(南部 陽一郎)
시카고대학 명예교수(이론물리학)
토라카레 연구협력자
자연 현상을 쫓아서
체험적인 실감에서 물리는 태어난다
나는 원래 언어에 관심을 가지고 있습니다만, 토라카레( Transnational College of LEX의 애칭) 여러분들이 여러가지 다른 입장에서 언어를 대하는 것을 매우 재미있다고 생각합니다.
그런데 물리라고 하는 것은 자연 법칙의 근본 탐구 이지만, 가능한 넓은 범위에서 사물을 보는 것, 그리고 사람의 이야기를 듣는 것이 중요합니다 . 아무래도 전문적으로 흐르는 경향이 있지만, 의식적으로 그렇게 되지 않도록 노력하고 있습니다 . 또한 물리는 모두가 가진 경험적 실감이 바탕이 됩니다. 예를 들어 물건을 누르면 손에 눌리는 감각이 있다. 그런 감각이 작용 반작용의 법칙을 바탕으로 합니다. 그 감각을 어떻게 수식으로 나타낼 것인지를 생각하는 것입니다. 그래서 수식을 보면 현상이 떠오릅니다.
이론을 만드는 3 단계
물리 이론을 만들기 위해서는 3 가지 단계가 있습니다. 우선은 새로운 현상이 나왔을 때에는 그 성질을 여러 가지 조사하고, 그 사이에 어떤 법칙이 있는지 여부를 확인합니다. 그것이 있었다고 해도 그대로는 안 됩니다. 다음 그것을 설명하기위한 모델을 만듭니다. 그 모델을 따라서 이와 같은 특성이 있다고 설명하는 것입니다. 그리고 그런 후 소위 본질적인 이론을 생각한다, 즉 그 특성에 연결되는 수식을 써서 표기합니다. 그 이론으로 계산하면 현상을 제대로 정밀하게 예언 할 수 있는 지, 혹은 이해할 수 있는지... 그렇게 비로소 이론이 완성 단계가 될 것입니다.
하지만, 이것으로 안주 할 수는 없습니다. 자연이라는 것은 재미있는 것으로 뭔가 찾을 때마다 그 이상으로 복잡하고 설명 할 수 없는 모습을 보여줍니다. 그래서 또한 우리들은 처음부터 찾기 시작하며 그것이 반복됩니다.
이론가가 연구하는 방법에는 3 가지가 있다.
하나는 「유카와형 湯川型」 . 새로운 현상을 만났을 때, 그 배후에 어떤 새로운 입자가 있다고 생각하고 그 수식을 찾는 거예요. 유카와 히데키湯川秀樹 씨의 경우는 새로운 입자인 '중간자'가 있다고 말했으므로, 그렇게 말한 순간, 이후 수십 년에 걸쳐 정말 계속해서 여러 가지 입자가 발견되었습니다. 이 개념은 수십 년 동안 우리의 머릿속에 정착해서 우리들 생각의 기초가 되어 왔습니다. 현상이 기초가 되는 bottom up입니다.
두 번째는 「아인슈타인 형」. 이쪽은 「유카와형 湯川型」과 정반대, top down입니다. 먼저 이론을 만든다. 이런 이론이 있기 때문에 실험에서 '뭔가'가 나올 것이라는 생각입니다. 예를 들어 아인슈타인은 중력장 이론을 만들어 공간이 휘어진다고 말했습니다. 구부러져 있기 때문에, 이런 것이 나온다고 말하며, 거기서 예언 한 것이 실제로 발견되었습니다.
세 번째 는 「디랙 형」. 디랙이라는 사람은 " 자연 의 법칙 은 아름답게 있어야 한다“ 는 생각을 고수하고 있었습니다. 즉, 수학적인 미적 관념에서 수식을 만들어내 버립니다. 그러면 실제로 그 수식에 맞는 현상이 존재하는 일이 발견됩니다. 디랙이 만든 수식의 하나로 " 모노폴 ( 단자극 単磁極 ) " 을 나타내는 것이 있습니다만, 이것은 아직 실제로는 발견되지 않았습니다 . 그래서 현재 많은 물리학자들이 모노폴 찾기를 하고 있습니다. 어쩌면 우리 주변, 내 주위에 우글거리고 있을 지도 몰라요....
새로운 발상이 떠오르는 순간
물론 어느 때던 무언가를 계속 하고는 있지만 ,힌트 같은 것은 갑자기 찾아오는 것입니다. 왜 라고 물으면 답할 수 없습니다만... 24시간 자고 있을 때도 끊임없이 머릿속에서 생각하고 있고 ... . 사람에 따라 다르지만 , 내 경우는 주로 발상이 떠오르는 것은 밤이 많을지도 모르겠습니다. 자고 있을 때 이거나 , NY 지하철을 타고 있을 때 퍼뜩 떠 오르기도합니다 . 세세한 계산을 하고 있으면 머리가 복잡해지기 때문에 , 그런 일은 컴퓨터로 하는 것이 좋습니다. 세세한 계산을 하고 있을 때에는 큰 그림을 볼 수 없습니다. 작은 한 부분 밖에 보이지 않으니까요. 그럴 때는 누워서 생각해봅니다. 그러면 큰 그림이 보이기 시작하고 생각하기 쉬워집니다 . 그러면서 문득 수식이 떠오르는 게 됩니다.
지금 가장 재미있다고 생각하고 노력할 것 .
옛날부터 가지고 있는 꿈이 하나 있습니다. 40년 동안 그리고 앞으로도 계속 간직할 꿈. 그것은 「질량의 기원」입니다. 즉, 전자 및 중성미자 등 고유의 무게를 가지고 있는 그것은 도대체 무엇일까, 왜 일까 라는 것입니다. 그것은 이론에서 나오는 것일까, 나오지 않는 것일까? 양자 역학에서는, 지금 단계에서 쿼크나 렙톤 같은 질량에 규칙성이 보이지 않기 때문에 설명 할 수 없다. 그것에 대해 수식을 세울 수 있는지? 아니면 우주의 진화에도 생물의 진화의 경우처럼 우연에 의해 생긴 것도 있으니, 그 중에서 질량도 태어난 것인지.... 단지 어떤 생각을 했다고 해도 그것만으로는 말이 안 된다. 거기에 이론을 만들고, 제대로 된 수식을 만들어, 제대로 계산해서 어느 정도 예측이 가능하지 않으면 그것은 이론에 불과하다. 좀처럼 진전되지 않지만, 그러한 것을 머리 속의 장난감삼아 오랜 동안 굴리며 놀고 있어요.
(2002 년 토라카레 특강에서)