일어날 일은 일어난다

들어가며

1장 파동: 확률에 관하여
2장 원자: 보편에 관하여
3장 빛: 불변에 관하여
4장 힘: 상호작용에 관하여
5장 물질: 관계에 관하여
6장 시간: 흐름에 관하여
7장 존재: 나타남에 관하여

이어지는 이야기

감사의 글
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우리는 왜 존재하는가? 이 질문에 답하기 어려운 이유는 그것의 답이 가치 판단에 의존하기 때문이다. 그리고 가치 판단은 개인의 철학적·종교적인 관점에 의존할 수밖에 없다. 철학과 종교가 아닌 과학은 이 질문에 과연 어떤 답을 내놓을까? 거칠게 말해서, 과학은 ‘왜’가 아닌 ‘어떻게’를 묻는다. 즉, 우리는 어떻게 존재하는가? 재미있는 것은 ‘어떻게’를 계속 묻다 보면, 점점 ‘왜’에 가까워진다는 사실이다.

모든 것은 입자이면서 파동이다. 전자의 파동은 공명을 일으킴으로써 원자를 안정시킨다. 하지만 전자의 파동을 기술하는 파동 함수는 직접 겉으로 드러나서는 안 된다. 실제로 측정 가능한 것은 파동 함수가 아니라 확률이다. 그런데 묘하게도 바로 이 사실이 힘의 원리를 제공한다. 하지만 파동 함수는 그 모습을 완전히 감추지 않는다. 우주의 모든 물질이 질량을 가지려면, 파동 함수가 단순한 확률이 아니라 복소수로 그 모습을 드러내야 한다. 결론적으로, 양자역학은 파동 함수의 존재라는 단 하나의 사실로부터 우리 우주를 지탱하는 모든 힘과 질량의 원리를 준다. 믿기 힘들 만큼 이상하지만 놀랍도록 아름답지 않은가?

위대한 물리학자 파인먼이 “가장 놀라운 수학 공식”이라고 부른 공식이 있다. 바로 오일러 공식이다. 말하자면, 이 공식은 모든 출렁거림은 언제나 어떤 것의 회전과 관련 있다는 점을 수학적으로 엄밀하게 뒷받침한다. 다시 말해, 이 공식은 파동 함수가 시계 초침이라는 사실을 수학적으로 엄밀하게 뒷받침한다. 오일러 공식은 다음과 같다. 위 공식이 “가장 놀라운 수학 공식”인 이유는 수학에서 가장 중요한 몇 가지 개념이 하나의 공식에 응축되어 있기 때문이다. 지수 함수, 허수, 삼각 함수가 바로 그것들이다.