현대 과학의 고전 『부분과 전체』 정식 한국어판
양자역학의 창시자가 펼쳐 놓는 원자물리학의 황금시대에 대한 일급 증언

우리 시대 대표적인 과학의 고전 『부분과 전체』의 증보개정판이다. 이번 판에는 기존 판의 크고 작은 몇 개의 오류를 바로잡았고, 특히 스웨덴 노벨 재단The Nobel Foundation의 호의적인 허락으로 1932년 노벨 물리학상을 수상한 하이젠베르크의 노벨 강연을 실었다. 하이젠베르크는 ‘양자역학의 발전’이라고 제목을 붙인 이 강연에서, 자신의 양자역학 연구가 고전 물리학으로는 도저히 설명할 수 없는 불연속적인 현상들을 보어의 대응 원리를 다듬어서 완벽한 수학 공식으로 확장하는 과정에서 탄생했음을 밝히고 양자역학이 향후 원자물리학과 우주 복사 양쪽 영역에서 놀라운 결과를 낼 것이라고 전망했다. 그리고 양자역학의 특성을 이해하기 위해서는 시각화와 객관화의 가능성을 더 많이 포기해야만 할 것이라고 생각했다. 양자역학이 물리학의 공리로 받아들여진 오늘날의 시각에서 자신의 양자역학에 대한 상세한 설명과 함께 과학이라는 거대한 지식 체계 안에서 양자역학이 조화롭게 융화될 것이라는 낙관적인 전망으로 마무리되는 하이젠베르크의 노벨 강연 ‘양자역학의 발전’은 전공자들에게는 매우 흥미로운 자료가 될 것이다.

『부분과 전체』는 ‘양자역학을 창시한 공로’로 노벨 물리학상을 수상한 베르너 하이젠베르크의 학문적 자서전이다. 한 과학자의 학문적 이력을 넘어 원자물리학의 황금시대에 대한 일급 기록이기도 한 이 책에는 원자라는 미시 세계를 이해하는 데 혁명을 일으킨 양자역학의 발전에 참여한 수많은 천재들의 캐릭터와 일화가 밀도 높게 기록되어 있다. 선지자적인 분위기를 풍기면서도 유머러스한 멘토 닐스 보어, 십대 때 상대성이론에 대한 논문을 발표한 수학 천재 볼프강 파울리, 상대성이론으로 과학자들의 상상력을 자극한 아인슈타인, 플랑크 상수로 유명한 독일 과학계의 정신적 지주 막스 플랑크, 양자역학의 난제를 우아한 수학으로 정식화한 슈뢰딩거, ‘헬골란트의 빛’을 통해 ‘자연이 그 깊은 곳에서 펼쳐 놓은 충만한 수학적 구조들’을 바라보며 아득함을 느끼는 저자 하이젠베르크 등 20세기 과학의 최고의 천재들이 펼치는 토론과 대화, 새로운 이론에 대한 다양한 사고실험 등은 학문이라는 것이 어떠한 과정을 통해 탄생하는지를 여실히 보여준다.

양자역학의 발전 과정뿐 아니라 이 책에는 과학에 관해서 못지않게 인간적, 철학적, 정치적인 다양한 문제들도 다뤄진다. 자연과학은 객관적 사실을 다루는 것으로 쉽게 생각되지만 하이젠베르크의 불확정성 원리나 닐스 보어의 상보성 원리 자체가 관찰하는 주체와 무관한 물질적 객체라는 개념이 관념적 추론에 불과하다는 것을 입증하고 있다. 그러므로 과학은 종교, 역사, 철학, 문학 등 인간 정신의 총체적인 활동과 따로 떨어져 있는 것이 아니라 그것들과 밀접한 연관을 맺고 있다는 것을 하이젠베르크는 강조한다. 엄밀한 과학적 진술만을 신봉하고 과학적으로 무의미한 형이상학적 진술을 부정하는 논리실증주의의 태도를 비판하는 하이젠베르크의 자세에서 독자들은 그가 과학지상주의라고 불리는 것과는 정반대에 위치하고 있다는 것을 알게 된다. 이 책의 집필 의도 가운데 하나가 자연과학이 정신과학의 일반적인 문제들과 불가분의 관계에 있다는 것을 드러내는 것이라고 하이젠베르크는 서문에서 밝히고 있기도 하다.

양자역학의 발전은 정신과학의 기존의 개념들을 재검토하게 만들었다. 불확정성 원리는 칸트의 인과율에 대한 절대성을 흔들었으며 아인슈타인으로 하여금 ‘신은 주사위 놀이를 하지 않는다’는 항변을 하게끔 만들고, 양자역학이 뉴턴 역학과 특수상대성이론처럼 물리학의 공리로 받아들여진 뒤에도 불구하고 끝끝내 그로 하여금 양자역학을 잠정적으로밖에 받아들일 수 없게 만들었다. 인간의 경험의 영역을 넘어서 있는 미시적 원자 세계에 대한 새로운 지식은 이제 ‘이해한다’는 말이 가지는 의미에 대한 근원적인 질문을 모든 학문에 던지고 있다.

하이젠베르크는 학문은 사람이 하는 것이고 사람들과의 대화를 통해 학문이 탄생한다고 했다. 이 당연하고도 자명한 전제를 책의 서두에서 강조하면서 이 책 전체를 그러한 사람들 간의 대화로 구성해 어떻게 학문 활동이 이루어지는지를 보여준다. 학문 활동뿐 아니라 그가 살았던 시대의 정치적 현안이었던 히틀러 집권과 두 번에 걸친 세계 대전과 원자폭탄 개발에 대한 생각을 비롯해 종교와 철학과 역사와 정치에 대한 흥미진진하고 사려 깊은 이야기들은 과학적 사고와 복잡한 현실의 감동적인 만남을 선사한다.

이번 『부분과 전체』의 정식 한국어판은 최신판 독일 원전을 꼼꼼히 옮기고 전공 학자가 감수를 맡고 내용에 대한 이해를 돕는 각주를 추가했다. 낯선 물리학 용어들과 철학 용어들을 최대한 일반인들의 언어로 풀어 설명해 이해를 돕고자 했고 생생한 대화의 내용을 살리는 문체로 가독성을 높였다. 해제를 통해서는 책 속에서 생략된 저자 하이젠베르크의 삶의 다른 일면과 함께 전체적인 주제에 대한 보완 설명을 시도했고 연표로 양자역학의 개괄적인 발전 과정을 실었다.

우리가 살고 있는 이 세상과, 우리를 둘러싸고 있고 그 속에서 살며 또 그 세상에 영향을 주고 있는 우리의 삶을 생각해보려는 사람들에게 이 책은 학문과 사고, 그리고 삶에 대한 듬직한 길잡이의 역할을 할 것이다.

독일의 이론물리학자로 미시적인 세계를 지배하는 근본 법칙인 양자역학의 개척자 중 한 명이다. 괴팅겐 대학 시절 닐스 보어의 강의를 듣다가 사제 관계를 맺었고 이후 평생의 학문적 동지로서 깊은 친교를 맺었다. 1927년 라이프치히 대학의 이론 물리학 교수가 되었고 이후 라이프리치 대학을 독일 물리학의 중심지로 만들었다. 불확정성 원리를 제창해 양자역학에 대한 해석을 확립했고 1932년 양자역학을 창시한 공로 등을 인정받아 노벨 물리학상을 수상했다. 1933년 독일 최고의 물리학적 명예인 막스 플랑크 메달을 받았다. 제2차 세계대전 중에는 독일 우라늄 계획의 실질적인 지도자가 되었는데 나치 지도자들에게 인적, 경제적 자원의 부족으로 1945년 이전에는 원자폭탄 생산이 어렵다는 견해를 밝혀 결과적으로 나치는 원자폭탄 개발을 포기했다. 전후 독일 과학의 재건에 힘을 기울여 1946년부터 1970년까지 막스 플랑크 천체물리학 연구소 소장을 역임했고 1953년부터 사망 직전까지 훔볼트 재단의 총재로 있었다. 1957년 저명한 독일의 17명의 핵물리학자와 함께 독일의 핵무장을 반대하는 [괴팅겐 선언]을 주도 했다. 등산과 하이킹, 클래식 음악을 즐겼으며 뛰어난 피아니스트이기도 했던 하이젠베르크는 1976년 신장과 방광의 암으로 자택에서 사망했다.

서문

1 원자 이론과의 첫 만남(1919~1920)
2 물리학을 공부하기로 결심하다(1920)
3 현대 물리학의 ‘이해’라는 개념(1920~1922)
4 정치와 역사에 대한 교훈(1922~1924)
5 양자역학과 아인슈타인과의 대화(1925~1926)
6 신대륙으로 떠나는 길(1926~1927)
7 자연과학과 종교의 관계에 대한 첫 번째 대화(1927)
8 원자물리학과 실용주의적 사고방식(1929)
9 생물학, 물리학, 화학의 관계에 대한 대화(1930~1932)
10 양자역학과 칸트철학(1930~1932)
11 언어에 대한 대화(1933)
12 혁명과 대학 생활(1933)
13 원자 기술의 가능성과 소립자에 대한 토론(1935~1937)
14 정치적 파국에서의 개인의 행동(1937~1941)
15 새로운 시작을 향해(1941~1945)
16 과학자의 책임(1945~1950)
17 실증주의, 형이상학, 종교(1952)
18 정치적 논쟁과 과학적 논쟁 (1956~1957)
19 통일장 이론(1957~1958)
20 소립자와 플라톤 철학(1961~1965)

노벨상 수락 강연 양자역학의 발전
해제
〈부분과 전체〉와 연관된 원자물리학 연표
옮긴이의 말