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노벨 물리학상 대석학 와인버그, 돌연 회의론 돌아서… 학계 충격
"나는 이제 양자역학(量子力學)을 확신할 수 없다."
지난달(10월) 30일 미국 샌안토니오에서 열린 과학저술평의회 무대에 선 83세 노학자(老學者)의 선언이 과학계에 큰 파장을 낳고 있다. 양자역학은 100년 전 탄생 이후 줄곧 논란의 대상이었다. 하지만 이 노학자의 입에서 이런 얘기가 나올 것이라고는 아무도 예상하지 못했다. 그가 양자역학 연구의 거두이자 1979년 노벨 물리학상 수상자인 스티븐 와인버그(Weinberg) 미국 텍사스대 교수였기 때문이다. 와인버그가 누구인가. 모든 물리학자의 꿈인 '최종 이론(세상 만물을 설명할 수 있는 하나의 이론)'에 가장 가깝게 다가선 이론으로 평가받는 표준모형의 창시자이다. 세상 모든 것이 17개의 입자로 구성돼 있다고 주장하는 표준모형의 출발점이 바로 양자역학이었다. 양자역학을 의심한다는 고백은 자신의 인생을 의심한다는 고백이나 마찬가지이다.
100년 전 막스 플랑크, 보어, 아인슈타인 등 당대 최고의 물리학자들은 뉴턴이 만든 고전물리학의 맹점들을 찾아냈다. 미시세계의 움직임을 설명할 수 없었기 때문이다. 하이젠베르크와 슈뢰딩거, 디랙 등이 1920년대 해법을 찾아냈다. 파동함수(波動函數,Ψ 함수,프사이 함수)로 대표되는 양자역학의 수식들을 만들어내 현대물리학을 세운 것이다.
하지만 아인슈타인과 슈뢰딩거도 모호하고 직관적이지 않은 양자역학을 잘 인정하지 않았다. 고전물리학에서는 야구 배트에 맞은 공의 초기 속도와 방향을 알면 공이 어디에 떨어질지 정확히 계산할 수 있다. 하지만 양자역학에서는 공의 위치를 계산하지 않고 확률적으로 떨어질 위치를 추정한다. 어디에 떨어질 확률은 얼마고, 다른 곳에 떨어질 확률도 있다고 보는 것이다.
아인슈타인은 이런 양자역학의 불확실성에 대해 '신은 주사위 놀이를 하지 않는다'며 비아냥거렸다. 하나의 원자에서 나온 두 광자가 아무리 멀리 떨어져 있어도 동일하게 변한다거나, 하나의 광자를 측정하면 멀리 떨어진 다른 광자의 정보를 얻을 수 있다는 양자역학의 다른 주장도 받아들이길 거부했다. 이런 '수수께끼'는 과학이 아니라는 것이다.
이후 물리학자는 두 부류로 나뉘었다. 와인버그는 두 부류를 '도구주의자'와 '실재론자'로 부른다. 도구주의자들은 양자역학이 실험 결과를 계산하기 위한 '도구'일 뿐이라고 여긴다. 이 도구는 실제로 이뤄지는 실험보다 나을 수 없다는 것이다. 반면 실재론자들은 양자역학이 이 세상을 근본적으로 설명할 수 있다고 주장한다. 오랜 세월 와인버그는 실재론자였다. 하지만 그는 이날 연설에서 "우리가 아무것도 알지 못한다는 것은 매력적이지 않다"면서 "현실은 믿을 수 없을 만큼 복잡하게 움직인다"고 했다. 도구주의자의 입장이다.
그의 입장 변화는 설명할 수 없는 것에 대한 과학자의 근본적인 의문이라고 볼 수 있다. 양자역학은 아직 '왜 이렇게 되는가'에 대해 충분한 설명을 주지 않았다. 황혼(黃昏)의 노학자는 양자역학의 불확실성을 만들어내는 좀 더 근본적인 이론이 있다고 믿고 싶어진 것이다. 와인버그는 "양자역학이 고전물리학의 틀을 깬 것처럼 과학 혁명을 일으킬 수 있는 완전히 다른 이론이 등장할 수 있다"고 했다.
와인버그는 양자역학이 진리라고 믿고 있는 과학자들에게 '의심'과 '반증'이 필요하다는 메시지를 던졌다. 최소한 이런 고민은 양자역학을 좀 더 나은 방식으로 설명할 수 있게 해줄 수 있다. 양자역학의 가장 큰 문제는 이해할 수 있는 사람이 너무 적다는 것이기 때문이다.
[김영임 기초과학연구원 연구위원]
-크리스천(3일후 주일)
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