양자역학(Quantum Mechanics)에 대해 아시는 분들도 계시겠고 전혀 생소한 분들도 계시겠습니다. 간단히 말씀드려서 세상을 구성하는 모든 물질의 기본 요소(원자, 전자 등의 극소 물질)의 역학과 성질을 연구하는 학문입니다. 양자역학(Quantum Mechanics 또는 Quantum Physics)에 대한 더 자세한 내용을 원하시면 책과 동영상 정보를 글 말미에 드리겠으니 참고하시기 바랍니다. 전 물리학 전공자도 아니며 과학계통 업계 종사자도 아닙니다. 어렸을적 과학과 천문학에 관심이있어 이것저것 과학 서적을 읽은게 전부인 그래픽 디자인 전공의 직장인입니다. 그러면 왜 제가 느닫없이 양자 역학 얘길하냐구요? 종교의 모순과 참 자아를 찾자는 얘기를하던 제가 왜 양자역학에 대해 얘기하려는 이유를 이제부터 말씀드릴까 합니다.
르네상스 이후 급속히 발전하기 시작한 과학과 사상은 뉴튼의 만유인력의 법칙을 세상을 설명하는 절대적 법칙으로 저변에깔고 근대 산업 혁명을 거치면서 인간은 과학과 기술의 발전으로 지구를 떠나 머나먼 우주로 눈을 돌릴수있게 되었으며 인간의 눈에 보이지않는 아주 작은것까지 보고 연구할수있게 되었습니다. 대우주를 연구하는데 지대한 영향을준 상대성 이론(Theory of Relativity)과 소우주, 다시말해 아주 작은 공간에대한 연구가 양자역학인데 이 두 이론은 서로 상호 절충이 되지않습니다. 스케일이에선 정반대지만 모든 물질의 기본을 연구하는 양자역학이 대우주를 설명하는 상대성 이론을 받쳐줘야 함에도 그렇지 못하다는것은 만물의 현상을 설명하는 하나의 공식을 찾으려했던 아인슈타인으로선 낭패가 아닐수 없었습니다. 과연 어떤 이유로 현대 과학의 이단아로 출발한 양자역학이 지금 우리가 살아가는 세상과 미래의 삶에 끼치는 영향력을 한번 알아보겠습니다.
양자역학을 지금의 과학 수준으로서 완전히 설명하기 어렵습니다. 지금 과학수준이 높다 낮다를 떠나서 우리의 사상과 의식의 발전이 너무 물질적인 방향으로 발전해 왔기때문에 물질적으로 이해 불가능한 현상들이나 인간의 생각과 경험 외적인 요소들을 과학적, 이성적으로 접근했을 때 혼돈이 오게되는 것입니다. 제가 느끼기에 물리학자들의 양자역학을 설명함에있어서의 어려움은 마치 신을 과학적으로 증명하려는 그것과 흡사한것 같습니다. 우리를 구성하는 기본적인 물질인 입자들의 성질과 행동이 우리의 일상 그리고 현실과 비교했을때 너무나도 다릅니다. 우리의 오랜 경험과 학식을 바로 배반합니다. 시간과 공간의 관념도 틀립니다.
입자는 물질(Matter)인가? 파장(Wave)인가?
한마디로 둘 다입니다. 우리가 보고 인식할때는 입자(Particle or Matter)였다가 자연상테에선 파장(Wave)으로 존재합니다. 쉽게 말씀드려서 지금 공중에 많은 주파수들이 흘러다니는데요. 우리눈에 보이지도 않고 들을수도 없습니다. 그런 많은 파장중에 보고싶은 사람에게 전화를 걸거나 음악을 듣기위해 라디오 주파수를 맞추게되면 상대방의 목소리나 음악을 들을수있게됩니다. 우리가 경험하는 현실도 마찬가지라는게 양자역학의 기본 컨셉이겠습니다.
2개의 좁은 틈 실험(Double Slit Experiment)
100년 전 쯤 행해진 실험인데요. 양자역학에있어 고전적인 실험이라 하겠습니다. 설명을 간단히 드리자면 소립자가 단순히 입자라면 아래 그림과 같이 틈넘어 벽쪽엔 두줄이 생길것입니다.
하지만 실험의 결과는 물의 파장 실험을 하듯이 감가 현상을 통해 생긴 여러줄의 무늬가 반대편 벽에 생겨 났습니다(아래 그림참조).
그럼 이러한 결과로 얻어진 결론은 무엇을 말할까요? 소립자는 파장의 성격을 띈 입자라는 뜻인데 언제 입자로 존재하며 언제 파장으로 존재하는지 알아보려고 아래의 그림과 같이 관찰자(Observer)를 투입하여 입자의 운동을 관찰해 보았습니다. 그랬더니 처음의 도안에서 처럼 골프공이 두개의 틈새를 통과해 다른벽에 찍힌것과같은 형상으로 바뀌었습니다. (아래그림 참조)
관찰자를 어느쪽에 두느냐에 따라서도 이 소립자의 행동이 다르게 나타났습니다. 두개의 틈 전에서 관찰했때 소립자는 입자로 바뀌었고 반대편 벽에는 더이상 여러개의 줄무늬가 나타나지 않았습니다. 그러면 관찰자를 윗 그림에서 보시는 바와 같이 반대편 벽에 배치했을때는 파장으로 두개의 틈을 통과한 입자가 틈의 반대편으로 돌아가 입자로 바뀌어 틈새를 다시통과했습니다. 시간을 거스른 것입니다. 이 밖에도 소립자의 특이성은 여러 가지가 있습니다. 지금 말씀드린 파장과 입자를 오가는 성질(Wave Function), 한 입자가 여러개의 입자로 존재할수 있으나 그여러개는 다른입자가 아닌 하나의 입자라는 성질(Superposition), 하나의 입자를 둘로 나누어 먼 거리를 두고(우주의 반대편 일지라도) 나누어 한쪽의 입자에 물리적 힘을 가하면 동시에 다른쪽의 입자가 그물리적인 힘의 반대로 작용하는 성질(Entanglement) 등등 현대 물리학이 어떻게 설명할수 없는 특이성들을 가지고 있습니다.
관찰자가 현상을 바꾼다. (Observer makes a difference-Consciousness makes it real)
아인쉬타인이 아주 난감했던 부분이고 초기에 그가 양자역학을 부정했던 이유중에 하나였는데요(후에 양자역학을 인정했지만). 파장으로 존재하는 모든것은 우리가 얘기하는 무로 존재합니다. 이 드넓은 파장의 바다에서 우리가 관찰자로서 존재할때 다시말해서 의식의 세계가 파장의 바다와 만날때 그 곳(점, 입자)이 현실로 다가온다는 얘기입니다. 무로 존재한다는것이 어불성설 같지만 우리가 없다고 느끼는것을 무로 여기는 것에서 벗어나지 못한다면 양자역학, 현대 물라학, 천문학을 이해하기 힘들것입니다. 실제로 현대 물리학에선 반물질(Anti-Matter), 흑물질(Dark Matter), 흑 에너지(Dark Energy)의 존재를 증명 했고 우주가 대부분이 흑물질로 돼어있다고 합니다. 보이지도 않고 감지할수도 없지만 존재한다는것이고 에너지를 가지고있다는 이야기입니다. 현대 물리학은 양자 이론에서부터 발전한 여러 이론 물리학이나 응용 양자 이론을 낳았고 현대 철학, 사상, 심리학, 뇌신경학, 화학, 생물학, 기하학 등등 그 응용이나 발전성이 무궁무진하다 하겠습니다. 우리들이 익히 들어 알고있는 평행우주론(Parallel Universe), 홀로그램 우주론(Holographic Universe), 초 실론(Super String Theory), 등등 실제로 증명할수 없으나 이론적으로 가능한 상상을 초월한 이론들이 등장하기에 이르럿으며 레이저의 응용, 광학, 통신, 미래에 우리가 사용하게될 컴퓨터의 개발(Quantum Computing)등등이 그 예라 하겠습니다. 사상과 종교에도 그 영향력이 미쳐 혹자는 양자이론이 신의 존재 유무를 증명하게될 이론이라고까지 떠들고있는데요. 그만큼 최근에 사회 전반에 걸쳐 이슈화 되어있는 이론이라 하겠습니다.
제가 양자역학에 대한 간단한 개요를 전하면서 앞으로 제가 중점적으로 말씀 드리려는것이 의식(Consciousness)과 잠재의식(Subconsciousness)에 대한 고찰입니다. 의식은 어디에 존재하기에 의식이 만물을 무에서 유로 만들까요? 우리가 관찰자로서 존재하게된 시기는 언제부터 일까요? 의식이 인식으로 전환된 그 시점은 어디 겠습니까? 우리가 보고 느끼는 전부가 의식의 전부일까요? 양자역학의 뇌의 연구와 정신 분석에대한 영향력은 대단하다고 여겨집니다. 자칫 염력이나 텔레파시와같은 쪽으로만 국한시켜 생각하기 쉬운데요. 양자역학의 발전은 과학적, 종교적, 철학적 기본 틀 뿐만 아니라 일상을 살아가는 우리들의 의식변화에 크게 기여할 것이라 생각합니다. 우리가 사는 세상 더 나아가 이 우주가 무(끝없는 가능성의 바다)에서 유(의식)로 존재하는 것에대한 성찰이 과연 무엇을 의미합니까? 의식의 시작은 우주의 빅뱅을 의미할까요? 하나님의 천지 창조입니까? 앞으로 재밋는 글들 계속 올려볼까 합니다.
참고 자료:
*The Fabric of Reality: The Science of Parallel Universes--and Its Implications by David Deutsch
*The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory by Brian Greene
*What the Bleep Do We Know? - Movie by Betsy Chase, Mark Vicente