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양자물리학의 등장과 새로운 발견들

( 빙의는 없다 [2012년 발행] 에서 발췌 )

19세기 말 물리학자들은 원자보다 작은 미시의 세계를 처음으로 직접 연구할 수 있게 되었다. 질서정연한 고전 물리학으로 무장한 이들은 이제 곧 세상의 근원적 구조를 완전히 밝혀내 더 이상 물리학이 밝혀낼 새로운 영역은 남지 않을 것으로 생각했었다. 그러나 기대와 달리 이들이 발견한 것은 당시의 물리학과 상식으로는 도저히 이해하거나 설명할 수 없는 또 다른 세상의 모습이었다. 아주 작은 물질의 세계는 고전 물리학과 열역학 법칙으로 이해할 수 없는 불가사의한 속성들을 보였고, 이를 설명하기 위해서는 완전히 새로운 물리학 이론이 필요하게 되었다. 이렇게 태어난 이론이 ‘양자론(量子論 quantum theory)’이다. 양자론은 원자보다 작은 전자(electron), 원자핵, 빛 등 자연계 현상의 중요하고 많은 부분을 이루고 있는 미시 세계의 속성과 움직임을 이해하는 데 꼭 필요하기 때문에 상대성원리와 함께 현대 물리학의 토대라고 할 수 있다.
01새로운 이론의 필요성, 새로운 과학의 등장

같은 시기에 아인슈타인(Albert Einstein)에 의해 발견된 상대성원리는 모든 자연현상이 일어나는 무대인 시간과 공간이 고전 물리학의 주장처럼 두 개의 절대적이고 고정불변의 상수가 아니라 조건에 따라 시간의 길이가 늘어나거나 수축되고, 공간은 휠 수 있는 가변적이고 상대적인 영역이라는 사실을 밝힌 이론이다. 이 두 가지 새로운 발견으로 자연계 현상의 실체를 이루는 미세 소립자의 세계와 그 배경이 되는 시간과 공간에 대한 그때까지의 물리학 이론들은 힘을 잃었고 학자들은 충격에 빠져 새로운 이론들을 찾기 시작했다. 1900년 독일의 물리학자 막스 플랑크(Max Planck)는 물체의 온도가 올라가면서 방출되는 빛의 색깔과 온도의 관계를 당시 물리학 이론으로는 설명할 수 없어 고민했다. 그러다가 에너지가 방출되거나 흡수될 때 무한대의 소량이나 무한대로 끝없이 나눠지는 양이 아니라 ‘일정한 크기의 아주 작은 양’의 단위로만 작용한다는 가설을 발표하며 이 ‘가장 작은 단위’를 양자(量子 quantum)라고 불렀다. quantum이란 단어는 라틴어로 ‘셀 수 있는 양’을 뜻한다.


그로부터 5년 후 아인슈타인은 빛의 속성을 ‘파동이라기보다는 작게 뭉친 에너지 덩어리처럼 움직인다’고 판단하고 플랑크의 가설을 빛에 적용해 빛의 가장 작은 단위를 광자(光子 photon)라고 부르고 이것을 빛의 양자(量子)로 생각해 ‘광양자가설’을 발표했다. 즉 파동으로 생각되던 빛에 입자의 성질이 있다는 사실을 발견한 것이다. 그 후의 연구들을 통해 자연계에는 에너지 외에도 시간, 공간 등에 더 이상 작아질 수 없는 최소 단위인 양자가 존재하며 이것이 우주의 모든 물질과 에너지, 그 외 현상들의 기초라는 사실이 받아들여졌다. 이것이 양자이론이며 양자물리학의 시작이다. 양자이론은 아주 작은 미시 세계에만 적용되는 비현실적 이론이 아니라 소립자의 세계에서부터 거대한 천체의 움직임까지 설명해준다. 컴퓨터와 휴대전화, 반도체 산업, 레이저 기술 등이 발달한 현대의 IT 사회 역시 양자이론에 의해 탄생한 것이다.

02초자연 현상과 인간 의식의 작용을 밝혀줄 발견과 개념들

지난 10년간 발전해온 양자물리학과 이를 바탕으로 하는 새로운 과학의 흐름을 모두 살펴보는 것은 지면 관계상 불가능하며 이 책의 목적과도 맞지 않다. 그러나 이 새로운 이론과 함께 여러 첨단 과학 분야에서 계속 밝혀지고 있는 놀라운 사실들은 그동안 설명하기 힘들었던 초자연 현상들과 인간 의식의 불가사의한 작용들을 이해하는 데 꼭 필요하므로 중요한 발견과 개념들을 간략히 살펴볼 필요가 있다. 아래 내용들은 첨단 장비와 기술, 엄격한 기준의 관측과 실험 결과를 통해 이미 과학적 사실로 인정된 것들과, 어느 정도 논란이 있지만 객관적이고 정황적인 증거와 논리적 추론에 의해 가장 가능성 높은 결론으로 받아들여지는 이론들을 소개한 것이다. 각각의 내용마다 개념과 이론의 명칭만 실었고, 다수의 관련 실험과 관련 학자들, 여러 논문과 보고서들이 존재하지만 지면 관계상 대부분 생략했다. 대신 책 말미에 관련 논문과 참고서적 목록을 따로 실었으니 관심 있는 독자들은 참고하기 바란다. 이 사실들에 내가 주목하는 이유는, 그 내용을 환자 치료에 그대로 이용하거나 새로운 치료 이론과 기법들을 개발하고 발전시키는 데 중요한 기초자료로 활용할 수 있기 때문이다. 또한 실험이나 과학적 추론이 아니라 내 환자들과의 최면치료 과정에서 그 내용의 많은 부분이 사실임을 독립적으로 확인할 수 있었기 때문이기도 하다. 실제로 현재 내가 사용하고 있는 치료 기법들 중 많은 부분이 아래의 사실들을 기초로 응용, 개발한 것이다.

03양자론 이후 새롭게 밝혀지는 자연계의 모습
  • 광자나 전자처럼 원자보다 작은 소립자들은 입자와 파동의 두 가지 성질을 동시에 가지며(입자와 파동의 이중성 waveparticle duality), 하나의 소립자는 구름이 퍼져 있는 것처럼 동시에 광범위한 장소에 넓게 퍼져 존재할 수 있어(상태의 공존 superposition) 사람이나 기구가 관측할 때까지는 일정한 위치가 정해지지 않는다. 즉 관찰자에 의해 무수한 가능성 중 하나가 현실화되어 위치나 상태가 결정되지만(파동함수 붕괴 wave function collapse), 어떤 가능성이 현실화할지를 미리 예측할 수는 없다.
  • 관찰하기 전에는 무한한 가능성의 세계 속에 공존하다가 관찰을 해야 하나의 현실로 결정된다는 것은 소립자의 세계가 관찰자의 의식과 무관하게 독립적으로 존재하는 세계가 아니라는 사실을 보여준다.
  • 현실 속에 모습을 드러낸 후에도 소립자의 위치와 운동량은 동시에 정확히 측정할 수 없으며 한 가지 속성을 관측할 때 다른 속성들은 불분명해진다.(불확정성 원리 uncertainty principle)
  • 소립자들은 관찰자의 의도 혹은 어떤 관측 장비를 쓰는가에 따라 관측 결과를 다르게 보여주며 마치 관찰자나 관측 장비의 의도를 미리 알고 행동하는 듯한 모습을 보여준다. 즉, 양자 차원의 소립자들이 상황을 파악하고 그에 따라 자신의 상태를 선택할 수 있는, 단순하지만 분명한 의식의 속성을 가지고 있는 것으로 추정할 수 있다.
  • 서로 연결되어 같은 상태를 한 번이라도 공유했던 소립자들은 아무리 먼 거리를 떨어져 있거나, 멀어진 지 오랜 시간이 흘렀어도 그 연결이 유지된다.(양자얽힘 quantum entanglement). 하나의 소립자의 상태에 변화가 생기면 동시에 그와 연결되어 있는 또 다른 소립자의 상태에도 변화가 생기는데 그것은 언제나 첫 번째 소립자의 상태를 보완하는 정반대의 상태가 되어 마치 시간과 공간의 한계를 넘어 상대방의 상태를 즉시 파악하면서 대응하는 것처럼 보인다.
  • 자연계의 여러 시스템(작은 분자나 세포, 조직, 생명체, 별과 은하 등)을 구성하는 여러 요소와 각 부분들 사이에는 정밀한 정합성(coherence)이 존재해 한 부분에 일어나는 일이 거의 동시에 다른 부분들 전체에 영향을 미친다. 이런 통일성을 유지하기 위해서는 각 부분 간의 시간과 공간의 거리를 완전히 뛰어넘는 정보 전달 체계가 필요하다(정보장 information field, 비국소성 nonlocality). 현재 이런 현상을 가장 잘 설명할 수 있는 이론은 모든 정보가 우주 공간 전체에 동시에 확산되어 공유된다고 보는 홀로그램(hologram) 이론이다.
  • 홀로그램은 두 개의 레이저 광선을 이용해 만들어내는 3차원 영상이다. 이 필름은 한 부분을 작게 잘라내도 그 안에 필름 전체의 영상이 모두 들어 있다. 즉 모든 조각 속에 정보 전체가 들어 있는 특징을 보이는 것이다. 이 이론이 중요한 이유는 지금으로서는 설명이 어려운, 기억이 뇌에 저장되는 방식과 우주의 여러 구조에서 발견되는 통일성과 동조성 등을 설명하는데 가장 적합한 모델이기 때문이다.
  • 우주에 있는 크고 작은 모든 존재는 시간과 공간의 제약 없이 상호 연결되어 있어 완전히 격리된 현상이나 존재는 있을 수 없으며, 단단하게 보이는 물체도 사실은 그 바탕을 이루는 에너지 장(場 field)의 일부가 특정한 형태나 덩어리의 파동으로 좀 더 조밀하게 뭉쳐 있는 현상으로 봐야 한다. 이 파동들의 상호 간섭을 지배하는 법칙에 의해 눈에 보이는 우주의 질서가 유지된다.
  • 아주 작은 미시의 세계만이 아니라 천체에서 발견되는 거대한 차원의 통일성은 별과 은하들 역시 어떤 식으로건 연결되어 있음을 보여주며, 우주가 지금처럼 존재할 수 있도록 균형을 잡아주는 여러 물리적 상수(常數 constant)들은 우연으로는 도달하기 불가능한 정밀한 수치로 조율되어 있다. 이것으로 보아 우주의 탄생과 운행은 무작위로 발생한 우연한 사건이 아니라 고도의 의식과 의도에 의해 설계된 계획일 가능성이 아주 높다.
  • 생명체를 이루는 원자와 분자, 세포와 조직을 이루는 여러 부분들 사이에는 역동적이며 동시적인 통일성이 존재해 하나의 세포나 조직에 일어나는 일은 다른 모든 세포와 조직에도 즉시 영향을 주게 된다. 또한 생명체는 주위 환경과도 통일성을 유지해 외부의 변화가 생명체의 내부에도 즉시 반영됨으로써 환경 변화에 따른 적절한 적응과 진화가 짧은 시간 안에 이루어질 수 있다. 양자 차원에서와 같은 통일성이 생물계에도 존재하는 것이다.(생물학적 통일성 biological coherence)
  • 고대로부터 모든 문명에 공통되는 상징이나 믿음, 문화와 관습 등이 존재하며, 이런 요소들은 서로 접촉이 전혀 없었던 종족들 사이에서도 공유되는 것으로 보아 정보가 퍼져나가거나 축적될 수 있는 아직 알려지지 않은 어떤 원리와 매개체가 작용하는 듯하다. (형태형 성장이론 morphogenetic field theory)
  • 우주 공간은 완전히 비어 있는 진공이 아니다. 1cm3의 공간에, 현재 알려져 있는 우주의 모든 별과 물질을 이루는 에너지를 합한 것보다 더 큰 잠재적 에너지가 들어 있으며(양자전자 기동력학 에너지 quantum electrodynamic energy), 무수히 많은 종류의 파동·진동·에너지와 힘의 장(field)들이 중첩되고, 홀로그램처럼 우주 전체 공간에 퍼져 비국소적으로 저장된 정보들로 가득 차 있다. 공간은 물질과 상호작용해 실제 물리적 결과를 일으키는 일종의 우주적 매개체(medium) 역할을 하며, 공간 내부 에너지의 불확정성으로 인해 아주 짧은 시간 동안 여기저기서 끊임없이 소립자들이 한 쌍씩 생겨났다 사라지는 역동적인 공간이다. (양자 진공 quantum vacuum, 영점장 zero point field)
03인간 의식에 대한 새로운 발견들

자연계에서 새롭게 발견되고 이해되는 위의 현상들은 우리 삶의 여러 차원에서도 그대로 일어나고 있다. 사람의 마음과 의식, 감정의 에너지는 주변의 모든 사물과 사람들, 환경과 서로 영향력과 정보를 주고받으며 무한대의 시공간 속에 홀로그램처럼 퍼져 저장되며 그 사람의 현실적 삶의 모습을 만들어나간다. 사람들은 모두 양자얽힘으로 연결되어 있는 소립자들처럼 내면의식의 차원에서 연결되어 서로 정보와 에너지를 주고받을 수 있다.

  • 사람의 마음은 자신의 몸과 다른 사람의 몸과 마음, 주변의 물체, 주위 공간에 물리적 영향력을 미칠 수 있다. 이것은 의식계와 물질계가 완전히 분리된 세계가 아니라 상호작용하는 모종의 에너지 체계를 공유함을 뜻한다.
  • 감정적으로나 유전적으로 가까운 사람들일수록 멀리 떨어져 있어도 감정이나 이미지의 텔레파시 현상이 잘 일어나며, 그 순간 두 사람의 뇌파는 동조 현상을 보인다(비국소성, 통일성, 양자얽힘).

위에 소개한 내용들은 이미 과학적으로 증명되었거나, 충분한 양의 경험과 정황 증거들을 근거로 내린 합리적 결론들이다. 그러나 불행히도 이런 지식들은 흔히 말하는 ‘주류’의 과학과 의학으로 아직 자리 잡지 못하고 있다. 그 가장 큰 이유는 이들 대부분이 최근 20~30년 사이에 사실로 밝혀진 새로운 지식들이기 때문이다. 새로운 사실과 이론은 학자들 사이에 충분히 알려지고 토론을 거치며 공감대가 형성되는데 오랜 시간이 걸리며, 그 과정을 거쳐 사실로 받아들여져도 학계의 중심 무대로 이동하고 사회 전체에 받아들여지는 데 또 시간이 걸린다. 정신의학을 포함한 현대의학은 아직 위에 소개한 새로운 사실들을 환자 치료에 거의 이용하지 못하고 있다. 현대의학이 지금도 분자생물학을 기반으로 환원주의적이고 유물론적인 전통 과학의 틀에 묶여 있고, 전체적 현상보다는 관찰 가능한 일부 현상의 임의적 해석에 의존해 이론을 만들고 있기 때문이다.

이 새로운 발견들이 의학적 치료에 충분히 반영되려면 적어도 한 세대는 더 흘러야 할 것으로 나는 생각한다. 익숙한 방식과 논리를 과학적 근거보다 더 중요하게 여겨 자신이 잘 모르는 낯선 사실들은 정당한 이유 없이 외면하는 과학자들이 어느 시대 어느 곳에서나 학계의 주류를 이루고 있고 이들의 생각은 새로운 사실들 앞에서도 쉽게 변하지 않기 때문이다. 양자론의 창시자인 막스 플랑크의 말처럼 ‘과거 이론에 묶인 학자들의 장례식이 한 번 있을 때마다 과학은 발전’하는 것이다. 그는 자기 이론을 받아들이지 않는 완고한 동료들을 보며 느꼈던 좌절감을 그렇게 표현했다. 첨단의 영역에서 새로운 사실들을 찾아내는 학자들은 항상 너무 앞에 나가 있어 늘 외롭고, 일에만 열중해 주위를 설득하거나 자기 편을 만드는 사교적 노력에 무관심해서 주류에 속한 동료들로부터 이런저런 오해와 공격을 받기 때문이다.