최무영교수의 물리학 강의 by 최무영

[ 주요 내용 ]

 

ㅇ 인간과 사회, 그리고 자연에 대한 적절한 수준의 이해가 없이는 현대인과 현대 사회를 이해할 수 없고 주체적 삶을 만들어 갈 수 없다.

 

ㅇ 물질을 이루는 기본입자들은 렙톤과 하드론 두 가지로 분류한다. 랩톤은 6가지 종류가 있으며 대표적인 것으로 전자와 중성미자가 있다. 하드론에 속하는 것으로는 양성자, 중성자, 그리고 다양한 야릇한 입자들이 있다.

 

ㅇ 자리옮김 대칭....장소를 옮겨도 물리법칙에는 변화가 없다는 것. 방향 대칭이란 한 방향으로 힘을 주면 그 방향으로 가속도가 생기고, 다른 방향으로 힘을 주면 마찬가지로 그 방향으로 가속도가 생긴다는 것. 시간지남 대칭은 운동의 법칙이 오늘 성립하면 내일도 성립함을 말함다. 100년 후에도 성립할 테고, 1만 년 전에도 성립했다는 것

 

ㅇ 에너지가 보존된다는 것은 사실 시간지남 대칭이 있다는 의미임

 

ㅇ 확증은 할 수 없지만 반증은 한 번만에 할 수 있다. 반증가능성이라는 것은 반증할 수 있는 기회를 항상 열어 두고 있어야 한다는 말이다. 예를 들면, 해가 동쪽에서 서쪽으로 지는 것을 확증할 수는 없지만 우리가 아는 한 수만 번, 아니 수조 번도 넘을 만큼 무수히 많은 날을 항상 그래 왔으니까 확증하지는 못해도 반증의 안된다는 것은 그만큼 상대적으뢰 신뢰도가 넢다고 말할 수 있다.

 

ㅇ 물리학은 보편적인 지식 체계를 구축하는 학문이고, 다른 자연과학은 대부분 특정 지식을 추구하는 학문이다....생물학이나 천문학, 지구과학 등 특정 지식을 추구하는 자연과학은 현상과학이라고 불리는 반면, 보편지식을 추구하는 물리학은 이론과학이라고 한다. 이론이란 실험과 대비되는 용어가 아니고 보편지식을 가르킨다.

 

ㅇ 보편지식, 곧 이론은 대체로 두 가지 요소로 이뤄져 있다. 개념과 진술이다....진술은 이론에서 개념들 사이의 관계를 규정지어 주는 요소를 말한다. 힘 F, 질량 m,  그리고 가속도 a라는 개념들 사이에 F=Ma 라는 관계가 성립한다. 곧, 어떤 물체가 힘을 받으면 가속도가 생기는데, 이때 힘은 질량과 가속의 곱과 같다는 운동의 법칙이 바로 진술해 해당한다.

 

ㅇ 개념과 기본원리 또는 가설 등은 상상력에서 출발했다고 할 수 있다. 이렇게 상상력으로 창조되었다는 점에서는 예술과 다를 것이 없다.

 

ㅇ 자연과학의 법칙이 보통 자연에 내재해 있다고 생각하기 쉬운데, 엄밀히 말해서 이론 체계는 자연에 내재해 있다고 말할 수 없다......바로 우리 머리에, 곧 생각에 존재한다.

 

ㅇ 이론 체계란 창조물인데 눈에 보이는 창조물이 아니고 정신적인 창조물이다......이론 체계는 기본적으로 우리가 만든 모형이고 자연에 실재하지는 않는다.

 

ㅇ 이론이란 개념과 진술로 이뤄져 있는데, 개념과 기본진술(가설)은 임의 요소지만 그로부터 이끌어지는 진술은 논리적 정합성이 있어야 합니다. 그리고 우리의 감각 경험과의 연결도 중요합니다.....이론과 감각 경험은 관측, 다시 말해 측정을 통해서 연결됩니다. 측정(관측)이 유일하게 이론에 의미를 부여할 수 있는 과정이며 이것이 없다면 이론은 아무 의미가 없습니다.

 

ㅇ 좋은 이론이란.....

 

1) 이론에서 임의 요소가 있는데 너무 많지 않아야 한다. 임의 요소가 너무 많으면 이론의 의미가 없어진다. 몇 가지 임의 요소로만 출발하되 경험과 연결할 때 최대한 넓은 관측 결과를 설명할 수 있어야 한다....보편성이 클수록 좋다. 

 

2) 관측 결과를 명확하게 예측할 수 있어야 한다. 좋은 이론이란 일어난 일에 대해 잘 설명하고 아직 일어나지 않은 일을 예측할 수 있어야 한다.  만약에 어떤 이론이 관측 결과를 명확히 예측하지 않고 "이럴 수도 있고 저럴 수도 있다"고 한다면 반증할 수 없을 것이다. 그런 것은 반증가능성이 없으므로 좋은 이론이 될 수 없다.

 

ㅇ 물질에서 대칭성이 깨지는 것을 '정돈되었다'라든지 '질서가 생겼다'고 표현한다...대표적인 대칭성 깨짐으로 물이 어는 현상을 들 수 있다.....물은 질서가 없는 것이고, 정돈되어 질서가 생긴 상태가 얼음인데 이를 두고 '대칭성이 깨졌다'고 한다.

 

ㅇ 대칭이 있으면 뭔가 질서 정연할 것 같고 대칭이 깨지면 질서가 없을 것 같지만 사실은 그 반대이다. 대칭이 있으면 질서가 없는 경우이고, 대칭이 깨지면 정돈되어 질서가 생긴다. 혼동해서 거꾸로 생각하기 쉽다.

 

ㅇ 물이 얼음이 되는 것처럼 이른반 상이 바뀌는 현상을 '상전이'라고 한다. 이는 일반적으로 물질의 구성원들이 정돈되어 질서가 생기는 현상이며, 수학적으로 대칭이  깨짐에 해당한다.

 

ㅇ 철 원자(정확하게 말하면 원자의 스핀)들이 질서 있게 정돈되어 있는 것이 자석 상태이고, 그렇지 않은 것이 보통의 쇠붙이 상태이다.

 

ㅇ 고전적인 생각, 고전물리학에 비해서 양자역학이나 상대성이론이 혁명적이라고 할 수 있는 것은 기본 전제 자체를 바꿨기 때문이다. 개념은 이론의 출발점인데 상대성이론은 시간, 공간 개념 자체의 의미를 바꿔 버렸다. 한편 양자역학의 경우는....이론이 있고 현실 세계가 있고 그 사이를 연결하는 것이 측정이라고 단순히 말했는데, 사실은 측정이 현실 세계와 무관한 것이 아니라 필연적으로 영향을 끼친다는 것이 양자역학의 핵심 내용 중 하나이다.

 

ㅇ 통계역학의 핵심은 엔트로피 또는 정보로서, 통계역학은 결국 정보에 대한 이론이라고 할 수 있다......존 휠러의 말..."물리학을 잘 모를 때는 '모든 것이 알갱이'라고 생각했는데, 물리학을 좀 알게 되자 알갱이가 아니라 '모든 것이 마당'이라고 생각하게 되었다.......예를 들어 중력마당, 전자기마당 따위...물리학을 잘 알게 되고 세상도 좀 알게 되니까 마당도 아니고 '모든 것은 정보'라는 것을 뒤늦게 깨우쳤다."

 

ㅇ 정보의 문제가 부차적인 것이 아니라 핵심이라는 지적...전통적으로 자연현상의 본질로서 어떤 대상이 있고 측정을 통해 그에 대한 정보를 얻는다. 따라서 정보가 어떻게 우리에게 흐를 수 있는지, 대상에서 어떻게 우리에게 전해질 수 있는지가 주관심사 였다. 최근에는 이를 넘어서 대상 자체의 핵심이 정보라고 생각하고 있다.

 

ㅇ 구성원이 많으면 그 사이의 상호작용 때문에 구성원 전체, 흔히 '계'라 지칭하는 대상에 집단성질이 생긴다. 여러 구성원들이 서로 협동해서 생겨난다는 뜻에서 협동현상이라고 부르며, 구성원 하나하나와는 관계없는 집단 성질이 생겨나므로 이를 '떠오름'이라고 부른다. 요즈음 창발이라는 한자어로 쓴다.

 

ㅇ 협동현상의 가장 궁극적인 떠오름이 뭘까? 바로 생명....분자 하나하나에는 생명이란 없다. 그저 분자일 뿐인데 그런 분자들이 모여 세포라는 집단을 만들면 그들의 상호작용, 곧 협동현상을 통해서 놀라운 생명현상이 떠오른다.

 

ㅇ 서로 동의할 수 있는 방식이란 관측과 논리적 추론이다....이론 체계를 만들 때 논리적 추론의 정합성을 유지하고 관측과의 일치를 통해서 대다수 과학자들이 합리적으로 수용할 수 있으면 객관적 성격을 가지게 된다고 받아들이자는 의견이다...

 

ㅇ 전자볼트(eV)라는 단위는 전자하나를 1볼트의 전압으로 가속시켜 줄 때 가지는 에너지...

 

ㅇ 양자역학이라는 현대물리학의 관점에서 이른바 양자중력은 아직 전혀 이해하지 못하고 있다. 본질적으로 짧은 길이에서 일반상대성오린과 양자역학이 정합적으로 융합하지 못하기 때문이다.

 

ㅇ 끈이론은 사실상 실험적으로 검증이 불가능하고, 따라서 반증가능성도 거의 없다고 할 수 있습니다. 포퍼의 견해를 따른다면 제대로 된 이론이라고 보기 어렵겠다.

 

ㅇ 최종적으로 진정한 기본입자는 쿼크, 렙톤 ,그들 사이의 상호작용을 매개해 주는 게이지입자 등 세 가지 종류가 있다.

 

ㅇ 반도체의 성질은 전자들의 상태에 따라 결정되는 것으로서 자체가 본질적으로 양자역학의 현상이다.

 

ㅇ 질서와 혼돈은 서로 모순되는 개념이 아니다. 결정론, 곧 질서에서 혼돈이 나오는가 하면 혼돈 자체에도 놀라운 질서가 숨어 있다. 질서와 혼돈에는 이중성이 있고 어떻게 보면 상호 보완적이라 할 수 있다.

 

ㅇ 우리 몸을 이루는 분자 하나하나는 시간되짚기 성질이 있는데 왜 거시적 관점에서는 그러한 성질이 깨질까?

 

ㅇ 엔트로피는 계의 거시상태를 특징짓는 양이므로 거시적 기술에서만 의미가 있다.

 

ㅇ 엔트로피가 크다는 말은 접근 가능상태 수가 크다는 뜻. 그 거시상태에 대응하는 미시상태가 많으므로 그 상태에 있을 확률이 더 크다. 따라서 엔트로피가 각각 다른 여러 가지의 거시상태가 가능한데 현실적으로는 그중에서 엔트로피가 가장 큰 거시상태에 있게 되겠다.

 

ㅇ 정보가 완전하면 엔트로피는 0이고, 반면 정보가 전혀 없으면 엔트로피틑 최대가 된다. 이것이 바로 정보와 엔트로피의 관계이다.

 

ㅇ 대폭발 순간부터 10 -43초 승 까지의 기간을 플랑크시대라고 부르는데 강상호작용(헥력), 전자기력, 약상호작용(약력), 중력 등 네 가지 기본 상호작용이 하나의 꼴로 존재했으리라 추정한다.

 

ㅇ 자연현상을 기술하는 기본적 이론 체계, 곧 동역학에서는 과거와 미래가 본질적으로 구분되지 않는다. 예를 들어 고전역학 체계도 시간에 대해서 대칭이다. 곧 과거와 미래의 구분이 없다.

 

ㅇ 기억이란 무엇인가? 두뇌에 저장된 정보다. 그런데 정보란 엔트로피와 관련이 있다. 바로 음의 엔트로피이다. 곧 엔트로피는 모자라는 정보다. 그러니까 정보를 저장하는 과정은 필연적으로 엔트로피 증가를 수반한다. 우리가 과거를 기억할 수 없는 것은 엔트로피가 증가했기 때문이고, 따라서 심리적 화설은 열역할 둘째 법칙의 지배를 받는다.

 

ㅇ 우주는 왜 존재하는지 질문을 던질 수 있다. 존재한다는 것은 번거러운데, 왜 우주가 스스로 존재의 번거로움을 마다하지 않을까? 왜 우주가 존재하는지는 진정한 수수께기라 하지 않을 수 있다.

 

ㅇ 쩔쩔매는 깨...일반적으로 에너지가 낮은 상태가 하나가 아니라 여럿....변이 가능성이 높음....이것이 복잡성의 본질....에너지가 쩔쩔맴 때문에 상태에 복잡하게 의존하게 되고, 결국 높은 변이 가능성이 나타남...따라서 쩔쩔맴은 복잡성을 가져오는 핵심요소...

 

ㅇ 복잡한 현상, 예를 들어 생명과 인간이나 사회현상은 보편지식 체꼐를 구축할 수 없다고 생각했다. 그런데 20세기 후반에 물리학의 방법이 정립되면서 부분적으로 '간단한' 복잡계 현상은 해석할 수 있게 되었다......복잡계는 21세기 물리학의 핵심 연구 주제로 자리매김하리라 예상한다. 이는 물리학의 지평을 크게 넓히고 생명을 비롯한 자연에 대한 새로운 해석을 얻는 데 기여하겠다.

 

ㅇ 에너지대사....중요한 점은 바깥세상에서 자유에너지가 들어오고, 이를 통해서 엔트로피가 낮은 상태를 유지한다. 바꿔 말하면 정보를 늘리는 것으로 이것이 핵심이다.

 

ㅇ 살아있는 생명체가 흐뜨러지지 않고, 엔트로피도 늘어나지 않고 어떻게 적절한 질서를 유지할 수 있는지는 커다란 의문이다. 그것에 대해 물리학에서는 에너지와 정보의 흐름을 답으로 제시한다. 엔트로피가 늘어나지 않고 낮은 상태를 계속 유지할 수 있는 이유가 에너지와 정보를 환경가 주고 받기 때문이다.

 

ㅇ 단순한 순환이 아니라 점점 커지는 나선형 순환으로서 이것이 바로 과학의 발전을 기술한다는 것...

 

ㅇ 메타 수준에서 본다는 것....그렇게 해야 논리의 잘못을 찾을 수 있다. 곧 논리 자신의 수준에서는 잘못을 찾을 수 없으며, 이는 현대 과학에서도 중요한 요소라 할 수 있다....국소적으로는 잘못된 점이 없다. 한 단계 위에서 전체를 보면 잘못되었다는 사실을 알수 있다. 이것이 바로 이른바 나선형 순환, 야릇한 고리를 나타낸다고 할 수 있다.

 

 

[ 배운 점/느끼 점 ]

 

특히 좋은 이론은 무엇인가?라는 설명은 경영학자 크리스텐슨 교수의 말씀과 맥을 같이한다. 따라서 이러한 측면 때문에 아직 내가 경영학이나 경제학은 이론이 없다라고 느끼는 것이다.

 

저자의 말 그대로 나는 과학의 기법을 도용한 유사과학이라고 생각한다.

최무영교수님의 유사과학에 대한 정의는...'좋은 이론의 2가지 조건 중에 적어도 한 가지는 가지고 있지 못한 것. 실증적 검증이 되지 않거나 명확한 예측을 하지 못하거나 하는 것..;

 

너무 심하게 말한 점이 있다면 과학의 방법론과 논증을 흉내 냈다. 아니면 희망하는 학문이라고 생각하낟.

 

 

다만 한글로 바꾼 용어가 혼선을 줄  때가 있다.

다른 책에서 기술한 용어가 이 책에서 어떻게 표현되었는지 알려 주면 좋겠다.

 

중력마당, 어둠물질, 어둠에너지 등 등 다른 책에서는 중력장, 암흑물질, 암흑에너지 등으로 쉽게 상상이 간다. 하지만 뭇알갱이계? 쩔쩔매는계? 는 무슨 소리인지? 모르겠다.