1장 자주문예운동의 철학적 기초-(1)과학의 발전과 철학의 방법론20011001

제 1 장 자주문예운동의 철학적 기초
(1)과학의 발전과 철학의 방법론
1) 사진과학의 블랙홀–상반칙 불궤법칙
2) 양자역학이 밝힌 빛의 이중성
3) 불확정성원리
4) 상보성

(1)과학의 발전과 철학의 방법론
1) 사진과학의 블랙홀–상반칙 불궤법칙
상반칙 불궤란 말을 들어 보셨습니까?
아주 어둡거나 밝아서 사진기의 셔터속도가 1초 이상으로 느려지거나 1/1000초 이하로 빨라지면 적정노출이 적용되지 않아 확률이나 감에 의해서만 사진을 찍을 수밖에 없습니다. 그래서 상호간의 법칙에 반해서 예측할 수 없는 이 현상을 상반칙 불궤라는 일본식 개념을 사용하게 되었습니다. 이런 것을 연구하는 분야가 광화학입니다. 사진은 광화학의 도움으로 이 현상을 몇 가지로 설명할 수 있습니다. 1초 이상의 느린 속도에서 일어나는 저조도상반칙과 1/1000초 이하에서 일어나는 고조도 상반칙으로 나누어 설명됩니다. 저조도상반칙은 필름의 금속은이 빛에너지를 받아서 전자상태가 되어 서로 돌아다니는 전자와 결합, 새로운 금속은을 만들므로서 사진의 잠상이 형성되는데 이 과정에서 오랜 시간 빛에너지에 노출되다 보니까 1차로 형성된 잠상이 다시 전자 상태로 돌아가 버려서 잠상 형성이 예측불허가 되어버리는 것입니다. 고조도 상반칙은 너무 짧은 시간 동안 빛 에너지와 작용해야 하기 때문에 금속은이 전자상태가 되어 서로 돌아다니다가 결합할 시간적 여유를 주지 않아 결국 잠상 형성에 실패할 확률이 많아져 예측불허가 되는 것입니다.
광화학에서는 이 정도의 설명으로도 오차 범위에서 크게 문제되지 않기에 더 깊이 있는 원인을 찾으려면 더 세밀한 영역인 양자역학으로 옮겨야 합니다.

2) 양자역학이 밝힌 빛의 이중성
양자역학이 어떻고…, 갈수록 어려워지죠? 하지만 어려운 만큼 재미도 있을 것입니다.
양자역학은 아주 미세한 세계에 관한 법칙을 다루는 학문입니다. 그에 비해 고전역학은 우리 눈으로도 확인할 수 있는 큰 세계에 대한 얘기입니다. 예를 들면 피사의 사탑에서 사과를 떨어뜨리나 쇳덩어리를 떨어뜨리나 중력법칙은 똑같이 작용한다는 것을 밝힌 것이 고전역학의 성과라면 원자핵을 향해 전자가 한 단계씩 떨어질 때마다 전혀 다른 법칙이 작용된다는 사실을 밝힌 것이 양자역학의 성과입니다. 이런 사실이 도대체 우리 생활과 어떤 관련을 가질까요. 양자역학은 독일에서 태어났고 산업대국이 되는데 기초이론이 되었으며 그 자만이 히틀러의 파시즘으로 발전되었습니다. 어쨌든 양자라는 개념의 발견은 한참 철강산업에 투자를 집중하던 독일의 어느 제철소 용광로를 관찰하던 비쩍 마른 과학자 빈이라는 청년에 의해서였습니다. 빈은 용광로에서 쇳물이 온도가 올라갈수록 붉은 색에서 황색으로 다시 흰색으로 변하는 것을 보았습니다.

빛은 일종의 파장인데
* 파장(람다λ)—– 마루와 마루사이
* 진동수(뉴ν)—– 1초동안 파동의 마루가 통과하는 수
* 파동속도( v )— 파장×진동수
파장이 길수록 붉은빛 짧을수록 푸른빛을 띄게 되니까, 고체의 온도, 즉 에너지 양이 증가할수록 진동수도 증가한다는 것입니다.

왜 쇳덩이는 어느 온도가 되면 붉게 빛나고, 또 다른 온도에서는 푸르게 빛날까요?
이에 대한 답은 최종적으로 막스 플랑크라는 나이든 과학자 의해 1900년 크리스마스날 발표되었습니다. 그것은 불연속성을 지닌 에너지 덩어리(양자)라는 가설을 통해 증명됐습니다. 즉 어떤 진동수를 가진 파장은 어느 온도 이상이 아니면 일어날 수 없게 된다는 것이지요. 다시 말해 여러 가지 진동은 각각 어느 온도 이하에서는 동결되기 때문에 어떤 온도에서는 붉은빛만 어떤 온도에서는 푸른빛만 나타나게 되는 것입니다. 사진에서는 어두운 빛으로 사진을 찍을 때(셔터속도 1초 이하) 왜 눈으로 보는 자연 색과 사진으로 찍히는 색이 다른가에 대해 설명할 수 있게 됩니다.
이 가설은 다음과 같이 표시됩니다.

E = h ν ( h = 6.6 * 1027 erg.sec 플랑크 상수)

이것은 빛의 입자적 성질을 증명합니다.
1905년 아인시타인은 빛은 에너지를 가진 입자(광양자)의 흐름이라는 가설을 세워서 광전효과를 거뜬히 설명했습니다. 광전효과라는 것은 빛이 금속 면에 부딪치면 거기서부터 전자가 튀어나오는 현상입니다. 그때 튀어나오는 전자수는 부딪치는 빛이 강할수록 많고, 진동수가 큰 빛이 부딪칠수록 빠른 전자가 튀어나옵니다. 그리고 실험에 의하면 금속의 종류에 따라 빛의 진동수가 어떤 값 이상이 되지 않으면 아무리 강한 빛을 째여도 전자는 튀어나오지 않습니다. 이는 적외선이 일반 필름에서는 전혀 찍히지 않는 것과 같은 이치입니다. 이것은 전자가 금속 밖으로 튀어나오기 위해서는 얼마간의 일을 해야하므로 최저 그것에 필요한 에너지를 주어야 한다고 생각하면 됩니다. 그러나 빛의 입자성은 왜 빛에 의해 상이 맺히는지, 할레이션이나 이라데이션과 같은 현상이 왜 생기는지에 대해서는 전혀 설명을 하지 못했습니다. 상이 맺히는 것은 고전적인 파동성으로 설명되었습니다. 그러나 후자는 좀 복잡했습니다. 입자(광양자) 자체도 파동성을 갖는 사실은 드브로이라는 사람에 의해 밝혀졌습니다. X선을 금결정에 통과시키거나 반사시켜 본 결과 회절현상이 일어나는 것을 사진으로 찍을 수 있었습니다. 이로써 빛(또는 양자)은 입자성과 파동성을 동시에 갖고 있다는 사실이 밝혀지게 되었습니다. 이 사실은 과학과 철학사에 일대 혼란을 초래하게 됩니다.

3) 불확정성원리
입자성은 운동량과 관계가 있고 파동성은 전자의 위치와 관계가 있습니다. 전자가 만일 야구공 만한 크기일 땐 한 위치에서 다른 위치로 날아갈 때 운동량이 얼마나 변하는지 알 수 있을 것입니다. 그러나 실제로는 상상할 수 없을 정도로 작은 크기이기 때문에 전자를 관측하려면 반드시 입자를 입자가속기에서 산란시켜야 합니다. 야구공에서는 관측에 따른 산란을 고려할 필요가 전혀 없지만 전자입자에서는 관측에 따른 산란을 반드시 고려해야합니다. 측정정밀도에 한계가 있어서 빛의 운동량이 클수록, 즉 파장이 짧을수록 전자운동량의 불확정성이 커집니다. 전자위치의 불확정성과 운동량의 불확정성과는 한편을 작게 하면 다른 편이 커집니다. 따라서 “위치와 운동량과는 동시에 정확하게 측정할 수 없다” 이것이 하이젠베르크의 불확정성 원리입니다. 이같은 현상은 결국 빛의 이중성에서 비롯되는데 전자위치의 불확정성은 파동성과 관계가 있고, 운동량의 불확정성은 입자성과 관계가 있습니다.

4) 상보성
양자역학에서 이같은 사정을 코펜하겐 학파의 보어는 상보성이란 말로 표현하였습니다. 즉 동일대상에 대해 서로 상극이 되는 실험이 서로 보완하여 비로소 그 대상에 대한 설명이 가능할 때 이들 개념은 서로 상보적이라고 합니다. 위치와 운동량, 시간과 에너지, 입자성과 파동성이 모두 서로 상보적인 양입니다. 에를들면 입자성을 나타내는 실험과 파동성을 나타내는 실험과는 서로 방해되는 일없이 실험할 수는 없는 것입니다. 입자라고 해도 그것은 위치와 운동량을 동시에 결정할 수 없고 파동이라 해도 위상과 진폭을 동시에 결정 할 수 없습니다. 이것들이 상보되어 비로소 완전 한 개념을 형성하는 것입니다.

이전까지 물체=물질로 이해되었던 견해는 양자의 발견으로 부정되게 되었습니다. 일부 철학자들은 양자의 존재나 양자의 이중적 속성(입자성, 파동성)등이 논리적 가설을 통해 밝혀진 사실을 들어 사람의 의식이 물질의 새로운 형태를 창조한다는 주장을 펼치기도 했습니다. 그러나 양자의 존재나 그 속성은 그것이 실제로 존재하기에 논리적으로 인식 될 수 있는 것이며, 또 광전효과나 격자를 통과하는 양자의 회절사진등이 어떻게 찍혀질 수 있었겠는가? 그러나 양자의 발견등 현대과학의 성과는 물질이 단순히 사람의 의식과 독립된 객관적 실재라는 사실만을 확인시켜 주는데 그치지 않습니다. 미시세계라는 범위 내에서 양자를 이루는 요소들 에너지, 파장, 진동수, 빛속도, 운동량 등이 어떤 관계로 연관되는가에 따라 다양한 속성을 나타내며, 이러한 연관관계와 그 속에서 나타나는 속성은 계속해서 새롭게 밝혀 질 것이라는 사실입니다.
물질 세계에 대한 고전적 정의가 물질이 의식과 독립된 객관적 실재라는 존재 상태를 해명하는데 머물렀다면 현대에 와서는 물질의 다양한 존재 형태와 이들 형태간의 연관관계가 맺는 물질의 구조, 그리고 물질이 연관관계를 맺으며 운동해나가는 원인인 물질의 속성에 대한 견해까지 밝히게 되었습니다. 현대의 철학은 체계라는 범주를 발견함으로써 물질세계에 대한 심화된 견해를 갖게 되었습니다.