- 수업명: <양자역학철학>
- 서울대 과학사 및 과학철학 협동과정 대학원 수업
- 2013년 2학기
- 담당 교수: 김재영
■ 교과목 개요
• 양자역학의 기초에 깔려 있는 철학적 쟁점들을 다룬다. 먼저 양자역학의 철학을 물리학의 철학이라는 상위의 맥락에서 살펴보고, 양자역학의 이론적 구조를 논의한 뒤, 양자역학에서 나타나는 개념적 문제들을 다룬다. 이어 양자이론의 여러 해석들을 비교 검토한다.
• 강의와 세미나를 병행한다. 강의는 시각자료를 활용하여 이해도를 높이고자 하며, 세세한 내용보다는 전체적인 틀에 초점을 맞춘다. 세미나는 교재의 해당 부분을 출발점으로 삼되, 최신의 연구 논문들도 함께 다룬다.
• 양자역학 자체에 대한 사전 경험이 있으면 편리하지만, 이를 필수로 요구하지는 않는다. 이 교과목은 철학적 사유에 중점을 두기 때문에 물리학적 접근과는 차이가 있다. 필요한 물리학적 도구들은 수업시간을 통해 될수록 모두 포괄할 것이다.
■ 주요 교재 및 참고문헌
강의와 세미나에서 주요 교재로 사용하는 것은 [Hughes]와 [Albert]이다. [1]은 양자역학의 기초와 해석 전반에 걸쳐 망라된 정보를 얻을 수 있는 책이다. 비교적 최근의 책으로 [2]가 유용하다. [3]은 대학원 수준의 물리학 배경지식이 있는 독자들에게 매우 유용한 교과서이다. 물리학에서의 표준적인 논의를 위한 교과서로서 최근에 출판된 [22]가 많은 정보를 담고 있어서 편리하다. 더 읽기 쉬운 참고자료로 [10]과 [18]이 있다. 일반적인 도서목록은 [32] 참조.
■ 강의계획
제1주: 양자역학, 물리학의 철학, 양자역학철학
양자이론의 철학적 논의를 본격적으로 다루기에 앞서 그에 대한 몇 가지 역사적 개괄을 살펴보는 것이 좋다.
성앤드류 대학의 수학사 사이트[33]에 있는 짧은 글이 유용하다.
역사적인 맥락에서 권위 있는 책 중 하나는 [13]이다. 더 상세한 것은 [11], [12]를 참고한다. [7]의 Part VII 특히 ch 19와 [2]의 일부(특히 역사적 개괄을 다룬 ch 1)도 도움이 된다.
www.meaningofquantumtheory.com/ver001/Quantum-Theory-Resources.htm에 있는 링크 참조.
제2-6주: 양자이론의 이론적 구조
• 힐버트 공간, 벡터 공간, 벡터, 연산자
양자이론에 대한 철학적 접근이 정확하려면 양자이론의 형식이론을 잘 이해하고 있어야 한다.
[Hughes] Ch. 1; [Albert] pp. 17–30의 내용을 토대로 수학적 형식이론을 준비한다.
보조적으로 SEP(Stanford Encyclopedia of Philosophy)[SEP](a)와 Shimony[19]를 참고한다.
• 상태와 물리량 : [Hughes] ch 2; [Albert] pp. 30–47.
• 물리이론과 힐버트 공간 형식이론 : [Hughes] ch 3
• 스핀과 C²: [Hughes] ch 4.
• 상태연산자, 텐서곱 공간, POV, etc. : [Hughes] ch 5. (생략가능)
제7-9주: 양자역학의 개념적 문제들
• 확률의 문제 : [Hughes] ch 8; [Albert] ch 2를 읽고, [3] ch 1을 참고한다.
• EPR 논변과 벨의 정리: 실재성과 국소성
[Albert] ch 3을 필독자료로 하고 [30], [15], [14], [SEP](c)(d) 등을 참고한다.
• 양자이론의 해석과 측정의 문제
[Albert] ch 4를 필독으로 하고, [SEP](e)와 [Hughes] ch 9(pp. 259–295)를 참고한다. Wheeler-Zurek[23]은 관련 문헌들을 모아 놓은 논문집이다.
• 글리슨 정리와 코흔-쉬페커 정리: [Hughes] Appendix A를 중심으로 하며 [6]과 [17]을 참고한다.
제10-14주: 양자역학의 해석
• 양자역학의 형식이론의 해석의 관계
• 코펜하겐 해석과 앙상블 해석
양자이론의 표준적인 해석인 코펜하겐 해석이 무엇인지 또는 무엇이 아닌지를 정확히 알아야 이에 대한 대안적 해석들의 의미를 제대로 알 수 있다. [Hughes] ch 10; [Albert] ch 2를 중심으로 하고, SEM[SEP](b) 등의 자료들을 보충한다.
• GRW 이론, 결풀림, 신-정통 해석 : [Albert] ch 5
• 여러-세계 해석 : [Albert] ch 6을 주로 읽고, [9]와 [SEP](g)를 참고한다.
• 양자논리와 정합적 역사 해석 : [Hughes] ch 7을 읽고, [16]을 참고한다.
• 운동의 양자이론: [Albert] ch 7
• 양상해석: [Albert] Appendix, [21], [SEP](f)를 참고한다.
• ‘서울해석’: [27], [26]
제15주: 종합토론 및 학기말 연구소논문
■ 수강생의 유의점
• 이 강의는 양자역학의 철학에서 다루어져야 하는 기본적인 내용을 전반적으로 훑어 보는 것에 중점을 둔다.
• 양자역학의 기본개념에 대한 사전 학습이 있으면 유리하나 반드시 전제되지는 않는다. 여기에서 양자역학의 수준은 학 과정의 물리학 전공자가 이수해야 하는 정도를 가리킨다. 그러나 이 강의는 물리학이 아니다. 양자역학의 철학으로서 다루는 내용과 방식은 모두 과학철학의 표준을 따른다. 따라서 원론적으로 물리학에 대해 어느 정도 초보적인 이해만 있더라도 수업을 따라갈 수 있을 것이다.
• 그러나 실질적인 이해를 위해서 양자역학에서 사용되는 개념이나 수학적 형식이론을 수업시간에 가능하면 상세하게 다룰 것이다.
• 수업은 강의뿐 아니라 세미나 형식으로 진행하기 때문에 학기 중에 한번 이상 그 주의 주제를 발제할 의무가 있다. 발제는 교재의 해당부분을 중심으로 관련 주제의 쟁점을 개괄하는 것을 주요 내용으로 한다.
• 매 시간 교재의 해당 부분의 독서노트를 제출해야 한다. 분량은 A4 1매로 엄격하게 제한한다.
• 학기말 연구소논문은 독창적인 소재를 택하여 일관성 있는 주장을 펼치는 것으로서 이에 대해서는 학기 중에 계획서를 제출하고 수업시간에 더 상세한 부분을 의논한다.
■ 성적평가방법
필답식 시험은 없으며, 수강생에 대한 성적평가는 제출된 여러 글들과 발표토론 및 수업참여를 바탕으로 이루어진다. 성적평가는 다음의 네 가지 요소를 종합적으로 판단하여 이루어지며, 각 요소 사이의 상대적 비중은 이후에 협의하여 결정한다.
• 학기 중의 발제(1회 이상)
• 교재 내용의 독서노트
• 학기말 연구소논문
• 세미나 중의 참여도
■ References
[Albert] D.Z. Albert (1992). Quantum Mechanics and Experience, Harvard University Press.**
[Hughes] R.I.G. Hughes (1989). The Structure and Interpretation of Quantum Mechanics, Harvard University Press.**
[SPP] L. Sklar, ed. (2000). The Philosophy of Physics, Vol. 6 of The Philosophy of Science: A Collection of Essays, Garland Publishing. [abbr. SPP]*
[SEP] Stanford Encyclopedia of Philosophy(SEP)*
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[2] J. Baggott (2004). Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory, Oxford University Press.
[3] L.E. Ballentine (1998). Quantum mechanics: A modern development, World Scientific.
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[5] T. Brody (1993), The Philosophy Behind Physics, Springer.
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[11] R. A. Healey (2000), “Quantum mechanics”, in W.H. Newton-Smith, ed., A Companion to the Philosophy of Science, pp. 376-384, (Blackwell, 2000).
[12] M. Jammer (1974), The philosophy of quantum mechanics: The interpretations of quantum mechanics in historical perspective (John Wiley & Sons).
[13] M. Jammer (1989), The Conceptual Development of Quantum Mechanics, 2nd edn (Tomash Publishing Co.).*
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[19] A. Shimony (1989), “Conceptual foundations of quantum mechanics”, in The New Physics, edited by Paul Davies, Cambridge University Press. pp. 373-395. [SPP]
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[33] www-groups.dcs.st-and.ac.uk/history/HistTopics/The_Quantum_age_begins.html
[34] M. Lange (2002), An Introduction to the Philosophy of Physics: Locality, Fields, Energy, and Mass, Blackwell Publishers.
[35] L. Sklar (1992), Philosophy of Physics, Westview Press.
[36] R. Torretti (1999), The Philosophy of Physics (Cambridge University Press).
(2018.11.25.)
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