물질의 탐구

프롤로그
제1부 원자와 공허
1 조용한 성채
2 물자체
3 힘의 작용
4 회의적 화학자
제2부 질량과 에너지
5 대단히 흥미로운 결론
6 비교될 수 없는
7 직물
8 어둠의 심장 안에서
제3부 파동과 입자
9 절망의 몸부림
10 파동 방정식
11 유일한 미스터리
12 맨질량과 입혀진 질량
제4부 장과 힘
13 자연의 대칭
14 이 망할 놈의 입자
15 표준 모형
16 질량 없는 질량
에필로그
주
용어 설명
찾아보기

오늘날에는 기계론자들을 ‘과학자’(또는 최소한 과학혁명의 전령)로, 근대철학자들을 ‘철학자’로 생각하는 경향이 있다. 그러나 사실 이 두 집단은 탐구의 본질과 방식에서만 약간의 차이를 보일 뿐 거의 연속적인 스펙트럼을 형성한다. ‘과학자’들 중 대다수는 철학적 (그리고 신학적) 사색에 관여했고, ‘철학자’들 대다수도 실험에 참여하거나 아니면 적어도 실험적 과학의 결론을 잘 알고 있었다. 데카르트는 기계론자이기도 했다.

이것이 과학이 작동하는 방식이다. 과학사를 자세히 살펴보면 과학자 혼자서 또는 소수의 집단이 곧장 ‘진실’로 도약하는 발견은 거의 없으며, 설사 있다 하더라도 매우 드물다. 그 대신 짙은 안개 틈으로 진실이 슬쩍 모습을 드러내면, 어느 과학자가 진실의 일부를 붙들고 같은 진실의 다른 부분을 붙든 다른 과학자와 격한 논쟁을 벌인다. 그런 와중에 어떤 질서가 잡히면서 진전이 이루어지고, 비로소 안개가 걷히게 된다.

공간, 시간, 질량, 에너지의 ‘직물’은 물리학 체계뿐만 아니라 우주 전체를 짜 넣기 위해 필요한 것이다. 따라서 다음 질문은 명백하다. 아인슈타인의 일반상대성 이론의 장방정식들은 전체로서의 우주에 대해 무엇을 말해주고 있는가? 그 답 중 하나는 아인슈타인 자신이 1917년에 제공했는데, 프러시안 과학 아카데미에서 새로운 이론을 발표한 지 겨우 2년 후의 일이었다. 언뜻 보면 마치 이론물리학자들이 장엄함의 환상에 빠진 것 같을지도 모르겠다. 어떻게 단 몇 줄의 방정식이 우주처럼 복잡한 것을 설명하리라 기대할 수 있단 말인가? 사실 아인슈타인의 장방정식은 시공간과 질량─에너지 사이의 관계를 설명하는 것이라서, 원칙상으로는 모든 성분이 다 제시되어 있다. 이것은 단지 ‘규모’의 문제다.