[논문 리뷰] Physics and the Totalitarian Principle

Helge Kragh|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 10.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 33인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 물리학에서의 '전체주의 원리'(totalitarian principle)를 다루며, 모든 물리적으로 허용되는 실체가 존재해야 한다는 원리의 기원과 철학적 근원인 '만물의 원리'(principle of plenitude)에 기반한 역할, 그리고 이론적 예측에서의 기여를 분석한다. 자기 단극자, 방사성 수소핵, 뮤온 중성자와 같은 역사적 사례를 분석하여, 이 원리가 경험적 확인 없이도 이론적 추론을 이끌어내는 데 어떻게 기여했는지를 보여준다.

ABSTRACT

What is sometimes called the "totalitarian principle," a metaphysical doctrine often associated with the famous physicist Murray Gell-Mann, states that everything allowed by the laws of nature must actually exist. The principle is closely related to the much older "principle of plenitude." Although versions of the totalitarian principle are well known to physicists and often appear in the physics literature, it has attracted little reflection. Apart from a critical examination of the origin and history of the totalitarian principle, the paper discusses this and the roughly similar plenitude principle from a conceptual perspective. In addition it offers historical analyses of a few case studies from modern physics in which reasoning based on the totalitarian principle can be identified. The cases include the prediction of the magnetic monopole, the hypothesis of radioactive protons, and the discovery of the muon neutrino. Moreover, attention is called to the new study of metamaterials.

연구 동기 및 목표

• 이론 물리학에서 전체주의 원리의 개념적 및 역사적 기초를 조사하는 것.
• 전체주의 원리와 철학에서 오랜 역사를 지닌 '만물의 원리' 간의 관계를 분석하는 것.
• 현대 물리학에서 전체주의 원리를 바탕으로 한 추론이 이론적 예측에 영향을 미친 사례를 특정하고 분석하는 것.
• 경험적 증거와 철학적 검토를 바탕으로 전체주의 원리의 인지적 지위와 과학적 유용성을 평가하는 것.

제안 방법

• 전체주의 원리와 만물의 원리 간의 연관성에 대한 역사적 및 철학적 분석을 수행하는 것.
• 이론 물리학에서 20세기 초에 채택된 원리의 지적 유산을 철학적 전통으로부터 추적하는 것.
• 핵심 사례 연구 세 가지 분석: 자기 단극자의 예측, 방사성 수소핵의 가설, 뮤온 중성자의 발견.
• 경험적 검증이 부족한 상황에서도 원리가 이론적 추론의 힌트로 어떻게 작용했는지 평가하는 것.
• 현대의 메타물질 연구에서의 적용을 분석하여 원리의 지속적인 관련성을 평가하는 것.
• 기록 및 발표된 자료를 활용하여 물리학 문헌에서 원리의 발전과 활용을 재구성하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리학에서 전체주의 원리의 역사적 및 철학적 기원은 무엇인가?
• RQ2 전체주의 원리는 철학에서 오랜 역사를 지닌 '만물의 원리'와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 전체주의 원리는 이론 물리학에서 어떤 방식으로 힌트로 작용했는가?
• RQ4 자기 단극자나 뮤온 중성자와 같은 사례 연구들이 원리의 예측 능력을 얼마나 잘 보여주는가?
• RQ5 이론 물리학에서 전체주의 원리를 신뢰함으로써 발생할 수 있는 인지적 한계와 위험 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 전체주의 원리는 이론 물리학에서 널리 애용되고 있음에도 불구하고, 그 기초적인 역할에도 불구하고 철학적 비판적 검토를 거의 받지 못했다.
• 이 원리는 논리나 자연이 허용하는 모든 가능성이 존재해야 한다는 메타물리적 교리인 '만물의 원리'에서 기원한다.
• 자기 단극자의 경우, 대칭성과 게이지 불변성에 기반한 이론적 예측이 경험적 증거 없이도 이 원리에 의해 동기화되었다.
• 방사성 수소핵의 가설 역시 모든 허용된 붕괴 방식이 발생해야 한다는 생각에서 비롯되었지만, 실제로는 그러한 붕괴가 관측되지 않았다.
• 뮤온 중성자의 발견은 모든 렙톤 풍미가 고려되어야 한다는 기대에서 영향을 받았으며, 이는 전체주의 원리의 한 형태로 볼 수 있다.
• 현대의 메타물질 연구에서는 이론적으로 이국적인 전자기적 성질을 지닌 물질을 설계하는 데 원리의 재활용이 두드러지며, 이는 원리의 계속되는 힌트로서의 가치를 시사한다.