미시 물리학의 물질문화

이 책의 목표는 이론 중심의 설명을 풀어내거나 고립된 실험상의 발견 하나하나에 대한 이야기를 수집하는 대신, 현대 물리에 이용된 기구들의 분석을 통하여 실험적 관습 근저(根底)에 자리 잡은 연속성을 드러내자는 데 있다. 나는 도구 제작에서 서로 필적하는 두 전통을 따라가고자 한다. 추상적으로 말하면 상(像) 전통은 논리 전통과 균형을 맞추며 점진적으로 변화된다. 구체적으로 나는 물리학의 미시(微視) 물리적 실재(實在)를 추구하고자 설계된 기구에 초점을 맞추겠다.(제1권 본문 63~64쪽) -피터 갤리슨

상(像)-논리(論理) 전통이 어떻게 따로 발전하다가 융합되었는지를 분석하다피터 갤리슨.
이 책은 ‘상’의 전통과 ‘논리’의 전통을 따르는 발전 과정과, 이들 도구를 이용한 자료 분석과 논증 과정, 이들 두 전통 사이의 관계와 두 전통이 서로 융합되는 과정에 대한 깊이 있는 과학 철학적 분석을 하는 데 목적이 있다. 이들 도구를 이용하여 ‘실험하기’와 자료 분석을 하는 연구자들, 그리고 이론 과학자와 실험 과학자 사이의 관계에 대한 문화적 측면도 고찰한다.
피터 갤리슨(Peter Galison)은 1977년 미국 하버드 대학을 졸업하고, 1983년 같은 대학에서 이론 물리학과 과학역사 전공으로 박사학위를 받았으며, 지금은 하버드 대학의 과학사와 물리학 교수로 있다. 그는 저술과 영화 작업을 통해 실험하기, 기기 장치, 이론으로 구성된 물리학의 세 하부 문화와 더 넓은 세계에서 물리학이 차지하는 위상 사이의 복잡한 상호작용을 탐구한다.
그는 1998년 그해의 가장 뛰어난 과학사 책『상(像)과 논리』를 출판한 공로로 ‘파이저상’을 수상한 것을 비롯해 1999년 ‘막스 플랑크 앤 훔볼트 슈티프퉁상’을 수상하고, 2017년 ‘파이스상’을 수상했으며, 2020년 블랙홀에 대한 첫 번째 영상을 캡처한 공로로 ‘기초 물리학에서의 획기적인 발견상’을 공동 수상했다.
실험-기구-이론이라는 자신의 3부작 중 기구로 미시 물리학의 물질문화 파악하기
갤리슨은 바로 작업장의 이러한 물리학 기계들, 즉 기구의 설계, 할당, 이용 그리고 폐기 등을 통제하려는 가운데서 이 책의 이야기가 전개된다고 말한다. 초라한 기구들과 연구소를 시끌벅적하게 하는 일상의 실제 장비들이 우리의 주제다. 튜브나 테이프 그리고 지나간 흔적 등을 그처럼 더 넓고 더 깊게 탐구함으로써 이 분야의 물질문화를 파악할 수 있다.
어떤 사람을 실험하는 사람이라고 부를 수 있을까? 무엇을 실험이라고 부를 수 있을까? 갤리슨이 기구에 초점을 맞춘 데에는 이유가 있는데, 그는 과학에서의 이론과 실험이 기구를 매개로 불연속적인 상호작용을 한다고 보았기 때문이다.한 가지 면에서 이 책은 실험하기가 변천되는 산 모습을 끈덕지게 끌고 가는 긴장에 대한 관찰이다. 이 책에서 내가 찾고 있는 것은 바로 가까운 데서 읽는 것들의 문화적 의미다. 바로 이런 기계와 자료, 그리고 해석이 잘 섞여서 실험과 실험학자의 범주가 정의되고 해체되고 재조립되어 확실하게 정해진다.(제1권 본문 43쪽)

갤리슨은 이 책에서 관점(觀點)을 뒤집고 도구, 실험, 기계 사이의 관계에 대한 개념이 너무 계층적임을 경고한다. 도구가 중심이 되고, 특정한 효과들에 대한 실험적 입증은 뒷전으로 밀려난다. 또한 중성 흐름(neutral currents)이 존재하는지 존재하지 않는지와 같은 실험 주제의 지속성을 추구하는 대신 물리학 장비의 지속성과 그 장비를 둘러싼 변화하는 실험 생활의 지속성에 관심을 갖는다. 『상(像)과 논리』는 실질적인 실험실과 그 실험실을 둘러싼 작업 세계의 역사적 성장을 겨냥하고, 물리학의 지식 기계를 둘러싸고 끊임없이 바뀌는 문화를 겨냥한다.
또한 갤리슨은 ‘교역 지대’라는 용어를 서로 통일성이 없는 실험, 이론, 기구를 하나로 묶어 주는 사회적, 물질적, 지적 모르타르로 간주하려 한다. 인류학자들은 교환하는 물건의 중요성은 물론 교역 자체에 대한 개념이 서로 다른 문화들이 교역을 통해서 다른 문화에 접하게 되는 과정을 잘 알고 있다. 인류학자들처럼 교역이라는 개념이 꼭 보편적인 통화(通貨)라는 개념을 미리 상정해야만 가능한 것이 아니라는 점을 인식하는 것이 중요하다고 강조한다.
물리학 현장에서의 기구에 대한 모든 것
이 책은 실험 결과와 이론 구성이 만나는 물리학 현장을 역사적으로, 역사 기술적으로, 철학적으로 이리저리 산책하는 형식을 취했는데, 총 9개의 장으로 되어 있다.
제1장에서는 구름 상자, 원자핵 에멀션이나 거품 상자와 같은 ‘상’의 전통에 해당하는 도구들과 가이거-뮐러 계수기, 체렌코프 계수기, 불꽃 계수기 등 각종 계수기, 불꽃 상자, 그리고 와이어 상자와 같은 ‘논리적’ 전통에 해당하는 기구에 대해 자세히 설명하고 분석했다.첫 번째 수소 거품 상자(1954). 여기서 다라 네이글이 로저 힐데브란트가 함께 만든 극저온 상자를 조정하고 있다(출처: 다라 네이글).흔적을 찾는 윌슨의 구름 상자(1911). 윌슨은 이 상자를 수십 년 동안 사용했다. 상자 자체는 유리 원통인데 찌꺼기 이온들을 “깨끗하게 치우기” 위해 코일 형태의 전기 도선이 부착되어 있다(출처: 케임브리지 대학의 캐번디시 연구소).제2장에서는 구름 상자에 대한 아이디어가 원래는 입자 물리학이 아니라 기상 현상에 관심을 가진 C. T. R. 윌슨에 의해 1895년 시작되었다는 것으로 시작해 구름 상자의 발명과 개발 과정, 그리고 구름 상자를 이용, 전하를 띠고 움직이는 입자의 궤적을 어떻게 추적하고 분석했는지를 서술한다.
제3장에서는 원자핵 에멀션(emulsion) 방법의 발달 과정을 설명하고 있는데, 특히 초창기에 에멀션 방법의 발전에 많은 기여를 한 여성 과학자 마리에타 블라우(Martietta Blau)로부터 이야기를 시작한다. 블라우는 에멀션 재료의 개발에도 기여했을 뿐만 아니라 매우 이른 시기인 1937년에 우주선(宇宙線)으로부터 나오는 기본 입자의 상을 얻는 데 성공하기도 했다.
제4장에서는 연구소 전쟁이라 하여 대학들 간의 유능한 물리학자 섭외를 둘러싼 뜨거운 경쟁, 공동 연구와 연구 활동의 조직, 그리고 전쟁 후와 관련된 물리학 문화를 다룬다.
제5장에서는 제3장의 소형 거품 상자로부터 시작해 로렌스 방사선 연구소에서 물리학자와 기술자들이 개발한 72인치 거품 상자를 이용하여 수행한 우주선 연구의 과정을 서술한다. 또한 인간을 대신하여 자료를 분석하는 기구로 휴-파우웰 기구와 훑기 측정 투영기의 개발 과정을 설명하면서 인간과 도구 사이의 관계를 묘사하는 한편, 수집한 측정 자료를 다시 수치 분석하는 컴퓨터 프로그램인 FORTRAN에 대한 설명을 덧붙인다.
제6장에서는 물리학 사회에서 ‘상’의 전통을 부정하는 움직임을 설명하면서 ‘논리’의 전통의 발전 과정으로 가이거 계수기, 뮐러 계수기 등의 부활과 불꽃 계수기와 체렌코프 계수기에서 전자 회로의 개발 과정을 묘사한다. 그러나 고에너지 과정을 다루는 현상에서 비탄성 충돌이 중요하다는 것이 알려지면서 계수기의 한계가 드러나고 거품 상자가 다시 주도권을 갖게 되었음을 설명한다.
그러다가 계수기가 지닌 빠른 분해능(分解能)의 유용성이 확인됨과 함께 전자 기계를 이용하는 불꽃 계수기의 개발과 이들이 활발하게 이용되는 과정을 기술하며 ‘상’의 전통과 ‘논리’의 전통이 서로 보완적 관계임을 강조한다.콘베르시와 고치니의 호도스코프 장치(1955). 1955년 3월 25일에 최초로 작동한 콘베르시와 고치니의 “호도스코프 상자”는 검은 종이로 포장한 유리관으로 구성되었다. (출처: 콘베르시와 고치니, 「전기적으로 펄스화된 트랙 상자와 불꽃 상자 기술의 기원」, 1971년 7월, AGP).MIT 방사선 연구소에서 슈윙거와 등가 회로 계산(1946). 슈윙거가 매일 마이크로파 영역에서 등가 회로에 대해 계산한 것은 그에게 실제적으로 유용하지 않은 물리량을 무시하거나 적분하여 제외시킴으로써 실제적으로 유용한 양을 계산할 수 있다는 감명 깊은 교훈을 얻게 했다(출처: 매사추세츠 공과대학, 『5년 동안』(1947), 34쪽).제7장에서는 입자 물리학 실험에 공동으로 참여하는 물리학자와 기술자의 역할과 이들 사이의 관계, ‘저자 되기’를 통해 거품 상자와 계수기의 관계를 설명하면서 입자 물리학 연구에서 현상의 조사, 자료 수집, 연구 그룹의 조직, 로렌스 버클리 연구소에 여러 대학이 참여해 공동 연구단을 구성했을 때의 조직에 관한 서술을 주로 한다.
제8장에서는 자료 해석과 관련해 특히 몬테 카를로 시뮬레이션이라고 알려진 시뮬레이션을 통하여 핵무기나 핵폭탄과 같은 현실에 대한 흉내 내기를 기술하면서 논리적 방법의 중요성을 설명한다.
제9장은 ‘교역 지대’라는 핵심어를 통해 이 용어가 실험하기와 이론 만들기, 그리고 도구 제작하기의 서로 통합되지 않은 전통들을 함께 결합시키는 사회적이고, 물질적이며, 지적인 모르타르로서 작용한다고 설명한다. 여기서 요점은 도구 지식이 전달되는 데는 여러 양식을 따른다는 것이다. 물리학의 서로 다른 하부 문화들 사이에서 불완전하지만 그래도 극히 중요한 조직화를 필연적으로 포착하기 시작하는 곳이 바로 그 교역 지대이기 때문으로 본다.
『상(像)과 논리』가 가지는 의미와 인류학적 해석의 문제
갤리슨은 통합되지도 않고 그렇다고 고립된 조각들로 쪼개지지도 않은 물리학의 묘사에 대해 더 상세하게 반영하고자 했다. 많은 전통들이 균질화되지 않고 서로 조정되기 때문에 물리학의 발전에서 이러한 복수 문화적 역사가 교대로 삽입되었다고 주장하는 것이다. 여기서는 인류학적인 해석이 관계된다. 왜냐하면 전체적 의미보다는 오히려 국지적 조정에 초점을 맞추면 기술자와 실험 과학자, 그리고 이론 과학자들이 서로 상호작용 하는 방법을 이해할 수 있기 때문이다. 마침내 나는 장소와 교환, 그리고 지식 생산 사이의 연결까지 도달했다. 그러나 단순히 실험적 정보와 전략들이 발생되는 장소로서 실험실을 바라보는 대신, 나의 관심사는 신념과 행동 사이의 국지적 조정이 일어나는 현장에 있다. 그것이 내가 교역 지대라고 부르는 영역이다.(제2권 본문 1263쪽)‘상’의 전통과 ‘논리’의 전통에 속한 도구를 이용한 ‘실험하기’와 자연의 본성을 ‘논증’을 통해 이해하는 과정에 대한 철학적ㆍ문화적 측면을 고찰함으로써 진정으로 ‘과학 하기’와 ‘과학자 되기’가 무엇인가를 보여준다는 점에서 예리한 분석과 폭넓은 고찰을 통해 저술된 1,000쪽이 넘는 이 책의 가치는 그 자체만으로도 매우 중요하다고 할 수 있다.
갤리슨은 이 책에서 1,000편이 넘는 참고문헌을 인용했으며, 200개에 가까운 그림과 사진, 도표를 수록했고, 우주를 이루고 있는 궁극적 구성 요소로서의 미시 물리적 실재인 기본 입자를 추적하기 위해 설계된 기구나 도구, 이를 이용하는 사람과 인적 조직에 대해 방대한 분량에 걸쳐 이야기한다.