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새 자연철학 세미나

[자료] 빛에 대한 존재론적 논의

질문 및 토론
자연철학 일반
작성자
자연사랑
작성일
2025-05-16 20:56
조회
145

 PSY님이 "빛 알갱이는 어떻게 그 존재를 측정하여 확인할 수 있나?"라는 매우 중요한 질문을 해 주셨습니다. 즉 "그 빛을 측정하거나 바라볼 때 그것에서 나오는 빛이 우리 눈이나 관찰기구에 전달되어야 할 텐데, ①대상으로서의 빛과 ② 그 대상을 감관에게 전달해 주는 빛은 어떻게 다른가?"라는 질문입니다.

이 질문에 대답 중 하나는 바로 '변별체'라는 개념이지 않을까 생각합니다. 무엇보다도 우리는 어떤 식으로든 빛을 측정하거나 볼 수 없다는 사실을 상기할 필요가 있습니다. 공간 어딘가에 빛이 있고 그 빛을 어떤 수단을 통해 측정하거나 보는 것이 아니라 여하간 무엇인가가 '광원'이라 부르는 것에서 나와서 물체의 표면에 부딪친 뒤 튀어나와서(반사되어서) 그것이 사람의 망막에 있는 광수용체를 거쳐 시신경을 지나 뇌의 시각 피질(visual cortex)에 흔적을 만드는 것입니다.

광원이 물체와 충돌(산란)한 결과를 시각 피질에서 감지하기까지를 빛의 경로라고 말할 수도 있습니다. 하지만 더 따지고 보면, 광원이라 부르는 물체가 있고, 빛이 반사되는 물체가 있고, 빛이 수송하는 에너지가 망막의 광수용체에 자극을 주거나 시신경의 전위를 높이거나 하는 것입니다. 그리고 마지막 단계에서 시각 피질이 그것을 어떤 식으로든 정보로 바꿉니다.

여기에서 보거나 관측되는 것은 모두 빛이 물질적 요소에 일으킨 변화입니다. 빛이라는 실재(reality) 내지 실체(substance)에 대해 아는 것과 그것이 다양한 물질적 요소와 만나서 물질적 요소에 일으킨 변화를 감지하는 것은 근본적으로 같습니다. 더 정확하게 말하면, 앞의 것을 아는 유일한 길이 뒤의 것입니다. 저는 그래서 빛이 변화를 일으키는 물질적 요소를 변별체라는 개념으로 이해할 수 있다고 생각합니다.

빛이라는 것이 다른 물질적 요소들과 구별되는 가장 중요한 특징 중 하나가 바로 빛으로 빛을 볼 수 없다는 점일 것입니다. 그래서 저는 PSY님의 "그 빛을 측정하거나 바라볼 때 그것에서 나오는 빛이 우리 눈이나 관찰기구에 전달되어야 할 텐데, ①대상으로서의 빛과 ② 그 대상을 감관에게 전달해 주는 빛은 어떻게 다른가?"라는 질문에서 "② 그 대상(즉 ①의 빛)을 감관에게 전달해 주는 빛"이라는 것은 사실상 존재하지 않는다고 말하고 싶습니다. 또 "①대상으로서의 빛"은 철저하게 추상화되고 이론적으로만 접근할 수 있는 것입니다. 이에 대해 뭐라도 알아내려면 결국 어떤 식으로든 물질과의 상호작용을 하는 양상을 바라보아야 하고, 물질에 남기는 흔적을 통해서만 비로소 "①대상으로서의 빛"의 속성이나 상태를 제대로 알 수 있을 것입니다.

철학과 과학의 역사에는 고대 그리스로부터 이슬람 황금시대를 거쳐 중세 유럽과 근대 과학혁명에 이르기까지 '빛'에 대한 상세한 자연철학적 및 형이상학적 논의가 중요한 역할을 했습니다. 이를 역사적으로 살펴보는 것이 유익할 것입니다.

참고로, 직접 관련은 되지 않지만, 마침 화요일 밤에 진행되는 '책밤'에서 칼 포퍼의 <추측과 논박>을 읽고 있는데, 그 책에 있는 그림이 도움이 되지 않을까 하는 생각이 들었습니다.

[출처: Popper, K. (1963) Conjectures and Refutations. Routledge & Kegan Paul. p. 145]

이 그림이 들어 있는 3장은 인간 지식에 대한 세 가지 관점을 다루고 있습니다. 위의 그림에서 $a$, $b$는 드러나는 현상을 가리키고, $A$, $B$는 그 현상의 이면에 있으리라 여겨지는 실재입니다. $\alpha$, $\beta$는 그 실재에 대한 서술 또는 기호적 표현입니다. $A$와 $B$의 본질적 (관계적) 속성을 $E$라 하면, 이를 서술하는 이론이 $\varepsilon$이 되고, 이 이론을 사용하여 $\alpha$로부터 $\beta$를 연역할 수 있습니다. 이렇게 하면 이론의 도움을 받아 $a$가 어떻게 $b$의 원인이 되는지 설명할 수 있다는 것입니다. 

포퍼의 논의는 인간 지식 전체에 해당하는 것이라서 이를 가지고 빛에 대한 존재론적 논의에 연결시키는 것은 어색하고 부적절합니다. 하지만 어떤 면에서는 이런 일반적인 논의가 빛에 대해서도 잘 작동하는 것 같아서 함께 이야기해 보기 위한 용도로 여기에 옮겨 놓았습니다.

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« [자료] 빛 입자 또는 빛에 대한 물리학적 논의
<양자역학을 어떻게 이해할까?>를 어떻게 이해할까? (^^) »
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우와! 자세한 자료, 설명들 감사드립니다! 열심히 읽어보겠습니다.
2025.06.09
1. 변별체의 존재 양상에 대해서는 앞으로도 공부할 거리가 많은 것 같습니다. 어쩌면 제가 바로 위의 답글에 쓴 물의 온도를 재는 상황이 도움이 될 수도 있겠습니다. 저는 장회익 선생님의 '변별체' 개념이 물리학에서 말하는 측정장치 개념에서 군더더기를 걷어내고 가장 핵심적인 부분을 요약하여 추상화한 것이라고 생각합니다. 직관적으로는 모종의 측정장치를 염두에 두면 이해가 더 쉬웠던 것 같습니다. 입자물리학에서는 매우 다양한 측정장치 또는 검출장치를 사용합니다. 장회익 선생님께서 세미나에서 인용하신 안개상자(cloud chamber)나 거품상자(bubble chamber)가 전형적인 예입니다. 겹실틈 실험에서 사용하는 사진건판도 변별체입니다. https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_chamber https://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_chamber 하지만 변별체가 측정장치/검출장치와 동의어는 아닙니다. 변별체는 물리적 작용을 통해 뭔가 흔적을 남길 수 있어야 하지만, 또 동시에 그것을 읽어내서 인식주체의 경험표상영역에 기록되어야 합니다. 그래서 변별체는 대상과 인식주체 사이에 놓인 가교 내지 창문의 역할을 합니다. (제가 장회익 선생님의 제안을 온전히 이해하고 있는 것은 아닙니다.) 아래 사진은 거품상자에서 기본입자가 만들어내는 궤적을 사진으로 찍은 것입니다. [사진 출처: pinterest]
2025.06.03
2.의 질문이 흥미롭습니다. '이해'라는 문제를 직접 건드리고 있기 때문입니다. 제가 이해하기로는, 대상과 변별체의 만남(조우)은 원래 인식의 문제가 아닙니다. 내가 그것을 알아채거나 기록하거나 기억하거나 그로부터 지식을 얻는 것과 전혀 무관하게 대상과 변별체가 만날 수 있기 때문입니다. 상상하기에 이 세계 속의 수많은 물질적 존재자들은 서로 만나고 헤어지고 부딪치고 멀어져갈 것입니다. 아주 먼 우주에서 행성과 혜성이 충돌하는 것을 상상해 볼 수 있습니다. 여하간 그런 상호작용을 통해 흔적이 남습니다. 그런데 그 물질적 존재자에 생긴 흔적을 인식 주체인 '나' 또는 서술세계가 받아들이면 이제 그 흔적이 경험표상영역에 새겨집니다. 인식주체가 없었더라면 그냥 물질적 충돌에 불과했을 것이 이제 '사건'이 되어 버립니다. 미묘하지만, 변별체와 경험표상영역은 동전의 양면과도 같습니다. 변별체에 남은 흔적과 경험표상영역에 새겨진 정보는 [양자역학을 어떻게 이해할까?] 50쪽의 그림 1-1에서 물질세계와 서술세계를 구별하는 점선을 넘나듭니다. 두 개의 네모 사이의 위아래 양쪽방향 화살표의 양면성입니다. 물질적 측면에서 보면 대상과 변별체가 만나서 흔적을 만들 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 이에 따라 '사건'과 '빈-사건'이 일어납니다. 특정 변별체에 흔적이 남지 않는 것도 흔적이 남는 것 못지 않은 정보입니다. 그러나 이것만으로는 '이해'라는 말이 직접 연결되지 않을 것입니다. 제가 세미나에서 인용한 폰노이만의 온도 측정의 예를 생각해 볼 수 있습니다. (1) 비커에 담긴 물의 온도를 재려면 온도계를 넣어 수은/알콜의 높이를 보아야 합니다. 이 때 비커의 물이 대상이고 온도계는 변별체가 됩니다. (2) 온도계 높이를 알기 위해서는 전등의 빛이 수은/알콜의 경계면에 닿았다가 눈의 망막으로 와야 합니다. 이 때 온도계의 높이는 대상이 되고 빛(빛알)이 변별체가 됩니다. (3) 빛이 망막에 입사되면 망막에 있는 시신경에 나트륨 원소가 모이거나 흩어져서 전류가 만들어집니다. 이 때 빛이 대상이라면 시신경의 전위차는 변별체가 됩니다. (4) 시신경의 전위차는 뇌의 피질에서 뉴런을 발화할 수 있습니다. 그 어느 대목에서 비커에 담긴 물의 온도를 읽어냅니다. (5) 그 다음 단계가 어렵습니다. 온도계의 높이든, 망막에 생기는 흔적이든, 시신경의 전위차든, 뉴런의 발화든 여하간 어느 단계에서 흔적의 기록이 정보로 바뀌어야 합니다. 그렇게 되는 과정은 [양자역학을 어떻게 이해할까?] 32-33쪽에 서술된 것처럼 역학 모드와 서술 모드를 구별합니다. 하지만 서술 모드만으로는 '이해'를 말하기 어렵습니다. 여하간 세 번째 모드로서 '의식 모드'가 작동을 해야 비로소 '이해'가 이루어진다고 할 수 있을 것입니다. '이해'라는 문제는 매우 어렵고 중요한 것 같습니다. 하인츠 폰푀르스터의 <이해를 이해하기> 같은 저작이 도움이 될 수 있겠습니다. Heinz Foerster (2003) Understanding Understanding: Essays on Cybernetics and Cognition. Springer. https://doi.org/10.1007/b97451
2025.06.03
3. 3차원 vs. 2+1차원에 대해서는 아래 그림으로 설명하는 게 좋을 것 같습니다. 코페르니쿠스 이전, 고대그리스-이슬람-중세유럽으로 이어지는 자연철학의 전통에서 세상의 중심은 지구였습니다. 지구 주위에는 일곱 행성(七曜) 즉 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성, 토성의 천구가 있고, 그 바깥에는 항성 천구가 있습니다. 지구는 네 개의 권역(구 껍질)로 이루어져 있습니다. 달의 천구 바로 아래에는 불의 권역이 있고, 그 아래로 차례로 숨/바람의 권역, 물의 권역, 흙의 권역이 있습니다. 뒤의 세 권역은 현대의 기권(氣圈, Atmosphere), 수권(水圈 Hydrosphere), 지권(地圈,Geosphere)에 대략 연결됩니다. 불의 권역은 현대의 열권(熱圈, Thermosphere)이나 전리층과 비슷합니다. 여하간, 세상(우주)의 중심은 지구의 중심이며, 이 중심을 향하는 방향이나 이 중심으로부터 벗어나는 방향이 곧 수직 방향입니다. 이와 달리 지표면의 동서남북은 어느 쪽으로도 대등합니다. 이것이 바로 (2+1)차원의 세계입니다. 세계(우주)의 중심이 지구가 아니라는 생각이 생겨나면서 수직 방향도 동서남북과 대등하지 않을까 하는 관념이 펼쳐졌습니다. 그런 생각을 펼친 사람 중 하나가 바로 르네 데카르트입니다. 데카르트는 공간의 한 점을 나타내기 위해서는 세 개의 숫자 $(x, y, z)$가 필요하다고 보았습니다. 이는 비단 눈 앞에 펼쳐지는 육면체 모양의 방 안에서의 위치만이 아니라 온 우주 전체에서의 위치에도 해당합니다. 그러면 수직 방향이나 동서 방향이나 남북 방향이 모두 대등합니다. 데카르트에게 우주는 (2+1)차원이 아니라 3차원이었습니다. [그림출처: Peter Apian (1529) Cosmographiae introductio]
2025.06.03
중요한 지적이 있었던 것 같은데 기억이 잘 나지 않습니다. 또 몇 가지 글에 대한 링크도 있었구요. 따로 답글도 있었는데 사라졌더라구요. 저의 부족한 글도 여하간 토론과 대화를 위해 필요하다고 믿기 때문에 부끄러움을 무릅쓰고 올리고 있습니다. 어떤 내용이었는지 기억을 더듬어 몇 자 적어주시면 어떨까요?
2025.05.25
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