다음은 《사이언티픽 아메리칸 Scientific American201308월호에 실린 독일 빌레펠트 대학교(Universität Bielefeld; 2000년에서 2010년까지는 브레멘 대학교 Universität Bremen에서 재직했음) 철학과 마이나르트 쿨만(Meinard Kuhlmann, 물리철학, 과학철학, 경제물리학, 1967-) 교수의 글 초반부입니다. 이 글은 세계를 구성하는 물질(matter)의 근본 속성에 대해 양자장 이론(Quantum Field Theory, QFT)의 견지에서 고찰하는 글인 듯합니다. 원문 전부를 입수하지 못했기 때문에, 《Scientific American》 누리집에 공개된 초반부만 번역해서 올려봅니다.

혹시 이 원문의 전문을 어떻게 입수할 수는 없을까요? 독자 여러분들의 도움을 바랍니다. 유물론(materialism, 물질주의, 물질론)과 물리주의(physicalism), 그리고 자연주의(naturalism)에 관한 논의에 어떤 시사점을 던져줄 수도 있는 글이라 생각됩니다. 전문을 구해서 꼭 읽어보고 싶네요. 

 
 

Physicists Debate Whether the World Is Made of Particles or Fields--or Something Else Entirely

Physicists speak of the world as being made of particles and force fields, but it is not at all clear what particles and force fields actually are in the quantum realm. The world may instead consist of bundles of properties, such as color and shape

By Meinard Kuhlmann | August 1, 2013


물리학자들의 논쟁 ― 세계는 과연 입자와 장으로 이루어진 것일까, 아니면 전혀 다른 그 무엇으로 이루어진 것일까?

물리학자들은 세계가 입자와 역장(힘마당, force fields)으로 이루어져 있다고 말하지만, 양자 영역에서의 입자와 역장이 실제로 무엇인지는 전혀 밝혀지지 않았다. 세계는 그 대신에 색깔과 형태와 같은 속성들의 묶음들로 구성돼 있을지도 모른다. 

마이나르트 쿨만(Meinard Kuhlmann)


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Image: Travis Rathbone
Source: Scientific American 


It stands to reason that particle physics is about particles, and most people have a mental image of little billiard balls caroming around space. Yet the concept of “particle” falls apart on closer inspection. Many physicists think that particles are not things at all but excitations in a quantum field, the modern successor of classical fields such as the magnetic field. But fields, too, are paradoxical. If neither particles nor fields are fundamental, then what is? Some researchers think that the world, at root, does not consist of material things but of relations or of properties, such as mass, charge and spin.

당연한 얘기지만, 입자물리학은 입자에 관한 과학이고, 사람들 대부분은 입자들은 작은 당구공처럼 공간 속을 이리저리 돌아다닌다고 생각한다. 그러나 아주 자세히 파고들면 “입자” 개념은 성립하지 않는다. 많은 물리학자들은 입자는 물체(things)가 전혀 아니고 자기장(자기마당)과 같은 고전적 장의 현대적 계승 개념인 양자장(양자마당) 속에서의 들뜬 상태(excitations, 여기勵起 상태, 흥분 상태)라고 생각한다. 하지만 장(마당) 개념 또한 역설적이다. 만약 입자도 장도 근본적인 것이 아니라면, 무엇이 근본적인 것일까? 일부 학자들은 우주는 근본적으로 물리적 실체들(material things)로 구성돼 있지 않고 질량, 전하, 스핀과 같은 관계들(relations)이나 속성들(properties)로 구성돼 있다고 생각한다.


Physicists routinely describe the universe as being made of tiny subatomic particles that push and pull on one another by means of force fields. They call their subject “particle physics” and their instruments “particle accelerators.” They hew to a Lego-like model of the world. But this view sweeps a little-known fact under the rug: the particle interpretation of quantum physics, as well as the field interpretation, stretches our conventional notions of “particle” and “field” to such an extent that ever more people think the world might be made of something else entirely. 

물리학자들은 통상적으로 우주가 역장(힘마당)을 통해 서로 밀고 당기는 아주 작은 아원자 입자들로 만들어졌다고 기술한다. 그들은 자신들의 연구 분야를 “입자물리학”, 그 연구 장치를 “입자 가속기”라 부른다. 그들은 레고 블록 같은 우주 모형을 믿는다. 그러나 이 우주관은 덜 알려진 미지의 사실들은 덮어버린다. 즉 양자물리학의 장 해석뿐만 아니라 입자 해석에 따르면 “입자“와 “장”에 관한 우리의 통상적 개념은 우주가 입자나 장과는 완전히 다른 그 어떤 것으로 이루어져 있다는 한층 더 유력한 생각으로 확대되는데, 이에 대해선 말이 없다는 것이다.


The problem is not that physicists lack a valid theory of the subatomic realm. They do have one: it is called quantum field theory. Theorists developed it between the late 1920s and early 1950s by merging the earlier theory of quantum mechanics with Einstein's special theory of relativity. Quantum field theory provides the conceptual underpinnings of the Standard Model of particle physics, which describes the fundamental building blocks of matter and their interactions in one common framework. In terms of empirical precision, it is the most successful theory in the history of science. Physicists use it every day to calculate the aftermath of particle collisions, the synthesis of matter in the big bang, the extreme conditions inside atomic nuclei, and much besides. 

문제는 물리학자들에게 유효한 아원자 영역 이론이 없다는 사실이 아니다. 사실 그들에겐 양자장(양자마당) 이론이라는 하나의 이론이 있다. 이론가들은 1920년대 후반에서 1950년대 초반 사이에 양자역학의 초기 이론에 아인쉬타인(아인슈타인)의 특수 상대성 이론을 통합해 양자장 이론을 개발했다. 양자장 이론은 입자물리학의 표준 모형(Standard Model)에 개념적 기반을 제공하는데, 그 표준 모형은 물질의 근본 구성 요소들과 그 상호작용을 하나의 동일한 틀 속에서 기술한다. 실험적 정확성에서 볼 때, 그것은 과학사에서 가장 성공적인 이론이다. 물리학자들은 그 모형을 이용해 입자 충돌의 결과(여파), 대폭발(big bang) 이론에서의 물질의 합성, 원자핵 내부의 극한 조건들, 그 밖의 많은 것들을 손쉽게 계산해낸다.


So it may come as a surprise that physicists are not even sure what the theory says—what its “ontology,” or basic physical picture, is. This confusion is separate from the much discussed mysteries of quantum mechanics, such as whether a cat in a sealed box can be both alive and dead at the same time. 

This article was originally published with the title What Is Real?. 

그럼에도 놀랄 만한 사실은 물리학자들이 그 표준 모형 이론이 말하는 바가 정확히 무엇인지, 즉 그것의 “존재론”이나, 그것이 그리는 근본적 물리 세계의 그림이 무엇인지에 대해서는 그다지 확실하게 알지 못한다는 것이다. 이러한 혼란 상태는 밀봉된 상자 속의 고양이가 삶과 죽음의 상태에 동시에 존재할 수 있느냐 하는 문제와 같은, 논란이 무성한 양자역학의 신비들과는 별개의 문제다. 

이 글은 원래 “무엇이 실체인가?”라는 제목으로 발표되었던 것이다. 






Scientific American - August 2013 
Scientific American August 2013 Issue 
Source: Pdfmagazines.org