한국표준과학연구원의 방건웅 박사가 2004년 한국정신과학회 학술대회에서 “과학, 객관적 학문인가?”라는 제목으로 발표를 했으며 그 내용이 학술대회 초록집에 수록되어 있습니다. 다음 내용은 방건웅 박사의 초록집에서 발췌한 내용 중에서 본인의 입장에서 필요한 부분만을 골라서 요약한 것입니다.
1. 양자 역학의 발단
영자 역학의 발단은 빛이 파동이기도 하고 입자이기도 하다는 것이 밝혀진 데 있습니다. 일찍이 1801년 영이 이중 틈새를 통과한 빛에서 간섭 현상이 관찰되는 것을 보고 빛은 파동이라는 것을 밝혔습니다.
그러나 1905년 아인슈타인은 광전(光電) 효과에 대한 논문을 발표하면서 빛을 파동이 아니라 입자라고 가정하고 이 빛 알갱이를 광자(photon)이라고 불렀습니다. 이때부터 물리학계는 빛의 실체가 무엇인지 고민하게 되었습니다. 왜냐하면 파동은 물결과 같은 운동현상으로서 물질일 수 없기 때문에 파동과 입자 특성이 같이 존재한다는 것은 생각할 수 없었기 때문입니다.
1924년 드 브로이는 빛과 같은 파동이 입자 특성을 지니고 있다면 전자와 같은 물질도 입자이면서 파동의 특성을 지니고 있을 것이라고 생각하고 물질파(matter wave) 개념을 제시하였습니다. 물질파의 존재는 3년 뒤에 전자가 결정에 의해 산란되면서 동시에 파동 특성이 갑섭 현상을 보인다는 실험 결과에 의해 그 존재가 확인되었습니다.
1925년 슈뢰딩거는 드 브로이의 물질파 개념을 수학적으로 정리하여 파동 역학 방정식을 발표하였습니다. 슈뢰딩거의 파동 방정식은 많은 실험에서 그 정확성 인정되었습니다. 그러나 문제는 슈뢰딩거 방정식이 무엇을 의미하는가에 대해서는 해석상의 차이가 많았습니다.
보른은 파동이란 운동 현상이므로 입자처럼 실재하는 것이 아니며 따라서 파동함수의 제곱은 특정 입자를 어떤 특정 위치에서 발견할 확률을 의미한다고 하였습니다. 다시 말하면 파동 방정식 그 자체는 관찰할 수 없는 것이나 그 제곱은 어떤 특정 영역에서 입자를 발견할 확률을 나타낸다고 주장하였습니다. 그러면 도대체 확률적으로 존재한다는 것이 무엇을 의미하는가? 이것이 문제이었습니다.
닐스 보어는 파동과 입자의 관계에 대해서 상보성 개념을 제시하였습니다. 즉 보어는 수많은 확률적 존재 중에서 측정하는 순간에 어느 하나의 가능성만이 물현(物現)되며 나머지는 붕괴(collapse)에 빠진다고 하였습니다. 다시 말하면 관찰이 이루어지기 전에는 확률적 존재이지만 측정하는 순간에 단지 하나만이 현실화된다는 개념이었습니다. 이를 더 구체적으로 말하면, 위치, 운동량, 에너지, 스핀 등과 같은 측정 인자들은 관측되기 이전에는 존재하지 않는다고 하였습니다. 보어의 이러한 해석법을 일명 코펜하겐 해석이라고 부르는데 일종의 비결정론적 확률론입니다.
2. 양자 역학에서 비국소성(非局所性) 개념이란?
보어의 코펜하겐 해석법에 대하여 동조하는 그룹과 반대하는 그룹이 나타났습니다. 디랙, 파울리, 요르단, 보른, 하이젠베르크 등은 동조하는 그룹이었고, 아인슈타인, 플랑크, 슈뢰딩거, 드 브로이, 봄 등은 반대하는 그룹이었습니다. 반대 그룹은 왜 반대했느냐 하면 실재(reality)란 관찰 여부에 관계없이 실제로 존재하는 것이지 관찰에 의하여 실재(reality)가 결정되는 것은 아니라고 생각했기 때문입니다. 다시 말하면 실재(reality)란 실존하는 것이지 확률적으로 존재할 수 없다는 것이며, 실재(reality)가 있기도 하고 없기도 하거나, 혹은 확률적으로 70%는 실재하고 30%는 실재하지 않는다는 것은 있을 수 없다고 주장하였습니다.
1964년 유럽 핵 연구 센터에 있었던 벨은 “벨의 정리”라는 부등식을 발표했는데 이는 양자역학을 부정하는 아인슈타인의 주장과 양자 역학을 주장하는 보어의 주장 중 누구의 주장이 옳은가를 판가름하는 수식입니다. 다시 말하면, 서로 떨어져 있는 두 입자를 동시에 측정할 때 얻어지는 결과 사이의 상관관계를 조사함으로써 입자의 국소적 실재(local reality)를 주장하는 아인슈타인의 주장과 비국소성(non-locality)을 주장하는 보어의 주장 중 누구의 주장을 충족시키는가를 확인하는 부등식입니다.
1982년 남파리대학교의 광학 연구소의 아스펙트와 그 동료들은 2개의 광자의 편광각을 동시에 측정하는 실험에 성공하였습니다. 즉 쌍둥이 광자를 만든 다음에 이 둘을 떼어놓고 한 쪽의 스핀을 바꾸니 다른 한 쪽 광자의 스핀이 동시에 바뀌는 것을 관찰한 것입니다. 이 실험은 1997년 제네비대학의 쥐신에 의해 반복되면서 재차 확인되었습니다. 이 실험이 뜻하는 바는, 광자와 같은 물리적 존재들이 겉으로 보기에는 공간적으로 분리되어 있는 것 같아도 실상은 서로 연결되어 있는 비국소성(非局所性) 존재라는 것입니다. 이 실험의 결과를 세간에서는 흔히 정보가 빛보다 빠른 속도로 전달되었기 때문으로 해석하는 수 있는데, 이 실험의 참 뜻은 정보가 전달되는 그런 것이 아니라 광자들은 본디 그냥 하나로 연결되어 있다는 뜻입니다.
이러한 비국소성이 의미하는 바는 우주 전체가 파동에 의하여 하나로 연결되어 있음을 의미하는 것입니다. 과학사가인 스탭은 비국소성의 확인이야말로 전 과학 분야에서 가장 심원한 발견이라고 하였고, 슈뢰딩거도 비국소성이야말로 고전 역학과 다른 양자 역학의 가장 두드러진 특징이라고 하였습니다. 그러니까 온 우주는 파동(본인은 이것을 “정보의 場”으로 해석하고 싶습니다)에 의해 하나로 연결되어 있기 때문에 입자들이 에너지나 정보를 주고 받는 것이 아니라 순간적으로 서로를 알게 되는 상태라는 것입니다. 홀로그램 우주라는 말도 바로 여기서 생긴 개념입니다.
3. 양자 역학에서 “관찰의 효과”란?
보어에 의하면 양자(量子)는 관찰하기 이전에는 오로지 확률적 가상 존재로만 있다가 관찰자의 관찰에 의해서 확률이 붕괴되고 비로소 입자로서의 존재로 물현(物現) 된다고 하였는데 이것을 양자 역학에서는 “관찰의 효과”라고 부릅니다.
그러나 레케트는 SQUID(초전도 양자 간섭 장치)를 이용하여 실험한 결과, 전자와 같은 극미의 양자 세계에서뿐만 아니라 크기가 큰 거시세계에서도 두 가지 상보적 특성이 동시에 공존한다는 사실을 확인하였습니다. 다시 말하면 항공 사진처럼 멀리 보느냐 혹은 가까이 보느냐에 따라 다른 면이 드러나는 것과 마찬가지로 관찰자가 멀리서 보느냐 아니면 가까이에서 보느냐의 차이일 뿐, 존재 그 자체는 확률적으로 존재하는 것이 아니라는 것입니다. 뿐만 아니라 최근의 실험들은 양자(量子)들이 확률적 존재의 비존재가 아니라 확실한 존재의 속성들이 본디 상보적으로 존재하다가 측정 방법에 따라 하나의 특성이 드러나는 것으로 기울고 있습니다. 다시 말하면 파동도 객관적 실체로 존재한다는 것입니다.
4. 마무리
이제 마무리 해보겠습니다. 이 마무리는 순전히 본인의 자의적인 해석입니다. 첫 째, 입자와 파동은 상보성 구조로 되어 있으며 그 둘은 실존합니다. 단지 둘은 동전의 앞면과 뒷면과 같은 구조로 되어 있어 동시에 관찰할 수는 없습니다. 입자를 관찰하거나 파동을 관찰하거나 둘 중에 하나만 관찰이 가능합니다. 둘 째, 입자와 파동을 관찰할 때 관찰자의 의식이 작용하여야만 입자로 나타나거나 혹은 파동으로 나타납니다. 이것은 인간의 의식도 미세한 에너지(혹은 정보)와 같다는 사실을 암시합니다. 셋 째, 입자의 뒷면 구조를 이루고 있는 파동은 하나로 연결되어 있으며 이 연결은 두 개의 입자를 우주의 한 끝에서 다른 우주의 끝까지 멀리 떨어져 놓아도 서로 연결이 되어 있기 때문에 결국 우주는 그냥 하나의 파동인 셈입니다. 이것을 홀로그램 우주를 암시합니다. 본인은 이 하나인 파동을 “정보의 場”이라고 부르고 싶습니다. “정보의 장”이란 무엇인가? “정보의 장”이란 “마음의 場”이라고 부르고 싶습니다. 그래야 칼 융이 말한 동시성의 원리(synchronicity)를 쉽게 설명할 수 있습니다.
http://www.dr4mind.net/
강길전 박사의 양자의학 - 양자의학연구실에서 발췌
