우주는 한자로 집우(宇) 집주(宙) 큰 집이다. 우리가 살고 있는 큰 집이란 뜻이다. 중국 한나라시대 상하사방(上下四方)이 우(宇)이고 왕고래금(往古來今)이 과거와 현재를 오가는 주(宙)라 했다. 즉 공간이 “우”이고 시간이 “주”란 뜻이다. 그 시대에 벌써 시간과 공간의 개념을 기술하고 있어 감탄할 수밖에 없다.

우리가 보고 있는 별들, 수억 광년 떨어진 별들의 우주쇼 등은 모두 지나간 형상이다. 우리는 허상 속에 살고 있는 셈이다. 별의 현재의 모습을 볼 수 있는 방법은 없나? 볼 수 없다.

사람들은 신은 있다, 없다 반반으로 갈려있는지 모른다. 하지만 없다는 쪽이 더 많지 않을까 싶다. 그런데 과학자들은 뭐라 할까. “신은 있다, 없다가 아니라 있어야만 한다.” 예를 들면 빅뱅 당시 태양의 1억배 이상의 질량이 빅뱅을 일으켜 우주에 퍼져 나갔을 때 우주는 얼마나 큰 혼란중에 있었을까. 수많은 빅뱅이 있었음에도 우주는 질서 정연하게 퍼져 나가 있는 것이다, 이것은 창조주가 있는 것처럼 보인다. 빅뱅(Big Bang)은 큰 폭발이 아니라 증폭(Inflation)인 것이다. 건포도 알을 밀가루 반죽에 섞어 빵을 구우면 건포도 알은 일정한 간격을 두고 빵과 같이 부풀어 오르는 것 같은 원리다. 우주를 영어로 코스모스(Cosmos)라 하는데 이 말은 질서란 말이다. 우주는 질서다.

우주의 흐름은 보이는 것만의 세계가 아니고 보이지 않는 세계가 우리에게 많은 영향을 주는 것을 깨달은 지는 얼마 되지 않았다. 20세기에 들어 상대성이론과 양자역학이론은 물리학에 엄청난 파고를 일으키고 새로운 역사를 써 나갈 것이라고 본다.

보이지 않는 세계 양자역학에 인류가 눈을 뜨기 시작한 것은 불과 백여년이 채 안 되었다. 1900년에 프랑크(독일)가 양자이론을 처음 제안한 것을 시초로 1905년에 아인슈타인(미국)이 광자이론과 특수상대성 이론을 발표했고, 1913년에 보어(덴마크)의 새로운 원자 구조모형을 제안됐고, 1925년에 하이젠베르크(독일)의 행렬역학 탄생, 1926년 슈레딩거(오스트리아)가 파동역학 제안, 1927년 하이젠베르크(독일)가 불확정성 원리 발표를 하는 등 이런 단계를 거쳐 오늘의 양자역학을 유도해온 것이 사실이다. 1927년 덴마크의 수도 코펜하겐에서 보어와 하이젠베르크를 중심으로 양자역학의 표준적 해석을 내렸다. 이를 양자역학의 코펜하겐 해석이라 부른다.

물질의 기초단위인 원자는 원자핵이 있고 그 주의를 전자가 빠른 속도로 돌고 있다. 원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 단위의 물질이다. 현미경으로도 잘 안 보이는 작은 물질이다. 세상의 모든 물질이 바로 이 원자의 결합으로 이루어져 있다. 양자역학은 모든 물질의 근원을 알아보는 학문이다. 양자역학이 없었다면 반도체가 없었을 것이고 반도체가 없었다면 실생활의 이기인 컴퓨터, 핸드폰의 탄생은 불가능했을 것이다. 그러니 양자역학의 연구는 끝없는 노력이 이어질 것이다.

원자는 원자핵과 전자의 결합으로 만들어져 있고 전자는 빠른 속도로 원자핵을 돈다. 하지만 이 원자핵과 전자 사이는 텅 비어 있는 것이다. 그리고 이것이 만물의 근원인 입자라니 거시세계 운행질서에 익숙한 인간은 도무지 이해하기가 어려운 구조인 것이다. 우리 인간도 이 원자로 구성되어 있다. 원자핵과 전자의 간격을 좁히면 우리는 작아질 것이고 반대로 원자핵과 전자의 간격을 넓히면 우리는 커질 것이다.

양자역학의 핵심은 원자가 파동인지 입자인지에 관한 질문에 1927년 코펜하겐 회의는 양자역학의 원자는 입자(粒子)이기도 하고 파동(波動)이기도 하다는 답을 내놓았다. 물론 이를 반대하는 학자도 있지만 필자는 여기서 원자(原子)가 입자이면서 파동이라면 우리 인류에 엄청난 혜택을 불러오지 않을까 생각한다. 원자의 진행은 빛보다 더 빠르지 않을까 생각되기 때문이다. 사람이 죽으면 영혼이 남는데 이 영혼이 입자로 남는다는 이론이 전개되고 있다.

동양에서는 죽으면 혼백이 있어 백은 토착신으로 땅에 남고 신은 하늘에 올라 흩어진다. 혼은 영혼이거 입자로 남게 되며 그 영혼의 입자는 살아남은 가족과의 유대를 버리지 못하고 일정기간 머물게 된다. 사랑과 영혼이라는 영화에서는 주인공 웨이지가 밤거리 흉악범에 흉기로 죽는다. 극진히 사랑하는 데미무어는 어쩔줄 몰라 헤메인다. 죽은 웨이지는 보이지 않는 영혼이 되어 데미무어를 따라다니며 돕는다. 웨이지는 떠날 때가 되어 데미무어 앞에 나타나 마지막 작별하는 눈물겨운 장면을 잊지못할 것이다.

사람이 죽어 영혼이 입자로 남을 수 있다고 본다. 움직이는 물체는 반드시 매체 즉 에데르(ether)가 있어야 하는데 영혼의 에데르를 찾지 못했다. 중력의 매채도 아직 못 찾았으니 그것은 메체가 너무 작기 때문이다. 양자역학에서 다룰 문제이다.

<이상용 (오클랜드)>