‘양자(量子)’란 ‘더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소 단위, 곧 원자 내의 작은 입자들이다. 원자는 원자핵(양성자+중성자라)과 그 주변을 돌고 있는 전자(電子)들로 구성되어 있는데, 어느 순간 전자가 다른 공간의 위치로 이동하는 현상을 ‘양자 도약’이라고 하고, 이를 수학적으로 정립한 이론을 ‘양자역학(量子力學)’이라 부른다.
그런데 이 미립자들이 연속된 것이 아니고 띄엄띄엄 떨어져 있어, 어떨 때는 입자(粒子)로, 또 어떨 때는 물결처럼 출렁거리며 앞으로 뻗어나가는 파동(波動) 상태로 존재하면서 원자핵 주변을 돌고 있다. 그러다 원자 속에 들어 있는 전자(電子)가 빛(光子)을 만나는 순간, 갑자기 위치 이동을 하여 흡수 정도에 따라 입자 혹은 파동의 모양이 되기 때문에 양자는 언제나 불확정 상태에 놓여 있다는 것을 발견하게 되었다.
이러한 미립자들의 흐름을 파악하기 위해 빛을 가지고 실험을 해 보았다. 빛이 파동이라면 물결이나 소리처럼 당연히 연속적으로 퍼져 나가야 하는데 실제로 빛은 연속적이 아니라 불연속적인 알갱이 단위로 띄엄띠엄 방출되는 것이었다. 플랑크(Planck)는 이러한 ‘빛의 알갱이’를 광자(光子)라 불렀다.
과학자들은 물질을 분해하면 분자가 되고, 분자를 분해하면 원자가 되며, 원자를 분해하면 원자핵(양성자·중성자)과 전자가 들어 있다는 사실을 알게 되었다. 이 과정에서 전자의 이중성(입자와 파동)이 제기되었다. 입자와 파동은 서로 다른 성질을 갖는데 한순간에는 입자가 되기도 하고, 또 다른 순간에는 파동이 된다는 것이다.
그것은 전자(電子)와 같은 소립자가 관찰되기 이전에는 입자와 파동의 중간 상태(존재와 비존재 사이)에 놓여 있기에 그것이 입자가 될지 파동이 될지 알 수 없다는 것이다. 그러다가 전자가 빛(광자)을 만나, 에너지를 더하면 원자핵에서 더 먼 궤도로 업(up)되어 나타났다가, 에너지가 감소되면 원자핵 가까운 곳으로 다운(dawn)되어 내려가게 된다는 것이다. 이러한 현상을 덴마크의 보어(N.Bohr)가 ‘양자도약’이라 했다.
그런데 이 전자와 같은 미립자들의 에너지가 눈에 보이지 않는 물결(파장)로 우주 공간에 존재하다가 관찰자가 어떤 의도를 품고 바라보는 바로 순간, 돌연 입자로 모습을 드러내게 되는데, 이러한 현상을 양자 물리학에서는 “관찰자 효과(observer effect)”라 부르기도 한다.
이처럼 세상의 모든 물질은 파장을 가지고 있고, 그것들은 모두 에너지를 가지고 있다. 그리고 그것들이 사람의 생각을 읽고 변화하는 미립자들로 구성되어 이 우주에 물결처럼 가득 차 있다. 물론 사람의 생각에도 에너지가 있고 파장이 있다. 여기서 “마음에너지(Mind Energy)”라는 개념이 등장하여 ‘비물질적인 것이 물질 구조를 변화시키게 된다’는 사실을 발견하게 되었다. 불교에서 말하는 ‘공(空) 그대로가 일체의 존재인 색’이라는 공즉색(空卽色)과도 같은 맥락이다.
그러나 이러한 해석법에 동조하지 않는 과학자들도 있었다. 실재(reality)란 관찰 행위와 관계없이 실제로 존재하는 것이지, 관찰에 의하여 실재가 결정되는 게 아니라는 주장들이다. 물리학자 봄(Bohm)도, 우주 자체가 불확정적인 구조로 되어 있는 것이 아니라, 인간의 인식에 한계가 있기 때문에 그런 일이 생기는 것이라 반박하였다.
이러한 논쟁 속에서도 1982년 아스펙트는 실험을 통하여 두 개의 광자가 우주만큼이나 멀리 떨어져 있어도 에너지 장(場)에 의하여 하나로 연결되어 있다는 “비국소성 원리”를 주장하였다. “비국소성”은 공간적으로 하나로 연결되어 있을 뿐만 아니라 시간적으로도 하나로 연결되어 있어 과거, 현재, 미래가 하나의 에너지 장으로 연결되어 있다는 개념, 곧 ‘양자 얽힘’ 현상을 발표하였다.
두 개의 광자가 우주만큼이나 떨어져 있어도 에너지 장에 의하여 하나로 연결되어 있기에 우주의 허공은 텅 비어 있는 것이 아니라, 오히려 양자들로 충만 되어 있다. 그리고 그것들이 입자가 될지 파동이 될지 알 수 없는 불확정적 세계, 그 속에 오늘 우리가 살고 있다.
김동수 <시인/전라정신연구원장>
