양자역학에서 말하는 “비국소성” 이론에 관하여 한 번 요약하고자 합니다.
뉴턴 물리학의 주요 패라다임은 물질은 최소 단위인 원자로 구성되어 있으며, 인간의 의식은 두뇌에서 일어나는 화학 작용의 산물이고, 존재하는 모든 것은 서로 분리되어 있기 때문에 두 개의 독립적인 개체는 어떤 신호를 통해서만 정보 전달이 가능하다고 생각합니다. 그리고 우주는 정확한 역학 원리에 따라 움직이는 거대한 기계로 생각합니다. 이러한 뉴턴 물리학의 패러다임은 지난 300년간 지속되면서 대부분의 일상 생활 속에서 잘 들어맞는 적합한 모델이었으며, 인류 문명이 놀라운 기술적 진보를 이룩하는데 결정적인 기여를 했고, 또한 행성의 운동을 기술하는데 사용했던 뉴턴의 공식은 인간을 달에 착륙시키는 일에도 사용 되었습니다.
그러나 20세기가 들어서면서 빛과 소립자를 연구하는 과정에서 뉴턴 물리학으로 설명할 수 없는 새로운 실재(reality)가 존재한다는 사실을 발견하게 되었습니다. 즉, 1900년 독일 과학자인 막스 플랑크(Max Plank)는 고온의 물체에서 빛이 방출 되는 양상을 관찰하는 과정에서 빛이 연속적인 에너지 분포를 보일 것이라는 일반적인 생각과는 달리, 빛이 에너지 덩어리로 불연속적인 분포를 나타낸다는 사실을 발견했습니다. 이 결과는 플랑크와 아인슈타인으로 하여금 빛이 파동과 입자의 성격을 동시에 가지고 있다는 생각으로 이끌었으며 이것이 양자 물리학의 시작이었습니다.
1920년대에 이르러 과학자들은 원자의 구조를 밝히는 과정에서 전자(電子)가 행성처럼 단단한 물질 입자의 성질 뿐만 아니라 파동적인 성격을 가진다는 사실을 알게 되었습니다. 즉, 소립자가 입자와 파동의 이중성을 갖는 다는 것이었습니다. 이것뿐만 아니라 전자(電子)가 운동을 하는데 필요한 에너지가 어디에서 오는가에 대해서도 알 수 없었으며, 입자의 위치와 운동량을 동시에 측정하는 것도 불가능하다는 사실(불확정성 원리)을 발견하였습니다.
뿐만 아니라 과학자들은 소립자들이 보이는 파동이 우리가 일상적으로 알고 있는 파동과는 다른 것이라는 사실을 발견하였습니다. 즉, 소립자의 파동은 전 우주 공간에 걸쳐 있어 하나로 연결되어 있다는 것을 보여주었습니다. 이것을 설명하기 위하여 1964년 영국의 물리학자 존 벨(John Bell)은 새로운 관계식을 제안하였는데 그것은 어떤 숨은 변수가 있어 양자 입자에 영향을 미치며 이 숨은 변수들은 시공간의 제한을 뛰어넘는 작용을 한다고 하였습니다. 이것을 “비국소성(non-locality)”이라고 불렀습니다.
“비국소성” 이론에서는 입자들은 하나로 연결되어 있기 때문에 상호 작용이 거리와 상관없이 빛보다 빨리 동시적으로 순간적으로 이루어진다고 생각하였습니다. 예를 들면 우주의 한 끝에 있는 입자의 속성을 변화시켰을 때 그 입자와 상관관계를 이루고 있는 다른 입자의 속성도 역시 동시적으로 변화된다고 생각하였습니다.
벨의 주장은 마침내 1982년 알렌 아스펙트(Alain Aspect)와 그의 동료에 의해 파리에서 행한 실험을 통해서 사실로 증명되었습니다. 다시 말하면 아스펙트의 실험은 동시적 사건의 발생이 시공간을 초월하는 어떤 요소와 관계되어 있음을 보여 주었습니다.
이러한 이론과 실험이 기초가 되어 오늘날에는 많은 과학자들은 입자는 양자진공이라고 부르는 감추어진 실제의 표면 위에서 일어나는 것이라고 생각하게 되었습니다. 여기서 진공이라고 부르는 것은 우리가 흔히 알고 있는 아무 것도 없는 텅 비어 있는 공간이 아니라 그 반대로 막대한 에너지로 역동적으로 농축되어 있는 공간을 말합니다. 그러나 이 에너지는 어떤 부딪힘이나 마찰도 없기 때문에 우리가 가지고 있는 장비로는 측정이 불가능합니다.
이 양자진공은 미국의 물리학자 데이비드 봄이 제한한 “숨은 질서(implicate order)”와 통하는 개념입니다. 그래서 물질 입자와 파동들은 이 양자진공의 표면 위에서 요동치며 존재 속으로 나타났다가 사라지는 것입니다. 바다를 양자진공에 비유한다면 인간은 바다 속을 헤엄쳐 다니는 물고기와 같은 것입니다. 따라서 생물과 무생물을 포함하여 우주에 존재하는 모든 것은 양자진공 수준에서는 하나로 연결되어 있는 것입니다.
이 “비국소성” 이론은 “양자의학”에서 다루는 “원격치료” 및 “기도 치료”와 밀접한 관계가 있기 때문에 한 번 다루어 보았습니다. 그리고 이 이론은 초상 심리학에서 다루는 텔레파시, 예지 및 원격투시 등을 설명하는 이론이기도 하고, 칼 융이 말하는 동시성(synchronicity)의 원리를 설명하는 이론이기도 합니다.
종합해서 말씀드리면, 지금까지 과학이 밝혀낸 사실은 우리의 자연은 뉴턴 물리학으로 설명할 수 있는 것과 양자역학으로 설명해야 하는 것이 공존하고 있다는 사실입니다. 하지만 양자역학이 제안된 지 벌써 100년이라는 세월이 흘렀지만 대부분의 사람들에게 큰 영향을 주지 못했습니다. 그래서 아직도 많은 사람들은 양자역학의 보편적인 개념이라고 할 수 있는 “비국소성” 이론과 관련된 이야기를 하면 그만 “귀신 씨나락 까먹는 소리”로 몰아 부칩니다.
충남대학교 의과대학 산부인과 교수 / 강길전
