만물 이론은 불가능하다
Enough Already With This 'Theory Of Everything'
지난 주에 나는 <<창조의 끝에 있는 하나의 구멍(A Tear at the Edge of Creation)>>이라는 책의 주제들 가운데 몇 가지에 관해 글을 적었다. 오늘 나는 이른바 "만물 이론(Theory of Everything)"(TOE)이 불가능한 이유들을 간략히 진술하고 싶다. 우리는 이 관념을 완전히 없애야 한다.
먼저 나는 만물 이론이 실제로 무엇을 의미하는지 말할 것이다. 그것은 결코 "만물"에 관한 이론이 아니다. 그것은 생물학, 지질학, 심리학, 또는 사회과학 일반을 포함하지 않는다. 화학이 물리학에 포함된다고 (잘못) 말하는 물리학자들도 있을 것이지만, 만물 이론은 화학도 포함하지 않는다. 만물 이론은 가장 근본적인 층위에서 우주의 물질적 성분과 이런 몇 조각의 물질이 상호작용하는 방식을 설명하는 데 집중한다.
여기서 "물질적"이라는 낱말은 전자와 쿼크 같은 물질 입자들뿐 아니라 광자(전자기력의 원인이 되는 빛의 입자) 같은 물질 입자들 사이에 힘을 전달하는 입자들도 포함하는 것으로 폭넓게 이해되어야 한다. 다른 입자들도 있지만 지금 당장은 중요하지 않다.
또한 만물 이론은 파악하기 어려운 암흑 물질(우리처럼 보통의 물질로 이루어지지 않은)과 암흑 에너지(우주의 팽창을 가속하는 원인이 되는, 공간을 가득 채우고 있는 에테르 같은 매질) 같은 더 불가사의한 종류들의 물질도 포함할 것이다.
만물 이론은 물질 입자들, 힘 입자들, 암흑 물질, 그리고 암흑 에너지를 모든 네 가지 힘을 단일한 힘의 표현들로 서술하는 단일한 이론으로 조합할 것이다. 우리가 이런 통일성을 보지 못하는 까닭은 그것이 우리의 가장 강력한 기계들을 이용하더라도 우리가 지각할 수 있는 범위를 훌쩍 넘어서는 엄청나게 높은 에너지에서만 현시되기 때문이다. 그 네 가지 힘은 상류에서 합쳐져 세 개가 된 다음에 더 상류에서 다시 합쳐져 두 개가 되고, 마침내 원천에서 다시 한 번 합쳐져 하나의 강이 된다. 이런 강 비유에서 만물 이론을 찾고 있는 물리학자들은 원천을 향해 상류로 노를 젓고 있는 카약 선수들과 같다.
문화적으로, 통일시키려고 하는 충동이 전(前)과학적인 일신론적 신앙에서 발견되는 통일성이라는 관념과 동행한다는 점은 명백하다. 유대-기독교적 신앙에서는 유일신이 존재하는 모든 것의 원인이며 시공간을 초월하여 초자연적 광채에 휩싸여 있다. 만물 이론을 찾고 있는 대부분의 물리학자들은 신자들이 아닐지라도 나중에, 특히 성 토마스 아퀴나스에 의해 신의 정신의 속성들로 변환된 수학적 단순성과 대칭성이라는 플라톤주의적 이상들의 계승자들이다. "신의 정신을 알기"라는 심상이 물리학 대중서에서, 특히 가장 유명한 사례로서 스티븐 호킹(Stephen Hawking)의 <<시간의 역사(A Brief History of Time)>>에서 계속 반복되고 있는 점은 놀랍지 않다.
만물 이론이라는 관념이 말이 된다면 이런 점과 관련하여 잘못된 점은 아무것도 없을 것이다. 그런데 만물 이론은 터무니없다.
물리학 이론들은 힘든 경험적 실증 과정에 근거를 두고 있으며 데이터에 의해 추동된다는 점을 떠올리자. 그 어떤 가설도 수용되기 전에 실험들에 의해 검토되어야 한다. 그리고 어떤 가설이 수용되었을 때라도, 그리고 일반 상대성 이론의 경우처럼 때때로 그 가설이 "이론"의 수준으로 격상되었을 때라도 이런 수용은 항상 잠정적이다. 물리학 이론은, 최소한 어떤 영구적인 의미에서는, 틀린 것으로 증명될 수 있을 뿐이지 결코 옳은 것으로는 증명될 수 없다. 이런 이유 때문에 모든 이론은 필연적으로 불완전하며, 우리가 물리적 세계에 관해 더 많이 알게됨에 따라 항상 갱신될 수 있다.
우리가 자연에 관해 말하는 것은 우리가 자연을 측정하는 방법, 즉 우리가 얼마나 "멀리" 볼 수 있는지 좌우하는 측정 장비들의 정확성과 범위에 의존한다. 그 결과, 우리가 엄청난 증거 조각을 빠뜨리고 않고 있다고 결코 확신할 수 없다는 점을 감안하면, 현재의 지식을 통일하려고 시도하는 그 어떤 이론도 "최종" 이론 또는 만물 이론으로 진지하게 여겨질 수 없다.
다시 말하자면, 자연에 관한 우리의 영원한 단견 때문에 그 어떤 이론도 완전하지 못하게 된다. 자연은 우리가 우리의 관념들이 얼마나 설득력이 있다고 생각하는지에 개의치 않는다.
우리가 할 수 있는 최선, 그리고 우리가 해야 하는 최선은 자연 현상들에 대한 더 포괄적인 설명들을 계속해서 찾는 것인데, 우리가 나아감에 따라 어떤 수준의 통일을 달성할 수 있을지도 모른다. (물리학의 역사는 이런 몇 가지 사례가 있는데, 천상의 운동과 지상의 운동을 조화시킨 뉴턴의 중력 이론이 있으며, 전하와 전류 같은 원천들이 부재할 떄 전기와 자기 사이의 멋진 통일을 보여주는 전자기학도 있다.)
그렇지만, 알려진 네 가지 힘에 대한 통일 이론을 수립하는 데 성공할지라도(지난 사십 년 동안 관찰 증거의 부족을 감안하면, 오늘날 믿기 어려운 진술이다) 그것은 잠정적이고 불완전한 통일일 뿐이지 결코 만물 이론 또는 "최종" 이론이 아닐 것이다.
과학은 자체의 가장 근본적인 층위에서도 결코 모든 해답이 존재하지 않는다는 점을 먹고 사는 진행 중인 발견 과정이다.