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물리학은 어디까지 설명할 수 있는가

현대 물리학의 존재론적 질문들에 대한 도발적인 답변

자비네 호젠펠더 저 / 배지은 역 | 해나무 | 2024년 07월 10일

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품목정보

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발행일	2024년 07월 10일
쪽수, 무게, 크기	384쪽 \| 528g \| 14821522mm

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책소개

저자 소개 (2명)

저 : 자비네 호젠펠더 (Sabine Hossenfelder)

작가 파일

1976년 독일 프랑크푸르트에서 태어났으며 프랑크푸르트 대학교에서 이론물리학 박사 학위를 받았다. 애리조나 대학교,UC 샌타바버라, 페리미터 이론물리학 연구소에서 연구원으로 재직했으며, 노르디타 연구소 조교수를 거쳐 현재 프랑크푸르트 고등과학원에서 연구하고 있다. 표준모형, 현상학적 양자중력이론, 일반상대성이론 등에 관한 70여 편의 연구논문을 발표했다. 2006년부터 과학블로그 Backreaction에 물리학계... 1976년 독일 프랑크푸르트에서 태어났으며 프랑크푸르트 대학교에서 이론물리학 박사 학위를 받았다. 애리조나 대학교,UC 샌타바버라, 페리미터 이론물리학 연구소에서 연구원으로 재직했으며, 노르디타 연구소 조교수를 거쳐 현재 프랑크푸르트 고등과학원에서 연구하고 있다. 표준모형, 현상학적 양자중력이론, 일반상대성이론 등에 관한 70여 편의 연구논문을 발표했다. 2006년부터 과학블로그 Backreaction에 물리학계의 잘못된 관행을 비판하는 글을 쓰기 시작했다. 『포브스』, 『네이처』, 『피직스 투데이』, 『사이언티픽 아메리칸』, 『퀀타 매거진』 등에 기고했다. 남편과 두 자녀와 함께 하이델베르크에서 살고 있으며, 유튜브,SNS, 블로그 등을 통해 대중과 활발하게 소통하고 있다.

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역 : 배지은

작가 파일

서강대학교에서 물리학을, 이화여자대학교 통역번역대학원에서 번역학을 전공했다. 장르를 넘나들며 정확하고 유려한 번역을 추구한다. 재미있는 책과의 만남을 늘 고대하고 있다. 음악 애호가이자 아마추어 피아노 연주자로서, 청중에게 관측되기 전까지는 어떤 연주를 할지 알 수 없는, 능숙한 연주자와 서툰 연주자의 중첩 상태에 있는 ‘슈뢰딩거의 피아니스트’이기도 하다. 『신사와 그의 악마_제임스 클러크 맥스웰의 삶과 현대 물... 서강대학교에서 물리학을, 이화여자대학교 통역번역대학원에서 번역학을 전공했다. 장르를 넘나들며 정확하고 유려한 번역을 추구한다. 재미있는 책과의 만남을 늘 고대하고 있다. 음악 애호가이자 아마추어 피아노 연주자로서, 청중에게 관측되기 전까지는 어떤 연주를 할지 알 수 없는, 능숙한 연주자와 서툰 연주자의 중첩 상태에 있는 ‘슈뢰딩거의 피아니스트’이기도 하다. 『신사와 그의 악마_제임스 클러크 맥스웰의 삶과 현대 물리학의 시작』, 『물리학은 어디까지 설명할 수 있는가』, 『프린키피아』, 『우리 우주의 첫 순간』, 『퀀텀 스페이스』, 『나는 음악에게 인생을 배웠다』 등을 우리말로 옮겼다.

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책 속으로

*첫 문장: “뭐 좀 여쭤봐도 될까요?” 오늘날에는 전문가와 비전문가 사이의 간극이 너무 크다. 이에 관해 사회학자 스티브 풀러Steve Fuller는, 학자들이 알아듣지도 못할 용어로 빈약한 통찰을 값진 것처럼 보이게 포장한다고 주장한다. 미국의 언론인이자 퓰리처 수상자인 니콜라스 크리스토프Nicholas Kristof는 학계가 “통찰을 복잡하고 따분한 산문으로” 암호화하고 “대중이 소비하지 못하도록 이중 잠금장치를 걸어놓은 후, 이 까다로운 말 잔치를 난해한 학술지 안에 숨겨버렸다”며 불만을 토로한다. --- p.10 만일 경험적으로 확인된 지식과 당신의 믿음이 충돌한다면, 당신은 의미를 찾고 있는 게 아니라 망상에 빠진 것이다. 어쩌면 그 망상에 계속 매달리고 있는지도 모른다. 나는 그런 독자들을 이해한다. 내 말을 믿어도 좋다. 그러나 그런 분들에게 이 책은 맞지 않는다. 앞으로 우리는 자유의지, 사후 세계, 궁극적 의미 탐구에 관해 이야기한다. 그 과정이 쉽지만은 않을 것이다. 나 자신도 견고하게 성립된 자연법칙의 결론 중 받아들이기 어려운 것이 있었고, 나처럼 그걸 어려워하는 독자도 분명히 있을 것이라 본다. --- p.15~16 물리학자들은 특수상대성이론의 이런 당혹스러운 결론을 ‘블록우주block universe’라고 부른다. 이 블록우주 안에서 미래, 현재, 과거는 같은 방식으로 존재한다. 단지 우리가 같은 방식으로 경험하지 않을 뿐이다. 그리고 모든 시간이 같은 방식으로 존재한다면, 과거의 우리 존재는 (그리고 조상들은) 현재의 우리처럼 같은 방식으로 살아 있다. 그들은 모두 그 자리에, 4차원 시공간 안에 지금도 있으며, 지금까지도 항상 있었고, 앞으로도 언제까지나 그 자리에 있을 것이다. 영국의 코미디언 존 로이드John Lloyd의 말로 정리하자면 이런 것이다. “시간은 풍경과 조금 닮은 점이 있다. 당신이 뉴욕에 있지 않다고 해서 뉴욕이 존재하지 않는다는 의미는 아니다.” --- p.35 우주론 연구가 제한적인 이유는 다음의 두 가지 문제 때문이다. 첫째, 초기 우주에 관한 모든 가설(앞에서 나열한 것과 여러분이 어디선가 들어보았을 다른 것들)은 순수한 추정이다. 이런 가설들은 수학이라는 언어로 쓰인 현대판 창조 설화다. 여기에는 증거가 없을뿐더러 그중 옳은 가설을 가려내려는 논쟁을 잠재울 수 있는 증거가 무엇일지 그 자체를 생각해내기도 어렵다. 이런 가설들은 주어지는 데이터를 모두 다 수용하도록 매우 유연하게 만들 수 있기 때문이다. --- p.73~74 기본 물리학을 통해 우리는 실재를 더 가까이 들여다볼 수 있지만, 그럴수록 현실은 더욱 미끈거리며 손에서 슥 빠져나간다. 주된 원인은 우리가 수학을 지나치게 많이 사용하기 때문이다. 자연에 관한 기본적인 서술이 일상 경험에서 멀어질수록, 우리는 수학의 엄격성에 더 많이 의지하게 된다. 이 의존이 그런 결과를 초래한다. 실재를 서술하기 위해 수학을 사용한다는 것은 결국 같은 관측을 여러 가지 다양한 방법으로 동등하게 설명할 수 있다는 의미다. 이는 모든 가용 데이터에 대하여 정확히 같은 예측을 내놓는 수학적 공리들이 많이 있기 때문이다. 그러므로 만일 여러 가지 설명 중 하나에 ‘실재’를 부여하려 한다면, 어느 설명에 부여해야 할지 알지 못할 것이다. --- p.126 많은 사람이 합성 물체(예, 인간)의 행동이 그 구성 물질(예, 아원자입자)의 행동에 의해 결정된다는 것이 단순한 철학적 입장에 불과하다고 생각하는 것 같다. 그들은 이런 아이디어를 환원주의 또는 ‘물질주의’, 아주 가끔은 ‘물리주의physicalism’라고 부른다. 마치 이름 끝에 ‘주의’를 붙이면 뭐가 좀 달라지는 것처럼 말이다. 그러나 환원주의는(이 사조에 따르면 물체의 행동은 물체의 구성 요소의 성질, 행동, 상호작용으로부터 유도[철학자들은 ‘환원’이라고 하겠지만]될 수 있다) 철학이 아니다. 자연에 관해 최선으로 수립된 사실들 중 하나다. --- p.140 내가 시뮬레이션 가설을 불쾌하게 생각하는 이유는 사람들이 실제로 그걸 믿을 것 같아서가 아니다. 대부분의 사람들은 이 아이디어가 과학적 엄밀성이 떨어진다는 것을 잘 알고 있다. 시뮬레이션 가설이 나를 불쾌하게 하는 이유는 이것이 물리학자들의 영역을 침범하기 때문이다. 이 가설은 우리가 현재 알고 있는 자연 법칙은 조금도 신경 쓰지 않으면서 자연법칙에 관해 대담한 주장을 펼친다. --- p.193 적어도 틀리지는 않은 양립 가능론의 아이디어 중 가장 인기 있는 것은, 우리의 의지가 자유로운 이유는 예측이 불가능하기 때문이라는 주장이다. 확실히 우리의 의지는 현실에서 예측할 수 없고 심지어 원칙적으로 따져도 예측이 불가능하다. 이러한 아이디어는 대니얼 데닛Daniel C. Dennett이 가장 앞장서서 주장하고 있다. 만일 여러분이 자유의지를 그런 식으로 생각하고 싶다면, 좋다. 그러나 미래는 여전히 우리가 영향을 미칠 수 없는 간헐적 양자 사건을 제외하고는 정해져 있다. --- p.208~209 미래의 어느 날 새로운 발견으로 인해 만물의 이론이라고 알려진 이론을 개정해야 할 가능성은 접어두더라도, 하나의 이론이 모든 문제의 답을 내놓는다는 아이디어 자체가 과학과는 양립하지 않는다. 과학은 우리에게 자연의 작동 원리에 관한 다양한 가설을 세우도록 요구한다. 우리는 관측과 일치하는 가설은 지키고 나머지는 버린다. 그런데도 세상에는 이론이 너무 많다. 이런 이론들은 다 좋은데 딱 하나, 관측 내용을 서술하지 않는 게 ‘유일한’ 단점이다. --- p.262 요약하자면, 의식이 물리적인 ‘것’이 되기를 원한다면 그것의 물리가 어떻게 돌아가는지를 설명해야 한다. 양손에 케이크를 들고 있기를 원하면서 동시에 먹고 싶어 하면 안 된다. --- p.291 우리가 지금까지 찾은 보편적 법칙은 아직 밝혀지지 않은 복잡성의 겉면을 조금 긁은 것에 불과할지도 모른다. 내 동료들은 마지막 답에 가까워지고 있다고 생각하지만, 나는 우리가 이제 겨우 질문이 뭔지를 이해하기 시작했다고 생각한다. --- p.334 친절한 사람이 되려고 종교인들에게 친절하게 대하는 게 아니다. 일단 나는 친절한 사람이 되는 법은 제대로 배워본 적이 없다. 그보다 더 중요한 것은, “창조주가 존재할 가능성은 없다”는 스티븐 호킹이나 “신은 오류가 있는 가설”이라고 주장하는 빅터 스텡거Victor Stenger 같은 과학자들은, 실은 자신의 지식에 한계가 있음을 이해하지 못했다는 것이다. 저명한 과학자가 이런 식으로 지나치게 자신만만한 선언을 할 때면 나는 늘 민망해진다.

--- p.338~339

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출판사 리뷰

다중우주, 빅뱅, 만물의 이론……. 아이디어와 과학을 혼동하지 말라 우리가 보는 별빛이 수억 광년 전의 별빛인 것처럼 어딘가에서 우리의 과거를 볼 수 있지 않을까? 정말로 다른 우주에 우리의 복제본이 있는 걸까? 정신은 물질의 작용일 뿐 우리는 자유의지가 있다고 착각하는 걸까? 물리학이나 우주론 책을 좀 읽어봤다 하는 독자라면 떠올려봤을 만한 물음들이다. 물리학이 본질을 파고들수록 물리학은 우리의 상상력을 자극한다. 물리학자들의 설명은 어디까지 진실일까? 『물리학은 어디까지 설명할 수 있는가』는 현대 물리학에서 제기된 거대한 질문에 물리학자들이 어떻게 답변하고 있는지를 비판적으로 들여다보는 책이다. 과학은 이론과 관측, 실험으로 이루어진다. 실체를 간접적으로나 직접적으로 확인할 수 없는 것을 과학이라 할 수 있을까? 이 책에서 저자 자비네 호젠펠더는 물리학자들의 아이디어와 과학의 영역에 있는 물리학을 구별하면서 현대 물리학의 한계를 날카롭게 진단한다. 스티븐 호킹, 숀 캐럴, 카를로 로벨리 등 저명한 물리학자들의 주장에 대해서도 예외가 없다. 이 책을 통해 물리학이 어디까지 답할 수 있는지 확인해보자. “현대 물리학 연구 중 일부는 과학적이지 않다” 물리학의 거대한 질문들과 그 답변에 관한 솔직하고 날카로운 해설 물리학자들은 인류가 궁금해하는 질문들에 관해 탐구해왔으며 새롭게 등장하는 질문들에 “기가 막히게” 답을 잘 찾아낸다. 문제는 물리학자들이 답을 찾는 데 몰두하느라 그 답이 애초의 질문과 어떻게 연결되는지, 왜 그런 답을 내놓았는지를 설명하는 데는 능숙하지 못하다는 것이다. ‘과거는 실제로 우주 어딘가에 존재하는가, 우리는 원자로 이루어진 일종의 사물에 불과한 것인가, 또 다른 우주에 나의 복제본이 있는 것인가…….’ 이 책은 세상과 인간에 관해 우리의 경험적 인식과 다른 내용을 내놓는 현대 물리학에 궁극적으로 묻고 싶은 것을 질문하며 물리학자들의 이론을 연결시킨다. 거대한 질문에 대한 답을 찾아나가다 보면 물리학 이론이 명쾌하게 답할 수 없는 지점을 만나게 된다. 호젠펠더는 과학적으로 그르다고 분명하게 판정할 수 있는 주장인 ‘비非과학’과 구분해, 증거가 없어 옳다 그르다를 판정할 수 없는 가설을 ‘무無과학ascience’이라 칭한다. 이런 기준에 따르면, 초기 우주에 관한 설명이나, 양자역학의 해석에서 비롯된 다중우주 가설은 과학이 아니라 무과학에 해당한다. 호젠펠더는 물리학자들의 이론적 주장들 중 일부는 실은 과학이라기보다 믿음에 기반한 추측에 가깝다는 사실을 지적하며, 물리학 이론의 한계를 폭로한다. 물리학자들이 말하는 것들을 이해하려고 노력하기에 앞서 우리가 궁금해하는 질문이 무엇인지, 물리학자들의 답변이 과학적으로 신뢰할 만한 것인지에 집중해보자. 이 책은 현대 물리학에서 과학적으로 좀 더 생산적인 논의를 가려낼 수 있는 안목을 길러줄 것이다. 과학과 추측, 신념의 경계는 어디인가 물리학의 한계를 인정하고 좋은 과학적 설명을 가려내다 시간과 공간, 우주의 시작과 끝, 원소와 입자 등 물리학은 직관과 종교에 의존해 세상을 바라보았던 우리 인식의 틀을 바꿔놓았다. 물리학은 세상에 관해 놀라운 사실을 많이 밝혀냈지만 더 근본적인 자연법칙이나 원리를 찾기 위해 파고들수록 아직 설명할 수 없는 무지의 세계를 맞닥뜨리곤 한다. 이 책에서 호젠펠더는 상대성이론, 빅뱅이론, 엔트로피, 양자역학, 다중우주, 시뮬레이션 우주 등 현대 물리학을 이루는 주요 이론들을 검토하며 그것이 과연 과학적으로 타당한 설명인지를 검토한다. 물리학의 목적은 자연현상의 관측을 서술하는 것이며, 관측을 서술하는 데 불필요하거나 이론적인 내용이 관측 불가능한 것이라면 그것은 과학이 아니라는 것이 호젠펠더의 입장이다(1장). 호젠펠더는 자연상수들이 왜 지금의 값인지를 알아내려는 시도나 관측이 원천적으로 불가능한 평행우주를 끌어들이는 이론들은 수학이라는 허울을 뒤집어쓰고 과학으로 변장한 종교라며 신랄하게 비판한다(에필로그 참조). 특히 물리학자들은 수학을 도구가 아니라 실재라고 인식하는 오류에 빠진다는 점을 지적한다. 물리학자들의 그런 탐구나 가정들을 틀렸다고는 할 수 없다. 다만 과학이라고 말하지는 말자는 것이다. 이 책은 다른 물리학자의 견해도 들을 수 있도록 저명한 물리학자 팀 파머, 데이비드 도이치, 로저 펜로즈, 지야 메랄리와의 인터뷰도 담았다. 근본적인 설명을 찾는 물리학자들은 종종 몸과 마음이 독립적으로 존재한다는 이원론, 합성체는 구성 물질의 작용에 의해 결정된다는 환원주의, 구성 요소 수준에서 정의될 수 없는 상위 계층의 성질이 나타남을 인정하는 창발성 등 철학적 개념에 닿는다. 호젠펠더는 과학과 철학, 종교에 관해 대화를 나누며 물리학자들의 생각을 듣는다. 이 책은 물리학자들이 세상을 어떻게 바라보고 있는지, 좋은 과학적 설명이 무엇인지에 관해 생각해볼 수 있는 기회를 제공할 것이다. 이 책에서 가장 놀랍고 흥미로운 지점은 물리학자 중 다수가 신학자와 신비주의자처럼 과학적 사고에 추측과 믿음을 도입하는 죄를 범하고 있다는 주장이다. - 『월 스트리트 저널』 자극적이다. 이미 확립된 가설을 뛰어넘는다. - 『사이언스 매거진』 별 6개를 주고 싶다. 강력 추천. - 『파퓰러 사이언스』 호젠펠더는 과학의 한계를 더 잘 이해하면 사회에 도움이 될 것이라고 올바르게 믿는다. - 『피직스 월드』 좋은 설명과 나쁜 설명을 구별하는 방법이 궁금하다면 이 탁월한 책을 참고할 수 있다. - 『커커스 리뷰』

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