퀀텀 리얼리티

“ 자연은 매끄럽거나 연속적이지 않고 덩어리져 있다. … 플랑크 상수는 모든 것이 양자라는 뚜렷한 신호다. … 지금까지 알려진 바로는 양자화되지 않은 실체는 없으며 어쩌면 공간과 시간도 양자화가 가능할 것 같다. ”

“ As the waves from both slits spread out and run into each other, where wave peak meets wave peak we get a bigger peak (which we call constructive interference), and where peak meets trough we get cancellation (destructive interference). ”

“ 고전 역학에서는 이론 안에 표현되는 개념들을 해석하는 데 아무런 문제가 없었다. 우리는 질량이 무엇인지 안다고 생각한다. 속도와 가속이 뭔지도 안다. 우리는 이 모두를 직접 관찰한다. … 고전적인 운동 방정식에서는 관측량이 표면에 그대로 드러난다. 숨은 의미를 찾아서 굳이 깊이 파헤칠 필요도 없고, 그게 무엇인지, 어떻게 해석해야 하는지도 매우 명백하다. ”

“ 이는 마치 자연이 그 비밀을 양자 파동 함수 안에 숨겨놓은 다음 상자를 잠근 것처럼 보인다. 관측량 값을 찾으려면 정확한 열쇠(연산자)를 가지고 상자를 열어야 한다. … 고전 역학에서는 이런 작업이 전혀 필요하지 않았다. 관측량은 언제나 그곳에, 우리 눈 앞에 존재하며 우리를 빤히 바라보고 있었다. ”

“ 폰노이만은 양자역학의 수학적 구조에서 수많은 가능한 결과 중 단 하나의 실제 결과를 어떻게 얻는지 설명하는 내용이 전혀 없다는 사실을 깨달았다. 그러므로 이론의 구조가 수학적으로 견고하고 일관된다고 확신하려면 가능한 결과에서 실제 결과로 넘어가는 불연속적인 전이 또는 도약이 있다고 상정할 수 밖에 없었다. 이 상정을 오늘날 ‘파동 함수의 붕괴’라고 부른다. 파동 함수 붕괴는 양자 이론의 해석을 놓고 지금도 진행 중인 여러 논의에서 절대적인 핵심 개념이다. ”

“ 그리고 바로 여기가 양자역학의 더러운 비밀에 발이 걸려 넘어지는 지점이다. 사실상 ‘올바른’ 파동 함수 같은 것은 없다. 우리에게는 파동 방정식의 적합한 풀이로서 파동 함수만 필요할 뿐이다. 이거면 ‘올바름’을 정의하기에 충분하지 않을까? 아니, 그렇지 않다. 엄격히 따라야 할 몇 가지 수학적 규칙이 있기는 하지만 다양한 풀이를 통해 중첩의 형태로 결합시킬 수 있다. 이 중첩 역시 파동 방동식의 완벽한 풀이가 된다. ”

“ 이는 결국 ‘과학의 존재 이유는 무엇인가’에 관한 문제다. 앞으로 자세히 다루겠지만 이 문제를 깊이 들여다보면 형이상학 없이는 그 어떤 과학도 할 수 없다는 사실을 깨닫게 된다. 형이상학은 증명할 수 없는 것에 대한 가정이다. 그런데 형이상학(meta-physics은 말 그대로 ‘물리학을 넘어’라는 의미다.)과 과학의 관계을 인정하는 순간, 철학으로 향하는 문이 열린다. … 양자역학은 실체의 본질에서 무엇을 헤아릴 수 있고 무엇을 헤아릴 수 없는지 그 불편한 진실을 직면하게 만든다. 나는 양자역학이 알려주는 내용을 어떻게 해석해야 할지 이해하려면 철학이 주는 몇 가지 교훈을 반드시 받아들여야 한다고 굳게 믿는다. ”

“ 현실적으로 우리가 ‘electron’이라고 부르는 것 역시 경험적 실체로 드러나지 않는다. 이는 외양으로서의 전자다. 그러나 자신의 정체를 드러낼 상호 작용이 없는 경우, 전자 그 자체는 일종의 정의에 따라 오직 우리의 상상 안에서만 존재한다. ”

“ 이것이 사실상 우리가 하는 흥정이다. 철학자들은 ‘실체 자체’가 형이상학이라고 말한다. 공개적으로 솔직히 인정하지는 않지만 과학자들이 연구하는 실체는 본질적으로 그림자 연구를 통해 추론한 경험적 실체다. 이것은 관측, 실험, 측정, 인지의 대상이 되는 경험적 실체이며 외양으로서의 사물과 측정된 물자체의 경험적 실체다. 하이젠베르크의 설명처럼 “우리가 관측하는 것은 그 자체의 본질이 아니라 우리의 질문 방법에 노출된 본질이라는 사실을 기억해야 한다.” ”

“ 앞서 토론한 내용을 바탕으로, 물리적 성질들은 단지 외양으로서의 사물 또는 측정된 대로의 사물만 말해주고 있으며 광자나 전자 자체의 지식을 얻을 방법이 없다는 데 동의하기로 하자. 그렇다고 해도 물자체가 측정 장치들과 독립적으로, 진짜로 존재한다고 가정하는 데는 아무런 지장이 없다. ”

“ 그러므로 우리는 과학의 배를 바다에 띄우고 우리의 형이상학적 전개념들을 총동원해야 한다. 경험적 사실에 대한 지식을 이용해 실제로 작동할 수 있는 실체의 표현을 개발해야 한다. 이것이 과학 이론이다. 표현의 바다를 가로질러 항해하는 우리의 목적은 전개념과 사실들을 전형적인 (그러나 배타적이지 않은) 단 하나의 수학적 구조 안에 담는 방법을 찾기 위해서다. ”