현대 과학의 인식 (* 이 글은 여기가 제격이겠어요)

글쓴이
소요유
등록일
2002-05-09 12:37
조회
7,023회
추천
3건
댓글
9건
*** 자게와 같은 내용입니다. ***

양자역학과 고전역학에서의 인식론의 단적인 차이는 자연을 느끼는 관찰자가 해당 자연에 영향을 미치느냐 안미치는냐에 있습니다.

고전역학은 관찰자의 개입과 관계없이 자연은 자연이 정한 바 (사실은 신의 의지)대로 움직인다, 따라서 과학자가 발견한 사실은 진실이다, 뭐 이런 관점입니다. 즉 과학자는 신의 의지가 개입된 자연을 본다는 점에서 절대적 인식론이라 볼 수 있습니다.

이에 비하여 양자역학적 인식론은 관찰자도 시스템, 나아가 자연의 일부로 봅니다. 따라서 관찰자 자신의 영향도 자연을 관찰하는 데 매우 중요한 요소가 된다 입니다. 이를 극명하게 보여주는 것이 불확정성 원리이고요.   

다시 말하면 양자역학적 인식론에서 관찰자가 자연을 보는 것은 하이젠버르그가 그의 저서 '부분과 전체'에서 말한 '인간은 질문방법에 따라 노출된 자연을 본다', 즉 빨간 안경을 끼고 보면 빨갛게 보이고, 푸른 안경을 끼고 보면 푸르게 보인다, 우리가 고전역학에서 자연이 입자 아니면 파동이라고 보아왔던 것은 우리가 갖고 있던 실험 장치가 '파동'만을 보거나 '입자'만을 보는 것이었다라는 겁니다.   

좀더 수학적으로 이를 접근하면 고전역학은 시스템을 기술하는 수학적으로 미분방정식으로 표현된 운동방정식을 단순하게 풀면 (인간의 의지와는 상관 없이 신의 의지가 작용해서) 그 것이 그 시스템의 운동을 일의적으로 결정할 수 있다는 것입니다.

그러나 양자역학에서 우리가 계를 실험으로부터 기술한다는 것은 계의 운동방정식으로 부터 아이겐 밸류 (eigen values)를 구하는 것인데, 이 아이겐 밸류에 대응되는 것이 수학적으로 하나의 '오퍼레이터' 가 됩니다. 그런데 관찰자가 관측할 수 있는 것은 단지 확률입니다. 즉 우리가 어떤 값을 측정하고자 한다면 그에 해당하는 수학적 표현에 '확률'이고 그 확률은 '파동함수 (자연)'를 오퍼래이터 (실험기기)를 이용하여 특정 공간으로 변환하여 파동함수의 콘주게이트  (관찰자의 동조 파동함수)를 곱하여 확률의 구하게 됩니다. 인식론적으로 이 과정에서 관찰자가 개입하게 됩니다.   

그래서 과학도님이 (자게에) 소개한 구성주의자들이 실험 자체가 관찰자도 또한 들어가니까 과학적 진실이 진리가 아니라고 주장하는 것 같습니다. 이 것은 정확하게 과학에서 어떻게 이루어지고 있는 지 그에 대한 정확한 이해가 없는 상태에서 피상적으로 이 관계를 보기 때문입니다. 즉 개념을 정확히 이해하지 않고 가져다 쓰기 때문에 생긴 문제입니다.

이를테면 과학실험에서 인간의 의지가 개입하게 되는 부분이 인간의 사회적, 정치적인 철학이라고 논리를 비약시켜 생각하는 것입니다. 이것은 자연에 대한 인식론의 문제입니다.

즉 인간이 개입할 여지가 자연 (계의 파동함수)에서 인간이 자연을 잘 설명하고 이해할 수 있는 가를 나타낼 수 있는 도구 (물리량, 수학적으로 오퍼레이터의 아이겐 밸류)를 발견하는 일과 실험에 있어서 관찰자의 '동조' 파동함수일 것입니다. 그런데 관찰자의 의지가 가입되는 동조 파동함수는 결국 미리 자연에 있는, 다시말하면 '인간이 알고자하는 바를 갖춘 실험기기 자체'가 됩니다. 따라서 이 것은 인간의 자유의지에 의하여 결정된다기 보다는 '자연의 근본적으로 가지고 있는 형편'에 따라 결정된다고 봐야 합니다.

그렇다면 인간의 사고가 개입될 소지가 인간의 이해를 돕는 도구, 즉 물리량이라고 할 수 있습니다. 이 물리량은 수학적으로 표현되는 것으로 이것은 인간의 인식을 기반으로 한 부분입니다. 실제 이 부분은 수학적으로 오퍼레이터, 즉 벡터스페이스를 변환시키는 함수로 표현됩니다. 따라서 인간이 자연을 이해하는 키워드로서의 물리량은 자연을 닮은 인간 지성의 산물입니다.  여기서 인간의 사회적 문제나 정치적 입장등이 개입될 여지가 없습니다. 즉 과학자체에 인간의 종교적 & 사회적 입장이나 정치적 입장이 개입될 여지가 없고, 다만 철학적 입장, 특히 형이상학적 입장이 개입될 여지가 있고 한편으로, 인식론이 개입할 여지도 최소화 됩니다.

문제는 과학자체에 있는 것이 아니라 하나의 실존인으로서 과학자 자신이 사회 정치적 입장에 따라 그 과학적 진실을 어떻게 이용하는냐에 있다고 생각됩니다. 제가 알기로는 20세기 서양 인식론의 전환은 철학이나 사회인문과학에서 온 것이 아니라 이와 같은 자연과학적이 자연에 대한 인식방법이 바뀌면서 왔다고 생각합니다. 따라서 과학도님이 올리신 글에서 주장하는 사람들이 가지고 있는 '인간이 개입하니까 단순하게 그럴 것이다'는 추측은 논리비약일 뿐입니다.

과학은 사회과학자들이나 인문과학자들이 생각하는 것보다 매우 엄격합니다. 즉 인간이 대칭이 아름답다고 생각하고 좋아해서 자연을 대칭에 꿰어 맞추려고 노력한 것이 아닙니다. 자연 자체에는 원래 대칭적이어서 자연에 속한 인간이 그런 것을 '아름답다고' 발견한 것일 따름입니다. 좀더 심리학적으로 생각해보면 자연자체가 대칭성이 내재해 있기 대문에 인간이 아름답다고 느끼는 것 아닐까요?
과학자들이 자연에서 대칭을 발견한 것이 의도가 아니라 자연을 설명하는 수학적 해가 대칭적, 정확하게는 수학적 대칭성이 인간이 자연을 이해하는 키워드와 관련되기 때문입니다.

피상적으로 나타난 사실을 궈어맞추다 보면 주객이 전도 되고 아전인수가 됩니다. 다시한번 인간의 의지와 관계없는 자연과 그 자연에 속한 인간이 인간방식 (물리량)으로 자연을 이해하려고 하는 것이 과학이다 라는점을 지적합니다.

이러한 시각을 보여주는 선어 (공안) 한구절을 다시 올립니다. 인간의 인식이나 철학등 의지와 관계없이 자연은 자연으로 존재해서 자연입니다.

                    "산을 스스로 푸르고 물을 스스로 맑다. 산은 산이요, 물은 물이다" 


                        -------------------------------------------------------

뱀앞다리 :
 
아인슈타인은 사실 철학적으로 칸트와 매우 관계가 깊습니다. 아인슈타인 자체가 칸트철학의 대가였답니다. 따라서 그는 양자물리학자들의 이러한 인식론을 아주 싫어 했습니다. "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"와 "자연은 단순하다" 라는 것이 그의 지론이었죠. 여러가지 논장 중 대표적인 것이 닐스 보어와의 게탕켄 익스페리먼트 (사고실험) 논쟁이었습니다. 결국은 자신의 이론인 상대론에 의하여 자신의 주장이 부정되는 패배를 하게됩니다. 이 것은 물리학적인 논쟁이라기 보다는 인식론의 논쟁이었습니다.

또 한가지를 덧 붙이면 일부 정치 & 인문사회학자들이 고전역학이 당시의 절대왕정의 정치적 영향에서 인식론이 나왔다고 주장하고, 한편으로 양자역학을 프러시아의 당시정치적 상황과 연결시켜 생각하는 데 이 것은 '아전인수'의 극치입니다. 

그들이 자연과학사와 인식론의 변화원인을 한번이라도 제대로 읽어 봤다면 이런 결론이 나오지 않는 다는 것을 단박에 알 수 있습니다. 미안하게도 이런한 인식론은 과학이론의 내적모순을 해결하는 과정에서 나왔다는 것을 다시한번 강조합니다. 고전역학의 결정론적 절대론은 신학과 맞닿아 있습니다. 과학자체가 신학에서 나왔구요. 절대왕정의 정치철학 역시 신학의 권위를 편의에 맞게 빌려다 쓴 것일 뿐입니다. 20세기 많은 철학사조들은 자연과학의 결론으로부터 나오는 새로은 인식론을 끌어다 썼구요.   
 
전 과학이론이 사회로부터 독립적이라고 생각지 않습니다. 왜냐하면 어는 정도 과학자 개인의 과학적 인식은 주위 문화의 영향을 받거든요.

이를테면 중간자 이론으로 노벨상을 탄 일본의 유가와 히데끼의 중간자는 '매개체'라는 개념이 우세한 반면에 페르미를 비롯한 당시 서구의 중간자의 개념은 '합체된' 개념이 었습니다. 무슨말인가 하면 유가와 히데끼는 중간자가 두 입자사이에서 힘을 매개하는 입장인데 반하여 서구에서는 두 입자가 어는 순간에 중간자를 포함한 복합상태로 이해했습니다. 이렇게되면 중간자의 작용이 소립자의 운동을 나타내는 파인만 다이아그램 상에서 서로 다르게 나타납니다. 이를 과학자들은 결혼을 매파에  의지하는 동양적 문화와 직접 만나서 결정하는 서양적 문화와의 차이로 이야기 합니다. 물론 두 견해가 다 맞습니다.

다만 과학이론은 인간 관념으로 이루어진 사회적인 영향을 최소화 하는 방향으로 항상 복원하려고 노력합니다. 이러한 과학자 및 과학이론이 가지고 있는 선험적 성질을 간과해서는 안됩니다. 아마 진화론을 비롯한 생물학의 제문제는 아직도 이러한 논쟁에서 벗어나지 않았을 겁니다.

자연과학의 모체랄 수 있는 신학은 멀게는 그리이스 시대로부터 연유한 로마시대의 스토아 학파에서부터 중세 수도원에서 싹 텃으므로 그만큼 오랜동안의 인간 내면의 성찰을 통하여 나온 철학이 뒷받임을 한다고 생각됩니다. 그러니 근본적인 프레임 상에서의 논란이 없는 편이고요. 반면에 생물학은 과학적인 면에서 좀더 복잡한 시스템으로 이루어진 세계를 다루게 되는 면이 좀더 많은 논란을 가져오는 것이 겠죠. 현재 과학 전반에 걸쳐 용인되는 진화론은 다른 과학들과는 달리 이러한 형이상학적인 뒷받임이 없는 경우랄 수 있지요. 
   
            -----------------------------------------------------------------------

뱀뒷다리 :  인식론적 차이와 계층론을 넘어

재미있는 현상 중에 하나가 거시적인 우주론에 있어서 미시적인 양자역학이 적용되기 시작했다는 점입니다. 그런 점에서 저는 우리가 과학이론의 계층적인 적용이라는 것은 아니라고 봅니다. 즉 방법론을 떠나서 통일장이론을 추구하는 과학자들의 시도가 보다 자연스러운 방향이라고 봅니다.

이런 면에서 양자역학이나 상대론과 고전역학의 계층성은 '옳고 그름의 원칙 문제'가 아니라 '단순하게 적용의 문제'라고 생각합니다. 현재 제일 안되는 것이 중력이론과 양자역학의 통합 문제일 겁니다. 현재 밝혀지고 있는 천문학적인 결과들은 이 둘이 궁극적으로 통합될 수 있는 것을 시사해 줍니다.

물론 스케일 상에 중간 크기 - 이를테면 인간 눈에 보이는 작은 것부터 큰 것 (은하 정도) 까지는 -  즉, 인간의 인지 범위 안에 있는 경우에는 고전역학이 적용된다고 생각되지만 그보다 작아지거나 커지면 양자역학이나 상대론이 적용됩니다. 한편 이들 과학이론도 궁극적으로는 상대론 - 거시구조, 양자론 - 미시구조 이렇게 나누어 지는 것이 아닙니다.

이를테면 일반상대론은 상대적으로 미시적인 (물론 인간의 인지 영역보다는 훨씬 크지만) 지구크기정도에서도 적용될 수 있을 뿐더러, 양자역학으로 이야기되는 양자장이론이 미시세계를 떠나서 우주전체 크기에 적용될 수 있는 관측결과들이 나오고 있습니다. 따라서 이러한 계층성이라는 것은 인간이 자연을 이해 혹은 사용하기 편리한 바대로 편의적으로 나눈 것일 수도 있습니다. 즉, 각 이론체계들은 상이한 인식론을 가지고 있으면서도 어떤 근사에서는 서로 일치한다는 것입니다.

여담인데 일반상대론에서 아인슈타인은 우주가 팽창하거나 수축하지 않는 정적인 모델이어야 한다고 생각했습니다. 그 이유는 우주 자체는 신의 작품이므로 '완벽'해야 하기 때문이었습니다. 그런데 우주에는 인력인 중력만 존재하므로 우주가 콜랩스 할 것이므로 이에 대항하는 것으로 아인슈타인은 대담하게 '척력'을 도입합니다. 이를 우주상수라고 부릅니다.

그런데 이는 허블이 우주의 팽창을 발견하면서 아인슈타인의 '신념'은 날라가 버리게 됩니다. 그런데 최근에 우주론적인 연구 결과는 팽창하는 속도가 우주 안에 있는 물질이 끌어당기는 힘보다 더 크다는, 다시말하면 우주 자체에 척력이 존재 한다는 것을 증명하게 됩니다. 이 후보로 진공에너지가 거론되기 시작하고 있는 데 이는 양자역학에서 양자장이론에서 예측되는 것입니다. 즉 아인슈타인의 '신념'은 그가 평생 싫어하였던 양자역학에 의하여 뒷받침되는 것은 아이러니가 아닐 수 없습니다.

과학자들의 과학적 신념은 이와 같이 자신이 갖고있는 종교든 철학에 기반할 수 있습니다. 이를 테면 정상우주론을 주장한 프레드 호일의 경우도 그 근저에는 종교철학적 신념이 있었습니다. 중요한 것은 신념의 문제가 아니라 과학적 진실의 문제입니다. 결국 과학에서는 이러한 개인적인 종교나 철학적 신념에 기반한다 하더라도 결국에는 과학내적으로 무모순 (콘시스턴스)을 유지하기 위한 엄밀한 노력에 의하여 그 건전성이 유지된다는 점을 지적하고 싶습니다. 

  • 포닥 ()

      친절하기도 하시네요. 학부생들은 꼭 읽고 지나가기를 바라마지 않습니다. 오퍼레이터와 아이젠 밸류, 그리고 파동함수에 대해 이해하기 어려운 학부생들이 많이 있을 겁니다. 그런 분들에게 많은 도움이 되리라 봅니다.

  • 포닥 ()

      파동 함수가 어떤 물리적인 양--보거나 만질 수 있는--이기를 기대하는 분들이 주로 양자역학의 입문과정에서 포기하게 되지요. 이것은 사실 미분방정식에 익숙하지 않아서 인데, 자신의 게으름을 탓하지 않고 다른 핑계를 찾아내고 만족해 버리는 학생들을 가끔 봅니다.  그런 학생들에게 인생은 생각보다 길다는 말씀을 꼭 드리고 싶어요. 너무 일찍 포기하는 것은 아닐까? 항상 의심하세요.

  • 소요유 ()

      뱀 가운데 다리 :  학부생들이 양자역학에서의 개념에 관심 있으면 슈뢰딩거의 표현보다는 폴 디랙의  '브라' & '켙' bra-ket notation으로 표현된 양자역학을 보시기 바랍니다. 물론 대부분의 양자역학책에서 슈뢰딩거의 해석학적 notaion을 따라가지만 가끔 소개되기도 합니다.  즉 '브라'벡타  (남학생들 이상한 상상 금지)  '<a|' 와 켙 벡타 '|a>' 를 쓰면 '푸사이'로 표현되는 아이겐 함수 보다 위의 제 설명이 좀더 명확하게 들어올 겁니다.  즉 실험으로부터 찾으려고 하는 물리량 p = <a|P|a> 여기서 P는 물리량 p와 관계되는 오퍼레이터로 수학적으로 계의  아이겐 함수 벡터 스페이스 (자연- 켙 벡타)에서  우리가 사는 리얼 스페이스의 값으로 변환해 주는 실험장치입니다. 

  • 소요유 ()

      대상이 되는 계의 수학적 표현인 아이겐 벡타 스페이스는 켙 벡타 ( |a> ), 리얼 스페이스는 브라 벡타 ( <a| )로 표현되겠죠. 정확하게 리얼 스페이스의 구성은 실험장치 (브라 벡타) + 관측자의 인식 및 실험행위 (오퍼레이터) 가 될겁니다.

  • 임호랑 ()

      tigerim입니다. 양자역학의 인식론에 대해서는 '춤추는 물리'나 '현대물리학과 동양사상'의 주장에 공감합니다. 인식을 떠난 절대적이고 객관적인 우주라는 것은 없다고 보는 입장입니다만, 동일한 양자역학적 개념이나 현상을 기술하는 방법에 여러가지가 있듯이, 우주를 이해하는 방법에도 여러가지가 있을수밖에 없고, 나아가 우리가 기술하려는 방법에 따라 여러가지 모습으로 나타나는 것이 우주라고 봅니다. 즉, 우리가 인식하기 전에는 어떻게 존재하는지조차 알 수 없고, 과연 실존하는지조차 알수 없는 것이 우주입니다. 심지어는 인식하기전에는 존재하지 않는다는 가설도 조심스럽게 검토해볼 필요가 있다고 봅니다. 이러한 관점이 현대양자역학에는 미흡합니다.

  • 과학도 ()

      임호랑님께.. 거론하신 책들의 저자 프리쵸프 카프라는 그 책들로 인해 학계에서 거의 매장되었죠. 당시 새로 떠오르던 그가 역설한 부트스트랩 이론등은 후에 그다지 대단치는 않다는 평가를 받겠되었고 그 외에도 지나친 비약들이 난무한다는게 대체로의 의견입니다. 그리고 말씀하신 사항은 분석철학자인 London&Bauer에 의해 1939년 "양자역학에서의 의식개입성"으로 처음 제기되어 유명한 주제입니다. 하지만.. 가볍게 말할 수 있는 사항은 아니겠죠. 계룡산에서 도닦는 사람들은 물리학하는 사람들을 전부 바보로 여길 수 있죠.

  • 소요유 ()

      저도 대학때 한때 카프라의 책에 매료된 적이 있었습니다.  그에따라 인도철학에서 주자학까지 동양철학들을 섭렵하기도 했었죠.  확실히 카프라가  본 양자 사이의 유사성은 있습니다.  그렇지만 이 것이 서양과학자들이 수백년간 걸쳐서 밝혀 놓은 과학적 사실들이 동양에서는 수천년전에 있었다고 간단하게 말할 수 있는 성질은 아닙니다.  전 여기에서 자연을 닮은 인간 의식구조의 보편성으로 보고 싶습니다. 

  • 소요유 ()

      즉 수천년간 인간 내면의 성찰을 통하여 자연에 대한 직관으로 만들어진  인간의 밑바탕 사고 구조가  같을 뿐이라고 볼 수 있습니다.  자연과학의 대상은 과학적 우주에 국한됩니다. 즉 유심론적인 대상은 아니라는 말입니다.  따라서 유사하게 보인다고해서 그 대상이 같은 우주라고 할 수 없습니다.  즉 카프라가 이야기하는 동양철학에서의 유사성이 과학적 실체로서의 자연을  나타낸다고 보기는 어렵습니다. 다만  동양철학적 접근은 사고의 유연성에 도움을 주다는 것만은 확실합니다. 이를테면  뉴톤이후 수백년동안 이어왔던 서양의 자연에대한 과학적 인식이 양자역학에 의하여  다른 각도로 볼 수있다는 문제는  서양과학에서 대상이되는 물리적 자연이 인간의 관념적인 의식 구조의하여 규정되는 것이아니라는 사실을 

  • 소요유 ()

      깨닫았다는 점은 제가 위에 소개한 선어에 나오는 관념에서 벗어나는 문제과 같은 맥락입니다.  제 느낌에 카프라가 잘못본 것은 결국 그가 동양철학의 껍데기만 본것 같습니다.  그가 인용한 노장이나 선이 추구하는 바는  직접적인 과학적인 자연 (형이하자)이 아니라  이를 받아드리는 인식을 틀 (형이상자)의 문제를 짚은 것입니다.

목록


과학기술Q&A

게시판 리스트
번호 제목 글쓴이 등록일 조회 추천
104 또 질문이염..^^; 댓글 8 강태희 05-15 4326 1
103 Linear fitting 곡선을 구하는 간단한 질문입니다. (급함 ^^) 댓글 9 궁금이 05-15 6370 3
102 어떤 책에 나온 문젠데염 갈켜주세염.. 댓글 13 강태희 05-14 5350 1
101 윤봉길 의사의 도시락 폭탄? 댓글 8 김덕양 05-12 6778 0
100 What is "follow-up system"?(nang-moo) Rustech 05-11 5459 0
99 multiverse 댓글 17 000 05-10 6016 0
98 cyclotron(함께 생각해 보실 분!!!) 댓글 7 백진태 05-10 6647 5
97 답변글 [re] cyclotron(함께 생각해 보실 분!!!) 노새 05-14 5746 0
96 답변글 [re] 이해가 안된다고 억지쓰지 마세요 노새 05-18 4053 0
95 답변글 [re] cyclotron(함께 생각해 보실 분!!!) 백진태 05-15 4972 1
94 답변글 [re] 이해가 안된다고 억지쓰지 마세요 백진태 05-18 4642 0
열람중 현대 과학의 인식 (* 이 글은 여기가 제격이겠어요) 댓글 9 소요유 05-09 7024 3
92 Programmable chips 댓글 16 화학자 05-08 5577 4
91 자신만의 사고법 같은게 있나요 ? 댓글 9 송세령 05-07 4928 2
90 [의견요청] 과학기술수준 향상과 이공계기피의 관계 댓글 22 박상욱 05-06 5413 0
89 가르쳐주세요... 댓글 2 학생인데 05-05 5591 0
88 아담의 존재이유 댓글 7 000 05-05 5940 0
87 [질문] 실리콘 표면의 원자배열 격자 구조? 재료쟁이를 위하여 05-03 8985 0
86 답변글 [re] 물질파에 있어서의 굴절률... 댓글 4 조범석 05-05 6890 0
85 [질문]물질파의 의미? 댓글 4 공대생 05-03 6928 0


랜덤글로 점프
과학기술인이 한국의 미래를 만듭니다.
© 2002 - 2015 scieng.net
모바일 버전으로 보기