성실한 과학철학 연구자

2. 공간 공간에 대한 새로운 이론이 우리가 갖고 있는 거시 세계에 대한 개념을 확장시킨 것을 소개하면서 우리의 논의를 시작해보자. 현재 우리가 갖고 있는 지식에 따르면, 공간 문제를 해결하면서 이루어진 발전은 오직 거시 세계에서만 지각 가능한 변화를 일으킨다. 따라서 천문학의 문제들 속에서 공간의 새로운 이론이 경험적 성취를 얻을 수 있었다. 분명 이러한 발전의 개념적 기초는 역사적으로 유서 깊은 것이다. 실제로 우리가 이러한 사고의 발전을 이해하기 위해서는 고대 그리스인들의 사상부터 살펴보아야 한다. 기원전 3세기에 활동한 그리스의 수학자 유클리드 이래로 공간의 과학인 기하학은 고전적인 형태를 띠게 되었으며, 이는 공간 문제에 대해 이후 이루어진 모든 탐구의 시발점이 되었다. 유클리드는 기하학에 공리..

원자와 우주 현대물리학의 세계상 한스 라이헨바흐 에드워드 엘런 옮김 뉴욕, 조지 브래질러 출판사 1957년 저작권은 1933년 맥밀런 컴퍼니에 있음 이 책의 독어판 원본인 “원자와 우주”는 1930년에 출판되었다. 저자의 도움으로 교정되고 최신화된 영어판의 초판이 1932년에 출판되었다. 뉴욕의 조지 브래질러 출판사가 미국판을 출판했다. 저자 서문 이 책에서 제시된 현대물리학에 대한 설명은, 필자가 1929년~30년 사이의 겨울 동안 베를린에서 진행한 라디오 방송 강연을 발전시킨 것이다. 필자는 이 강연들을 통해 물리학자가 아닌 사람들에게도 물리적 지식을 전달하고자 했다. 청중이었던 비전문가들이 물리학의 문제들에 대해 매우 큰 관심을 보여주셨기 때문에, 필자는 청중들의 여러 요구들에 부응하기 위해서 기꺼..

제22장: 끈 이론 (Strings) 우리는 지금까지 현대물리학이 시간과 공간에 대한 상식적인 관점에 상반되는 결론을 이끌어냈음을 살펴보았다. STR은 시간과 공간을 통합했고 절대적 동시성을 폐기했다. GTR은 굽은 시공간을 도입했다. 역행인과, 다중우주, 순간적인 원격작용을 도입하는 양자역학의 해석도 있다. 양자역학과 GTR을 통합하고자 하는 시도 중 정준 양자 중력이론에 대해서도 잠시 살펴보았다. 양자역학과 GTR을 통합하고자 하는 또 다른 주목할 만한 시도가 바로 끈 이론이다. 정준 양자 중력이론이 시간에 대한 큰 함축을 가졌다면 끈 이론은 공간에 대한 큰 함축을 가진다. 끈 이론이 맞다면 우리는 3차원이 아니라 9차원 또는 10차원의 공간에서 살고 있는 셈이 된다. 끈 이론은 발전 초기 단계에 있..

제21장: 시공간의 형이상학 (Spacetime metaphysics) 21.1. 실체론적 시공간 일반상대성이론(GTR)의 시공간에서 기하는 변동가능하며 물질적 사물들의 존재 여부 및 활동으로부터 영향을 받는다. GTR의 시공간은 뉴턴 시공간처럼 절대적인 것은 아님은 분명하다. 그렇다면 GTR의 시공간은 실체론적일까 관계론적일까? 아인슈타인은 이 물음에 대해 실체론적 관점을 지지했다. 이에는 이유가 있었다. 편평한 공간 내에 비유클리드적인 구형 영역이 있을 경우, 이 영역에서의 물체의 움직임을 공간에 의한 것이 아닌 물체들 사이의 관계로 설명하고자 하면 설명이 매우 복잡해진다. 또한 GTR에 따르면, 질량이 밀집된 두 물체가 상호 회전할 때 시공간 곡률의 변화로 인해 주변 공간에 중력파가 퍼진다. 그리고..

제20장: 일반 상대성 (General relativity) 20.1. 특수상대성이론의 한계 아인슈타인은 1905년 특수상대성이론(STR)을 발표한 이후 10년간의 노력 끝에 일반상대성이론(GTR)을 완성했다. 이 이론은 우주의 거시적 규모 시공간 구조에 대해 우리가 가진 가장 최선의 이론으로 남아 있다. GTR은 시공간을 곡률이 변화하는 다양체로 보기 때문에 이는 시공간을 유클리드적인 것으로 보는 푸앵카레 규약주의에 대한 도전이라고 할 수 있다. 또한, GTR이 실체론을 지지한다고 볼 상당한 근거가 있지만 이에 대한 문제가 없는 것은 아님도 다음 장에서 살펴볼 것이다. STR은 관성운동과 가속운동의 차이를 설명하고 움직이는 물체의 동역학과 맥스웰의 전자기 이론을 조화롭게 통합했다. 그러나 STR은 중력..

제19장: 상대성과 실재 (Relativity and reality) 19.1. 한정되지 않은 실재 현재가 우주 전체에 적용되며 절대적이기 때문에 생성 혹은 소멸의 절대적이고 보편적인 흐름이 이어진다고 보는 관점을 ‘고전적 역동 모형(Classical Dynamic Model, CDM)’이라 부르자. 이는 동시성의 상대성을 주장하는 특수상대성이론(Special Theory of Relativity, STR)과는 상반되는 것처럼 보인다. 이 장에서는 CDM과 STR 사이의 이러한 긴장이 얼마나 치명적인 것인지, 또한 STR의 맥락에서 비고전적인 역동 모형이 가능한지의 여부를 검토해보도록 하자. 민코프스키 시공간의 빛 원뿔 도식에서는 과거와 미래가 대칭적이므로, 이 세계가 영원한 4차원 블록 같을 것이라고 ..

제18장: 특수 상대성 (Special relativity) 18.1. 시간, 공간, 아인슈타인 이제는 좀 더 최근의 과학적 발전이 시간과 공간에 관련하여 어떤 함의를 갖고 있는지를 살펴보고자 한다. 미시세계에 관한 가장 성공적인 이론인 양자역학과 거시세계에 대한 성공적인 이론인 상대성이론은 아직까지 서로 조화되지 못했다. 또한 상대성과 양자이론에 대한 올바른 해석이 무엇인지에 대해서도 여전히 논란이 있다. 그럼에도 불구하고 과학의 최근 발전을 탐구하는 것은 시공간에 대해 살펴보는 우리에게 잠정적으로나마 최상의 지침을 줄 것이다. 이 장과 다음 장에서는 거시세계에 관한 이론인 아인슈타인의 특수 상대성이론에 대해서 살펴보자. 표준적인 해석에 따르면 특수 상대성이론은 다음과 같은 함축들을 갖는다. ① 쌍둥이..

제17장 : 제논과 연속체(2) (Zeno and the continuum Ⅱ) 17.1. 날아가는 화살의 문제 날아가는 화살을 생각해보자. 날아가는 순간순간마다 화살은 정지해 있다. 순간은 지속하지 않으므로 순간들의 합 역시 지속이 될 수 없다. 그런데 날아가는 화살의 비행은 이러한 순간들의 합으로 구성되어 있다. 따라서 날아가는 화살의 비행은 불가능하다. 바로 이것이 제논이 제시한 이른바 화살 운동의 역설이다. 화살의 역설은 시간과 공간이 이산적(discrete)이 아니라 연속적(continuous)이라고 생각하는 입장에 대한 위협이 된다. 과연 우리는 어떻게 날아가는 화살의 운동을 설명할 수 있을까? 이 물음에 대해서 다음과 같이 답변할 수 있다. 시각 t에서 어떤 물체가 운동하고 있는지 그렇지 않..

제16장 : 제논과 연속체(1) (Zeno and the continum Ⅰ) 16.1. 운동과 연속체 운동은 일상에서 빈번하게 일어나고 있는 보편적인 현상이다. 그리고 지금까지 살펴본 시공간 이론들에서도 운동은 크게 문제가 되지 않았다. 시간에 따라서 대상이 서로 다른 공간점을 차지하는 것이 운동이다. 두 물체 사이의 거리관계가 시간에 따라서 어떻게 변하는지를 보아도 두 물체의 상대운동 여부를 확인할 수 있다. 이 장에서의 논의는 단순한 시공간과 복잡한 시공간 모두에 적용되며, 실체론과 관계론 두 입장 모두에 적용된다. 운동의 문제는 이른바 ‘제논의 역설들’로부터 비롯되었다. 제논은 기원전 490년경에 그리스 문화권에서 태어난 것으로 추정되며, 철학자 파르메니데스와 긴밀한 관계였다. 파르메니데스는, 겉..

제15장 : 공간적 반실재론 (Spatial anti-realism) 15.1. 물질과 공간에 대한 포스터(Foster)의 견해 공간적 반실재론이란, 겉보기에 우리 우주가 공간적인 것으로 보일지는 몰라도 실제로는 그렇지 않다고 보는 입장이다. 이번 장에서는 이러한 공간적 반실재론을 옹호하는 형이상학적 논증을 살펴본다. 포스터는 그의 1982년 책에서 물리적 세계는 그가 궁극적 실재라고 부르는 것의 일부가 아님을 보이고자 했다. 그가 실체론적 공간에 대해서 어떤 논박을 제시했는지 살펴보자. 포스터의 존재론적 논증은 푸앵카레의 인식론적 논증과 닮아 있다. 포스터 역시 자연법칙이 근저에 있는 실재의 진짜 구조를 숨기도록 작용하는 사고실험을 사용하기 때문이다. 푸앵카레의 규약주의 논증을 아래와 같이 풀어쓰면 이..