본 소고(小考)는 ≪주역≫의 철학사상과 양자역학 철학적 개념의 유사성을 연구하여 ≪주역≫ 철학사상의 ‘과학성’을 방증하고, 현대과학과 양자역학의 연구 현황을 통해 얻은 교훈을 근거로 ≪주역≫ 철학사상에 대한 인식 태도의 전환과 활발하고 다원적인 관점의 연구활동 방안을 마련하고자 한다. ≪주역≫은 우주 만물을 象･辭･爻･數에 부호모형의 64괘로 ‘取象比類’하고 학문의 각 분야에서 64괘의 연구를 하고 있다. 물리학(physics)은 현대과학의 근본으로 우주 만물을 이루고 있는 구성요소의 유형과 운동에너지를 관찰 연구하는 학문이다.BR ≪주역≫과 양자역학 연구는 출발 시점의 時･空間과 접근방법은 달리하고 있으나, 연구의 궁극적 지향점과 담겨있는 철학적 사고의 본질은 유사하다. 양자역학은 원자핵(＋) 주변을 움직이는 전자(-)와 중성자의 위치나 운동량을 관찰하고 그들 상호 관계를 분석하여 ‘양자도약, 불확정성과 상보성, 양자얽힘’ 등의 이론을 발표하였다. ≪주역≫철학사상에 ‘갈 곳이 있으면 이롭다’라는 변화에 의한 ‘항상 됨’의 의미는, 양자역학의 ‘운동에너지’와 같은 理致이다. ≪주역≫의 철학사상과 양자역학의 철학적 개념은 ‘운동 즉 변화’라는 공통의 본성을 지닌 과학성을 지니고 있다. 그러나 동양의 제도권이나 사회 지도층에서는 ≪주역≫ 철학사상을 ‘직관적이며 비과학적인 점술’로 평가 절하하는 사례가 최근에도 발생하고 있다. 그런데도 과학 종주국인 서구에서는 ≪주역≫ 철학사상의 본질 속에 담겨있는 ‘과학성’을 인정하고 자연과학의 한계와 문제점을 ≪주역≫ 철학사상의 연구를 통해 극복하고 보완해 가는 경향이 증가하고 있다. 본 소고는 ≪주역≫ 철학사상과 양자역학의 철학적 개념이 유사함을 고찰하고 양자역학 연구 현황분석에서 얻은 교훈을 거울삼아 ≪주역≫ 철학사상의 ‘과학성 방증, 인식의 전환, 연구의 활성화’ 방안을 마련코자 한다.
본 소고(小考)는 ≪주역≫의 철학사상과 양자역학 철학적 개념의 유사성을 연구하여 ≪주역≫ 철학사상의 ‘과학성’을 방증하고, 현대과학과 양자역학의 연구 현황을 통해 얻은 교훈을 근거로 ≪주역≫ 철학사상에 대한 인식 태도의 전환과 활발하고 다원적인 관점의 연구활동 방안을 마련하고자 한다. ≪주역≫은 우주 만물을 象･辭･爻･數에 부호모형의 64괘로 ‘取象比類’하고 학문의 각 분야에서 64괘의 연구를 하고 있다. 물리학(physics)은 현대과학의 근본으로 우주 만물을 이루고 있는 구성요소의 유형과 운동에너지를 관찰 연구하는 학문이다.BR ≪주역≫과 양자역학 연구는 출발 시점의 時･空間과 접근방법은 달리하고 있으나, 연구의 궁극적 지향점과 담겨있는 철학적 사고의 본질은 유사하다. 양자역학은 원자핵(＋) 주변을 움직이는 전자(-)와 중성자의 위치나 운동량을 관찰하고 그들 상호 관계를 분석하여 ‘양자도약, 불확정성과 상보성, 양자얽힘’ 등의 이론을 발표하였다. ≪주역≫철학사상에 ‘갈 곳이 있으면 이롭다’라는 변화에 의한 ‘항상 됨’의 의미는, 양자역학의 ‘운동에너지’와 같은 理致이다. ≪주역≫의 철학사상과 양자역학의 철학적 개념은 ‘운동 즉 변화’라는 공통의 본성을 지닌 과학성을 지니고 있다. 그러나 동양의 제도권이나 사회 지도층에서는 ≪주역≫ 철학사상을 ‘직관적이며 비과학적인 점술’로 평가 절하하는 사례가 최근에도 발생하고 있다. 그런데도 과학 종주국인 서구에서는 ≪주역≫ 철학사상의 본질 속에 담겨있는 ‘과학성’을 인정하고 자연과학의 한계와 문제점을 ≪주역≫ 철학사상의 연구를 통해 극복하고 보완해 가는 경향이 증가하고 있다. 본 소고는 ≪주역≫ 철학사상과 양자역학의 철학적 개념이 유사함을 고찰하고 양자역학 연구 현황분석에서 얻은 교훈을 거울삼아 ≪주역≫ 철학사상의 ‘과학성 방증, 인식의 전환, 연구의 활성화’ 방안을 마련코자 한다.
‘양자인문학 시론(試論)’이라는 제목의 이 글은 4차 산업혁명으로 불리는 제2차 기계시대를 맞이하여 고전역학과 다른 새로운 물리학적 세계상을 보여준 지난 백년의 양자역학의 핵심 개념과 논제들을 인문학의 관점에서 바라보고, 그것이 지닌 파급력과 융합 가능성을 필자의 용어인 ‘양자인문학’이라고 하는 새로운 시선에서 고찰하였다. 본고의 목적과 내용, 방법은 다음과 같다. 목적은 양자역학의 중요한 논제들을 인문학의 관점에서 생각하여 물리학 관련 인문융합 연구의 영역을 확장한다. 내용은 관계론적 해석에서 측정의 중요성, 파동-입자 이중성 등 양자역학의 관건적 개념과 논제들의 인문융합적 파급과 확장을 시론적으로 제시한다. 방법은 우리가 살고 있는 세계와 우주에 대한 학제적 장벽에 구속되지 않는 질문과 해석을 통해 보다 확장된 세계 이해에 다가가도록 한다. 본고의 주안점을 요약한다. 인문학과 과학의 융합의 추세 속에서 ‘양자인문학’이라는 새로운 학제를 제안한 이글은 세계 규명의 새로운 성과인 양자역학의 특징들을 인문학으로 연결시켜 미래 지향적 삶의 기반을 다지려는 의도로 시범적으로 작성되었다. 양자역학의 중요한 특징들의 이면에 자리하고 있는 플랑크상수가 야기하는 시공 불연속성과 파동-입자의 상태변화, 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학 관계론적 해석의 철학적 의미, 양자장의 다양한 방면으로의 응용·확장에 중점을 두어 논의를 전개하였다. 장별 내용을 요약한다. 제2장에서는 과학기술시대 인문학의 연구 확장의 필요성에 대해 기술했다. 제3장 양자역학의 주요 논제들에서는 (1) 양자역학의 특징과 핵심 개념에서 ➀ 불확정성 원리, ➁ 양자 중첩, ➂ 양자 얽힘을 설명했다. (2) 세계를 바라보는 상이한 관점들에서는 실재의 문제와 관련하여 실재론과 실증론, (3) 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학의 관계론적 해석을 집중 조명했다. 제4장은 양자인문학의 확장과 적용 가능성을 물리학적으로 또 철학적으로 논했다. 특히 측정과 동시에 파동에서 입자로 변하는 양자역학의 기이한 상태전이를 중심으로 양자시공간의 다양한 해석학적 의미를 보았다. 또한 필자의 전자오락 및 BTC 가격창 변화 같은 전자 관측 실험을 통하여 파동적 중첩과 입자적 발현의 다양한 분야로의 확장과 응용 가능성을 제시하였다. 그 내용들은 양자시공간론의 물리학적 토대와 양자시공간의 다양한 철학적·해석학적 도표, 플랑크상수(ℎ)에 내재된 양자 다발의 불연속성이 초래하는 파동적 비시간으로부터 입자적인 시간의 생성론, 그리고 양자장론에 입각한 양자인문학의 확장 전망이다. 지난 20년간 필자가 수백 권의 물리학 책을 읽은 후 본고를 통해 창의적으로 시도한 ‘양자인문학’의 새로운 학제적 정초와 다양한 확장의 필요성에 대한 논의들이, 관심 독자의 심화 논의를 통해 인문학 연구의 새로운 돌파를 이루어내면 좋겠다.
지금 물리학은 새롭게 형이상학과 동양의 철학으로 그 눈을 돌리고 있다. 우주의 등방성과 상호 싸안음의 세계를 단테의 신곡에서 구하거나, 오늘 양자론(量子論)의 기원을 데모크리토스의 원자론에서 찾는 것이다. 보이지 않는 근원, 이에 관하여 과거와 현재, 동양과 서양 그리고 과학과 철학의 만남을 통해 과연 또 다른 이해는 가능할 것인가.‘meta-physics’란 물리학 아니 물질 너머의 본질에 관해 묻는다. 그리고 지금 양자(量子)라는 새로운 차원과 상태에 대한 이해는 현대물리학의 핵심적인 과제로 등장하고 있다. 하지만 ‘양자란 무엇인가?’라는 질문에, 그 누구도 이를 안다고 말하지 못하는 상황이다. 그런데도 현대문명의 90% 이상은 양자역학에 의존한다. 하지만 양자론에서 말하는 양자상태는 그 자체로 일반적인 논리와 현실적 합리성을 넘어서 있다. 양자터널에 양자 점프, 얽힘과 중첩의 이중성 및 대칭의 문제 등등, 모든 것이 멀게만 느껴진다. 물리학 내에서도 상당한 논란이 있다. 그것은 양자를 소립자로 보는 그룹과 끈으로 보는 연구진과의 충돌이다. 여기에 정보라는 개념 또한 주된 쟁점으로 떠오르지만, 아직은 그 무엇도 확실하게 알고 있지 못하다. 이럼에도 전통적인 형이상학은 물리학적 양자론에 오히려 그 자리를 내주고 있다. 합리적 상황과 다른 본질의 세계가 있다는 양자 세계관이 자리 잡은 것이다.이에 동양의 세계 이해에 나타난 태극ㆍ음양(太極ㆍ陰陽)의 개념을 말해본다. 대칭(Symmetry)이란 양자물리학의 주제와 많은 유사성을 지니기 때문이다. 더하여 양자(量子)가 지닌 이중성과 불확정성 그리고 얽힌 상태 등은 『역』 「계사(繫辭)」에서 말하는 ‘사(辭)ㆍ변(變)ㆍ상(象)ㆍ점(占)’의 이해와 연결해볼 수도 있다. 따라서 단순히 철학과 물리학의 용어 차이를 넘어, 세계관의 측면에서 상호 검토해볼 필요를 느끼는 것이다. 이는 세계의 본질과 현상을 올바로 이해하기 위해서라도 필요하다고 생각된다. 물질문명의 발전은 앞으로도 물리학의 발전과 공학적 응용에 의존할 것이다. 하지만 인간 삶의 이유와 근원에 대한 이해는 결국 철학의 세계에 기댈 수밖에 없다. 아무쪼록 과학적 발견들이 보편 상식으로 변하여, 많은 사람이 과학과 철학의 만남이 불가능하지 않음을 이해하는 계기가 되기를 바란다.
본 논문은 웬트의 양자역학에 대한 연구를 높이 평가함과 동시에 그 한계를 논하고 있다. 특히 웬트의 양자역학에 대한 설명이 너무 복잡하여 설득력이 떨어질 수도 있다는 것과 양자역학에 대한 연구는 참여적 인식론과 규범적 논의가 부각될 수밖에 없는데 그 부분에 대해 웬트가 침묵하고 있는 것을 지적하고 있다. 그와 같은 논의를 바탕으로 본 논문은 웬트의 한계를 넘어 좀 더 ‘과감하고’ ‘창조적’으로 양자역학을 해석하여 국제정치를 재해석하고 있다. 국제정치의 현실은 시공을 초월하여 ‘객관적’으로 존재하고 측정될 수 있는 것이 아니라 관찰자의 관점에 따라 얼마든지 다르게 해석될 수 있고 또한 창조될 수 있다는 것이 본 논문의 양자역학적 해석이다. 그것은 국제정치에 대한 연구가 ‘있는 그대로’의 현실을 설명하고 미래를 예측하는 것에 집중하기 보다는 우리가 어떤 세상을 창조하기를 원하고 그런 세상을 현실화시키기 위해서는 어떤 의식을 가져야 할 것인가를 고민하여야 된다는 것을 의미한다. 유럽의 국가들이 역사상 유래가 없는 긴 평화를 유지하고 있듯이 오랜 세월을 걸쳐 우리는 많은 것을 배웠다. 언젠가는 인류가 두려움 없이 평화롭게 사는 방법을 터득하게 될 날이 올 것이다. 양자역학은 이와 같은 문제에 관심을 가지는 것이 ‘비과학적’이고 ‘비현실적’인 시도가 아님을 ‘과학적’으로 밝혀주고 있다. 이제까지의 국제정치학계의 주요 문제의식이 현실주의 및 실증주의 패러다임을 기초로 하고 있었다면 미래에는 참여적 인식론을 바탕으로 한 규범이론의 확장이 필요하다는 것이 본 논문의 관점이다.
양자론은 물리학의 주요 기둥이론으로 고등학교와 대학에서 중요한 학습 주제로 다루어진다. 통상적으로 양자론은 입자파동 이중성을 통해 도입되며, 이중성은 양자론을 이해하기 위해 반드시 넘어야 할 문턱이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 중요성을 갖는 이중성의 물리적 철학적 의미를 명료화하고 이에 대한 대학생의 이해를 조사하는 것을 목표로 하였다. \n예비연구 단계에서, 입자파동 이중성 학습을 다룬 선행연구에 대한 검토를 바탕으로 대학생들의 이중성에 대한 이해를 반구조화된 면담을 통해 조사하였다. 이에 대한 분석을 통해 학생들의 이해가 갖는 여러 특징들을 확인하였다. 그런데, 분석 과정에서 학생의 이해에 대한 조사 이전에, 입자파동 이중성의 의미에 대한 보다 체계적인 이론적 논의와 정리가 필요하다는 결론에 도달하였다. 이에, 본연구에서는 먼저 이중성의 물리적, 철학적 의미에 대한 이론적 검토를 수행하였고, 그 결과를 토대로 이중성에 대한 학생의 이해의 특징을 조사하였다. \n본연구 단계에서는 입자파동 이중성의 물리적 철학적 교육적 의미에 대한 이론적 검토를 위해 양자론의 역사적 발달과정, 양자론의 토대에 대한 해석과 관련한 현재에도 진행 중인 여러 논쟁들, 이중성 및 양자론의 학습에 대한 기존의 연구들을 검토하였다. 또한 이중성의 학습을 인지갈등과 유추의 관점에서 검토하였다. 이를 토대로, 이중성의 본질에 대한 물리적, 철학적 의미를 고찰하였다. 이러한 과정을 통해 이중성이 갖는 세가지 수준의 의미를 구분하고, 각 수준의 의미를 구체적으로 논하였다. \n이중성의 첫째 수준의 의미, 즉 1차 의미는 이중성의 의미에 대한 문장 단위의 간단한 요약을 말한다. 이를테면 전자는 입자성과 파동성을 모두 갖는다.라는 문장은 이중성의 1차 의미를 담고 있다. 한편 2차 의미는 파동함수 및 그것의 확률해석, 중첩원리, 불확정성의 원리 같은 양자론의 핵심 원리들을 통한 이중성의 의미에 대한 명료화와 관련된다. 2차 의미는 이러한 원리들과 관련하여 이론의 실재성에 대한 어떠한 주장도 포함하지 않는다는 특징을 갖는다. 한편으로 이중성에 대한 3차 의미는 이중성의 본질에 대한 다양한 주장들과 관련되며, 미시적 객체의 실제 거동에 대한 주장들과 양자론의 역할 및 위상에 대한 주장들을 포함한다. 3차 의미에 대해서는 물리학자들과 과학철학자들 사이에서도 다양한 견해가 존재하며, 이러한 합의의 부재는 이중성의 교수학습 연구에서 주의해서 다루어져야 한다.\n이러한 세 수준의 구분 하에, 본 논문은 이중성의 교수학습에서 주요하게 다루어져야 할 두 가지 쟁점들을 도출하였다. 첫째 쟁점은 이중성에 대한 1차 의미 수준의 적절한 요약에 대한 것이다. 본 논문은 이중성의 의미에 대한 통상적인 요약이 갖는 문제점을 지적하고, 보다 적절하다고 판단되는 요약을 제시하였다. 둘째 쟁점은 2차 의미에 속하는 아이디어들과 3차 의미에 속하는 아이디어들을 명료하게 구별할 필요성에 대한 것이다. 이를 위해 각 수준에 속하는 아이디어들을 명료화함으로써, 이차 수준에 속하는 아이디어들과 삼차수준에 속하는 아이디어들을 명확하게 구분하였다. 이러한 논의를 바탕으로 이중성의 교수학습에의 시사점을 이론적으로 도출하였다.\n이러한 이론적 검토를 반영하여 이중성에 대한 대학생의 이해의 특징도 조사하였다. 양자역학을 수강하는 19명의 물리교육과 대학생들을 대상으로 반구조화된 면담과 설문지에 대한 지필 응답을 통하여 자료를 수집하였다. 면담에서 광전효과, 컴프턴 효과, 전자의 이중슬릿 실험, 이중성의 1차 의미에 대한 학생의 이해를 조사하였고, 그 결과를 전사하여 분석을 수행하였다. 분석과정에서 학생의 응답에서 비슷한 유형을 추출하여 응답을 범주화하였고, 이를 토대로 이중성에 대한 학생들의 이해의 특징들을 추출하였다. 본 연구에서 이중성에 대한 학생들의 이해는 다음과 같은 특징을 갖는 것으로 확인되었다.\n첫째, 학생들은 이중성의 의미에 대한 적절한 1차 수준의 요약에 대해서 심도 있는 고민을 하지 않았다. 학생들은 그들에게 주어진 이중성의 의미에 대한 간단한 요약을 적절성에 대한 비판적 검토 없이 받아들이고 있었다. 그 결과 학생들은 이중성과 관련되어 교수에서 소개되는 광전효과, 컴프턴 효과, 전자의 이중슬릿 실험들로부터 이중성에 대한 부주의한 결론을 도출하고 있었다. 특히 학생들은 각각의 실험들에서 입자성과 파동성 중 하나의 측면만을 고려하면서, 다른 측면을 무시하는 것으로 드러났다. 또한 학생들은 이중성과 이후에 학습하는 양자역학의 개념들이 무관하다고 생각하고 있었다.\n둘째, 광전효과에 대한 학생들의 이해는 다음과 같은 특징을 가졌다. 학생들은 광전효과의 물리적 과정에 대해 불충분하거나 부정확한 이해를 갖고 있었다. 또한 그들은 광전효과로부터 빛의 입자성이라는 결론을 도출하는 데 상당한 어려움을 겪고 있었다. 한편으로 학생들이 갖는 고적적 입자 개념과 광전효과라는 맥락에서의 광자개념 사이에 분명한 연결고리가 없다는 것이 드러났다. 이러한 연결의 부재는 비판적 학습자의 입장에서 광전효과가 빛의 입자성을 지지하는 효과적인 증거가 되기 힘들 수 있다는 것을 시사한다. 이러한 연구결과는 광전효과를 통해 이중성 개념을 도입하는 현재의 교수방안에 대한 재검토를 요구한다. \n셋째, 전자의 이중슬릿 실험과 관련하여 학생들은 간섭패턴을 만들어내는 물리적 과정을 설명하는 데 상당한 어려움을 겪었다. 학생들은 전자들의 거동에 대한 명료화 없이 전자들이 만들어내는 간섭무늬 같은 패턴으로부터 곧바로 전자의 파동성을 받아들였다. 그들은 또한 파동함수 및 그것의 확률해석 같은 양자론의 기본원리 대신에 고전적 파동이라는 유추를 활용하여 이중슬릿 실험의 결과를 설명하였다. 그리고 학생들은 이중슬릿 실험 상황에서 여전히 전자의 거동에 대해 뉴턴역학적 견해를 가지고 있었다. \n요약하자면 학생들은 이중성과 관련된 현상들을 고전적인 입자 유추 혹은 파동 유추 중 하나에 대한 변칙사례로 인식하였다. 또한 학생들은 또한 이중성과 관련된 현상들을 설명할 때, 미시적 객체의 거동에 대한 새로운 설명방식인 양자론의 기본원리들을 적용하는 대신에 고전적 입자모형과 고전적 파동모형이라는 유추를 통해 설명하는 경향을 보였다. 학생들은 또한 이중성을 양자론의 다른 핵심 개념들과 별개인 것으로 인식하였다. \n이중성이 학생의 일상적 경험을 넘어서는 현상들과 관련되는 개념이기 때문에, 학생들은 이중성을 주로 교수와 교재를 통해 학습하게 된다. 다시 말해서, 이중성은 체험된 지식이라기보다 교환된 지식이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서 드러난 이중성에 대한 학생들의 피상적인 이해는 이중성에 대한 전통적인 교수의 한계와 이중성의 의미를 재규정하는 새로운 교육과정의 필요성을 시사한다. 이중성의 의미에 대한 본 연구의 이론적 분석, 특히 세 가지 의미 수준에 대한 분석과 본 연구에서 드러난 학생들의 이해의 특징은 교육과정의 개혁을 위한 체계적인 안내를 제공할 수 있을 것이다.
본 연구는 양자역학의 주요 개념들을 본격적으로 학습하기 전에 도출가능한 입자-파동 이중성에 대한 적절한 해석을 탐색하였다. 이를 위해교재에서 발견할 수 있는 이중성에 대한 진술들로부터 서로 다른 의미를갖는 네 가지 표현들을 추출하였고, 각 표현들의 적절성에 대해분석하였다. 특히 관찰과 추론을 구분하는 분석틀을 통해 이중성과관련된 실험들을 사례 분석하여 교재에서 널리 소개되는 이중성에 대한표현들이 갖는 문제점을 드러내고, 이중성의 의미를 요약하는 보다적절한 표현을 제안하였다. 또한 10종의 고등학교 교과서와 대학교의현대물리학 교재를 분석하여, 대부분의 교재가 학생의 오해를 유발할 수있는 여러 진술들을 포함한다는 문제점을 확인하였다.
기술의 발전이 급속히 진행됨에 따라 교육과정에서의 기술적 문제 해결 능력에 대한 필요성이 강조되고 있으며, 정보통신이나 인공지능 등의 다양한 영역에 대한 교과 과정이 편성되고 있다. 양자 컴퓨팅은 중첩의 원리를 통해 0과 1의 병렬 연산 수행이 가능하여 프로세스 성능을 향상시키며, 양자 통신 과정에서는 제 3자에 의한 탈취가 수행된 경우에 탈취된 데이터가 수신자에게 전달되어도 정상적인 데이터를 획득할 수 없어 미래전략기술로서 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 양자 컴퓨팅의 원리 이해를 통하여 기술적 해결 능력을 향상시키기 위해 두 가지의 색을 가진 단어와 동일한 색상의 필터를 사용하여 다른 색상의 단어를 획득할 수 있는 색 순응/대비 기반의 교육 방안을 제시한다. 교육의 전후 만족도 조사를 수행한 결과 양자 통신에 대한 이해도에 대한 응답이 2.59점에서 3.84점으로 향상되었음을 확인하였다.