‘일어날 일은 일어난다‘

일어날 일은 일어난다 - 양자역학, 창발하는 우주, 생명, 의미
박권 지음 / 동아시아 / 2021년 10월

물리학자 박권의 세계관, 인생관. 학부 물리학 전공자나, 물리에 관심 있는 공학 전공자가 읽으면 좋을 수준의 수학을 포함하고 있다.

'일어날 일은 일어난다'라는 제목을 보고 '창발emergence'에 대한 얘기인가 했는데, 책 자체는 양자역학에 대한 전반적 소개라고 보는 것이 맞겠다. 하지만 전자기학에 통계역학까지 나온다. 

그는 대학 시절 베르그송의 철학을 인상 깊게 배웠다고 고백한다. 책에 나와 있는 베르그송의 철학 구절이다:

존재한다는 것은 변화하는 것이고, 변화하는 것은 성숙하는 것이고, 성숙하는 것은 끊임없이 자기 자신을 창조해 나가는 것이다. (261 페이지)

저자는 '운명'을 여러 번 언급한다. 운명에 대한 저자의 구절 중 하나:

운명이란 단순히 결정론이나 자유의지가 아니라, 우연과 필연의 절묘한 교차점에 존재하는 그 무엇이라는 것이다. (324 페이지)

책 뒤 표지에

"삶, 우주, 그리고 모든 것의 

궁극적인 질문에 대한 답

모든 것이 어떻게, 그리고 

왜 존재하는지에 대한 하나의 긴 논증"

이라고 나오는데, 이 말이 맞다면 물리학 전공자는 모두 인생의 비밀을 꿰고 있어야 하지 않을까.

사족. 물리학이 무엇인지 알고 싶지만 수식이 부담스러운 이에게는 <물리학은 처음입니다만>을 추천한다. 좀 더 '진지한' 독자에게는 (더 두껍고 어렵지만 물리학의 정수를 보여주는) <최무영 교수의 물리학 강의>를 추천한다.

원자는 전자 물질파의 공명으로 안정

고등과학원 박권 교수의 <일어날 일은 일어난다>를 읽고 있다. 나름 재미있는데, 수식이 마구 나와서 이 책이 누구를 대상으로 한 것인지 조금 헷갈린다. 내 생각에 이공계 학생 아닌 일반인에게는 어렵게 느껴질 것 같다. 과학철학자 장하석 교수는 이런 "기술적인 내용을 모두 따라가지 않더라도 굵직한 내용은 이해할 수 있다"고 말하며 추천하는데, 난 조금 회의적이다. 어쨌든 판단은 독자의 몫이다.

이 책에서 저자는 파동, 원자, 빛 등 미시세계의 이야기(양자역학)를 영화 등을 빌어 설명하기 시작하는데, 내가 알고 있던 역사적 사실과 상충되는 것이 하나 있어서 여기에 적어 놓는다. 보어는 고전 전자기학으로 생각하면 불안정한 원자가 어떻게 안정한지 설명하기 위해 각운동량의 양자화 조건을 도입한다. 문제는 이 조건이 뜬금없고 왜 나오는지 모른다는 것이다. 이후 이것을 드브로이라는 프랑스의 물리학자가 물질파의 개념으로 설명했다. 제목에 적은 바와 같이, 전자의 물질파가 원자 내에서 공명할 때(정지파standing wave를 이룰 때) 원자가 안정하다는 것으로 말이다. 하지만 저자는 이러한 설명을 처음 한 것이 아인슈타인이라고 말한다.

보어의 원자 모형은 성공적이지만, 다양한 의문을 남긴다. 그중 가장 큰 의문이 '각운동량이 왜 양자화되는가' 하는 것이다. 다행히도, 각운동량이 양자화되는 이유는 아인슈타인에 의해 설명되었다. 아인슈타인이 당시 루이 드브로이Louis de Broglie가 제안한 파동-입자 이중성 이론을 알고 있었던 덕분이다. (78 페이지)

...

  아인슈타인은 드브로이의 파동-입자 이중성 이론을 쓰면 보어의 양자화 조건을 유도할 수 있음을 깨달았다. (79 페이지)

위의 진술은 드브로이가 물질파의 개념만을 제시했으며 이를 원자에 적용한 이는 아인슈타인이라는 것으로 이해된다. 하지만 드브로이의 박사학위 논문(물질파 및 물질파를 원자에 적용한 내용)을 아인슈타인이 입수해 읽고 그의 생각이 근사하다고 인정한 적은 있지만, 아인슈타인 자신이 물질파를 원자에 적용해 보어의 양자조건이 사실은 물질파의 공명조건이라고 처음 해석한 것은 아니다. 혹시 내가 잘못 알고 있나 싶어 <불확정성>과 <퀀텀스토리>를 찾아봤지만 아인슈타인이 드브로이의 학위논문을 구해 읽고 그의 생각이 의미 있다고 언급한 사실만 나와 있다.

과학적 창조론, 과학적 종말론

... the question of the fate of all existence is still an open one, and an area of active research in which the conclusions we draw can change drastically in response to very small tweaks in our interpretations of the data. In this book, we'll explore five possibilities, chosen based on their prominence in ongoing discussions among professional cosmologists, and dig into the best current evidence for or against each of them. (p. 12)

... The observable universe, encompassing everything we can see today, must have been contained within a much smaller, denser, hotter space. But the observable universe is just the part of the cosmos we can see now. We know that space goes on much farther than that. In fact, based on what we know, it's entirely possible, and perhaps probable, that the universe is infinite in size. Which means that it was infinite at the beginning too. Just much denser. (p. 21)

  Truthfully, the whole timeline of the early universe is still very much an extrapolation and, I will readily admit, one that we shouldn't entirely trust. A universe that starts with a singularity and expands from there goes through an unimaginably extreme range of temperatures, from basically infinity at the singularity to the cool comfortable environment of the cosmos today, sitting at about 3 degrees above absolute zero. What we can do is make inferences about what physics would be like in all those environments, which is how we get the ordering I present in this chapter. And though the standard Big Bang theory of steady expansion from a singularity has some major problems (which we'll get to imminently), we can still learn a lot about how physics works by thinking about what might have happened if the standard theory is right. (p.35)

신들의 황혼

태평양전쟁 3부작의 마지막 권. 저자는 감사의 글에서, 한 권을 쓰려고 시작했는데 막상 한 권 분량을 썼을 때 하고 싶은 얘기의 절반도 하지 못해 3부작으로 바뀌게 됐다는 고백을 한다. 분량 제한 없이 쓰자고 마음먹어서 그런지 뒤로 갈수록 책이 점점 두꺼워지는데, 3권은 거의 1000페이지에 육박한다. 만약 번역된다면 적어도 6권, 아니면 9권이나 10권까지 갈 수도 있을 것 같다. 와인버그의 <A World at Arms>의 번역본이 3권이니 전혀 개연성이 없는 이야기는 아니다. 한편, 태평양전쟁에 관해 최소 6권씩이나 되는 번역서가 나오기는 아마 힘들 터이니 이 책이 번역되기는 어려울 것이란 생각이 들기도 한다.

저자는 서문에서 태평양전쟁 당시의 언론과 정치에 관한 이야기를 풀어놓으며 책을 시작한다. 뉴딜 정책을 펼치며 3선을 한 민주당의 루스벨트 대통령에게 당시 보수 언론들은 매우 적대적이었다. 루스벨트는 잘못 보도된 기사를 ‘거짓말’이라고 부르기까지 했다. 1944년 11월에는 미국 대통령 선거가 있었는데, 어떻게든 루스벨트를 이기려고 하던 공화당은 현역 군인이던 맥아더를 자당 후보로 끌어들이려고까지 했다. 루스벨트를 싫어하던 맥아더도 공화당 지지자들과의 연락을 유지했다. 결국 맥아더는 공화당 후보가 되지 못했고, 루스벨트는 전무후무한 4선 대통령이 되는 데 성공한다. 

진주만에서의 패배에 버금가게 필리핀에서 패전한 맥아더가 국민적 영웅이 되는 과정도 언론의 보도와 맞물린 흥미로운 과정으로 묘사된다. 맥아더는 그가 지휘한 일반 병사들에게는 거의 전적으로 인기가 없었다. 필리핀에서 고립되어 전투를 지휘할 때도 전선 시찰을 거의 하지 않았다고 한다.

역사의 물줄기를 바꾸는 커다란 결정이 큰 고민 없이 내려지는 경우가 종종 있는데, 루스벨트가 부통령을 결정하는 과정도 그렇다. 루스벨트는 하와이에서 태평양 전선의 두 사령관인 니미츠와 맥아더를 만나기 위해 기차를 타고 가는 도중에 민주당 전당대회가 열리던 시카고에 들린다. 시카고에 정차한 시간은 단 2시간이었는데, 이 짧은 시간 동안 민주당 지도부를 면담하며 부통령 후보의 순서가 뒤바뀌게 된다. 이렇게 부통령이 된 사람이 트루먼이었다. 루스벨트가 네 번째 임기를 마치지 못하고 서거하면서, 별로 중요하지 않은 듯 보였던 부통령직은 세계에서 가장 중요한 자리가 되어 버린다.

1장에서 중점적으로 다루는 것은 일본과의 전쟁을 어떻게 끝내야 하는지에 관한 전략적 논쟁이다. 이 과정에서 결국 합동참모본부가 주장하던 타이완 점령 후 중국을 통해 일본에 압박을 가하는 전략이 폐기된다. 해군참모총장이던 킹 제독이 이러한 전략의 지원자였는데, 부하들의 설득에 결국 그는 이 전략을 포기한다. 하지만 중국의 공산화 후 그는 이 전략의 포기를 크게 후회했다고 한다. 2차 세계대전이 단순한 전쟁이 아니라 전후 국제질서를 결정짓는 커다란 분수령이었다는 것이 더욱 드러나는 장면이다. 역사에는 가정이 없다지만, 이후 한반도가 냉전의 최전선이 되는 데에는 이러한 전략의 변화가 큰 영향을 미쳤으리라는 점에 의심의 여지가 없다.

제73주년 국군의 날 기념식의 합동상륙작전

점점 자주국방의 꿈에 가까워지는 우리나라이다. 잠수함은 전략적으로 매우 중요한 무기인데, 1991년 독일에서 진수된 장보고 함이 제대로 된 우리나라 공격용 잠수함의 시초이다. 안병구 제독의 이 책은 장보고 함의 첫 번째 함장으로서 독일에서 함의 건조를 지켜보며 교육 받고 인수하여 우리나라에 온 경험을 적은 귀중한 기록이다.

이후 장보고 급의 후속함들은 우리나라에서 건조되었다. 독일 기술이 우리나라 잠수함의 원조라고 할 수 있으니, 한편으로는 우리 잠수함들은 독일 유보트의 후예라고 할 수도 있겠다. 이제는 탄도미사일까지 발사할 수 있는 3000톤 급 도산안창호 함까지 보유하게 되었다. 도산안창호 급은 장보고 급보다 약 3배 큰 배수량을 갖는다.

이제 우리나라는 전차, 다양한 미사일, 잠수함에 이어 전투기까지 생산할 수 있는 능력을 갖추게 되었다. 전차나 미사일 기술을 습득하는 데에는 구 소련에서 경협 차관의 상환금 대신 들여온 현물 무기가 큰 역할을 했다고 하니 이 또한 아이러니라고 할 수 있다. 

침략을 당하고 나라를 빼앗겨 본 경험이 있는 우리에게 자주국방과 무기 개발은 누구도 부인할 수 없는 당위성을 갖는다. 한편, 열심히 개발해서 만들어 놓고 사용하지 않기를 바래야 하는 무기란 어쩔 수 없는 또 다른 아이러니이다.