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녹색아카데미

더 나은 앎으로 푸른 미래를 가꾸는 사람들의 공부모임

새 자연철학 세미나

<양자역학을 어떻게 이해할까?>를 어떻게 이해할까? (^^)

질문 및 토론
양자역학
작성자
눈사람
작성일
2025-05-20 09:46
조회
126

2년 전에 『양자역학을 어떻게 이해할까?』(장회익, 2022, 한울아카데미)로 첫 번째 세미나를 마친 후 오프라인 마무리 토론회(2023년 8월 19일)를 가졌었습니다. 그때 돌아가면서 질문도 하고 소감도 나눌 때 제가 말씀드렸던 내용이 메모로 남아있어서, 다시 정리해서 공유합니다. 참고로만 봐주세요. 


책 출간됐을 때 한겨레신문 '책과 생각' 코너에 실린 서평 기사도 공유합니다.

"양자역학 오해 씻어내는 장회익의 새 존재론". 2022. 11. 11. 고명섭.




2023년 8월 19일. 『양자역학을 어떻게 이해할까?』 세미나 마무리 토론회에서.


몇 년 전에 경희대로 장회익선생님 세미나(융합 세미나)에 다니고 있을 때였습니다. 제가 이런 세미나에 참석하고 있고 양자역학도 공부한다고 지인한테 얘기하니 도대체 양자역학이 뭐냐고 물어왔습니다. 어쩌면 당연한 질문이고 누구나 가질 수 있는 질문이었는데, 그순간 제 머리속이 하얘지면서 단 한 마디도 해줄 수가 없었습니다. 사실 역학이라는 것 자체가 뭔지도 모르겠다는 생각도 들었습니다.


그래서 다음 세미나 때 선생님께 여쭤봤습니다.

“선생님, 양자역학이 (‘도대체’는 생략하고) 뭔가요?”

선생님은 살짝 웃으시면서 이렇게 대답하셨습니다.

“^*%#%@^*~%#^*%#%@^&*~%#&&^*%#%@^&*~%#&, OK?! :)”

……..

“ㅠㅠ”


두어 문장으로 설명해주셨는데 하나도 못 알아들었습니다. 다시 여쭤보질 못했고, 당연히 "OK?!" 말고는 기억도 안 나고, 내가 왜 녹음을 안 했던가 후회 막급이었는데요. 그후 선생님께서 이런 책을 내주셔서 정말 기뻤고 감사했습니다. 그런데 기쁨도 잠시… 너무 어려웠습니다. ㅠㅠ 그래도 세미나를 마치고 나니 몇 년 전보다는 양자역학에 대해서 몇 마디 할 수 있게는 된 것 같아서, 누구한테 이 책을 소개한다면 그리고 책을 읽어나갈 때 참고할 수 있는 전략 같은 것을 말씀드리면 이렇습니다.(아래 내용은 제가 이해한 바임을 유념해주세요. ^^;)


양자역학은 자연을 합법칙적으로 이해하는 한 가지 틀이다. 양자역학 전에 고전역학, 상대성이론이 있었는데, 양자역학은 그 둘을 기반으로 하고 있지만 그 개념의 틀은 본질적으로 수정되었다. 그렇다면 어떻게 수정되었는지 존재론을 검토해보자(만들어보자) 하는 것이 이 책의 목적이다. 현재까지는 그러한 존재론이 없었고 그래서 양자역학의 해석, 파동함수 이해가 제대로 되지 못하고 있다. 챕터별로 간략하게 살펴보면 다음과 같다.


  • 먼저 서설과 1장에서, 양자역학에서 무엇이 문제가 되고 있는지 소개하고, 앎이란 무엇인지 장회익의 앎의 이론을 설명한다.
  • 2, 3, 4장에서는 고전역학과 상대성이론이 어떤 존재론적 가정을 하고 있는지 본다.
  • 5, 6, 7장에서는 양자역학이 고전역학, 상대성이론과 어떻게 다른지 정식화 과정을 보여준다.(정식화=formulation : 어떤 물리적 이론이나 현상을 수학적으로 체계화하여 명확한 구조와 원리로 표현하는 것. 책 27쪽에 ‘정식화’라는 말이 처음 나옵니다.)
  • 8장에서는 주요한 양자역학의 해석 도장깨기

제가 보기에 이 책에서 선생님의 (최종)목표는 양자역학의 해석 문제를 진짜로 해결하는 것이고, 그렇게 하려면 우리가 과학을 통해서 알 수 있는 것(고전역학, 상대성이론과 같은 것을 통해 우리가 파악할 수 있는 ‘과학적 실재’ - 선생님께서 세미나 때, 여기서 우리는 ‘과학적 실재’에 국한해서 얘기해야 한다고 언급하신 적이 있습니다.)은 무엇이며, 그렇게 안다는 것은 무슨 의미이며, 우리는 그것을 어떻게 알 수 있는가 하는 앎의 문제, 즉 인식론과 존재론을 건드리지 않을 수 없었다는 것입니다. 그래서 『장회익의 자연철학 강의』(장회익, 2019, 추수밭.) 후반부에서도 주체와 객체, 앎의 문제, 온전한 앎, 앎의 뫼비우스 띠 이야기가 나옵니다.


아쉬운 점이라면, 한 챕터 더 있었으면 하는 것입니다. 1장에서 제기한 문제들을 닫아주는, 말하자면 선생님의 의도가 무엇이었는지 그리고 그것이 어떻게 해소되었는지 저희같은 사람들에게 한 번 더 친절하게 알려주셨으면 책 전체를 이해하는 데 더 도움이 되지 않았을까 하는 생각이 들었습니다.




그리고, 어제 세미나 때도 수식, 정식화에 대해서 얘기가 나왔었는데요. 그런 것 없이 양자역학을 이해할 수 있을까 혹은 수식 없이 이해하고 싶다라는 생각을 하게 됩니다. 몇 년 전에 삼각함수를 새로 들여다봤을 때가 기억나는데요, 기하학과 삼각함수 없이는, 기하학과 삼각함수가 설명해주는 삼각형의 성격을 이해하지는 못하겠구나 하는 생각이 그때 들었습니다. 아직 이 책 4장 이후를 이해하지 못한 상태라 너무 단순화시켜서 비유한 건지는 모르겠습니다. ^^;

모임 공지글에서도 안내를 드렸을텐데요. 선생님의 다른 책 『장회익의 자연철학 강의』을 가지고 예전에 대담을 했었고 녹취록을 만들어두었습니다. 이 책에도 양자역학이 나오는데요. 책을 직접 보셔도 좋겠지만 대담은 좀 더 쉽게 풀어주시니까요. 아래 녹취록과 영상 참고하시면 좋을 것 같습니다. 링크로 가시면 녹취록을 보실 수 있고 유튜브 영상 링크도 달아놓았습니다.

『장회익의 자연철학 강의』(장회익, 2019, 추수밭) '대담 영상+녹취록' 중에서 양자역학과 앎에 대한 부분.

(전체 목록은 이쪽으로~)

<양자역학>

5-1. 양자역학의 역사지평

5-2. 양자역학 : 겹실틈(이중슬릿)과 양자역학의 문제

5-3. 양자역학의 ‘상태’와 ‘측정’에 대하여 : ‘성향’과 ‘변별체’ 이해하기

5-4. 공간 개념의 변화와 양자역학의 새 공리 체계

5-5. 양자역학 변화의 원리

<앎이란 무엇인가>

10-1. 앎이란 무엇인가? (1)예측적 앎의 구도

10-2. 앎이란 무엇인가 (2)이해와 앎

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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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