길 | 시간과 공간의 통합
2장 중력의 도가니
쇠퇴를 앞둔 제국의 수도에서 | 빈 학회에서의 일반상대성이론 | 내 삶에서 가장 행복한 생각 | 보편적 법칙을 향해 | 정상을 향한 경쟁 | 영광의 체계 | 우주상수 도입 | 암흑에너지의 예측 | 세계적인 명사 | 통일이론을 향한 순수 기하학 | 5차원으로의 모험
3장 물질파와 양자도약
슈뢰딩거와 쇼펜하우어 | 아인슈타인과 스피노자 | 보어와의 산책 | 실재에 대한 행렬 | 양자론에 대한 마지막 기여 | 드 브로이의 물질파 | 크리스마스의 기적 | 물리적 파동에서 확률의 파동으로 | 보어의 집에서 | 신은 주사위 놀이를 하지 않는다
4장 통일이론을 찾아서
자연의 모든 힘은 어떻게 맞물리는가 | 구름 위에서 고립되다 | 라비의 양파 | 슈비에로우 호숫가에서 | 사나운 바람 바다의 미풍 | 라이히스탁의 불
5장 유령 같은 연결과 좀비 고양이
독일을 버린 슈뢰딩거 | 미묘할지언정 악의적이지는 않은 | 슈뢰딩거와 프린스턴 | 유령 같은 연결 | 아인슈타인의 화약 | 이상한 고양이 | 거절했어야 했던 제안 | 양자세계와 우주 |또 다른 차원으로 | 잘못된 선택의 수렁으로 | 빈 탈출작전 | 더블린 고등연구소 설립을 기다리며
6장 프린스턴과 더블린에서
웃음거리가 되다 | 해밀턴의 우표 | 프린스턴의 은둔자 | 신의 채찍과 함께 | 아핀을 이용한 일반통일이론 | 일반통일이론 발표 | 아인슈타인의 희망이 무덤 밖으로? | 전쟁에 동원된 과학자들
7장 물리학의 홍보전
빛을 잃어가는 데 발레라 | 깊은 동지애 | 악마의 할머니가 보낸 선물 | 일생일대의 발표 | 동굴에 갇힌 용 | 조롱당하는 더블린 | 아인슈타인의 반박 | 마지막 스포트라이트
8장 아인슈타인과 슈뢰딩거의 말년
새로운 통일이론 | 굴욕 뒤 희망 | 다시 시작한 편지 왕래 | 양자측정에 대한 봄의 의견 | 아인슈타인, 삶의 특이점에 도달하다 | 다시 빈으로 | 모든 존재는 하나다 | 고양이, 문화 속으로 파고들다 | 과학적 유산을 둘러싼 분쟁
나오며 아인슈타인과 슈뢰딩거를 넘어
표준모형의 승리 | 메우지 못한 틈 | 기하학, 대칭성, 그리고 통일의 꿈 | 빛보다 빠른 입자의 교훈 | 우리 앞에 놓인 길
주석
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