2. 보이는 것이 다가 아니다 - 연속과 불연속

아침이면 해가 뜨고 저녁에는 달이 뜨지요. 자동차는 달리고 사람들은 돌아다닙니다. 강아지도 뛰어 다니고 하늘에서는 구름들이 둥둥 떠 있습니다. 우리는 눈과 느낌과 경험으로 이러한 것들을 이해하고 있습니다. 이런 것들을 이해하는데 가장 필수적인 것이 바로 감각이지요. 이런 감각으로 우린 자연현상을 이해하고 인간관계를 이해하고 삶과 인생을 이해하고 있습니다. 그리고 그것이 옳다고 믿고 있습니다.

하지만 지금부터 우리는 우리가 감각으로 이해하고 옳다고 믿고 있는 이 세상이, 이 우주가 그렇지 않다는 이야기를 들으려 합니다. 그리고 감각으로 이해하지 못하는 세상이 얼마나 신비로운지를 듣게 될 것입니다. 반면 얼마나 어려운지도...

1808년 영구의 돌턴은 원자론을 주장합니다. 이 세상을 이루는 모든 물질은 모두 원자라는 가장 작은 입자로 만들어져 있다는 이야기입니다. 이미 우리는 책을 통해 또는 TV나 학습을 통해 원자라는 것을 알고 있습니다. 하지만 돌턴이 원자를 주장할 당시에는 물질이 물, 불, 흙 그리고 공기로 이루어져 있다고 믿었습니다. 바로 4원소론이죠. 고대 그리스의 엠페도클레스부터 아리스토텔레스까지 주장했습니다. 물론 유럽 사람들만의 이야기이지요. 우리는 기氣라는 것으로 이루어져 있다고 생각했습니다. 그런데 이 4원소론을 잘 보면 4가지 원소로 물질이 이루어져 있다는 것이지 4가지 입자로 구성되어 있다는 것은 아닙니다. 다시 말해서 물, 불, 흙, 공기가 어떤 일정 비율로 섞여 물질이 만들어 진다는 것입니다. 각각의 입자로 구성되는 것이 아니라 섞여서 연속적인 비율이 있어야 한다는 것입니다. 하지만 돌턴의 원자론으로 인해 물질은 연속적인 것이 아닌 연속적이지 않은, 불연속적인 것으로 만들어진 것입니다. 사실 우리가 살고 있는 세상은 연속적인 것으로 이루어진 것이라고 믿어도 사는데 아무런 지장을 주지는 않습니다. 하지만 연속적인 것이라고 믿는 것은 허상일 뿐 실제로는 불연속적이라는 것이 문제입니다. 아닌 것을 맞다고 믿고 살 수는 없지요.

더더구나 물질뿐만이 아니라 우리가 아는 에너지 역시 연속적인 것이 아니라 불연속 적인 것입니다. 이게 무슨 말일까 하는 생각이 들 수도 있겠지만 일단은 믿으세요. 에너지도 역시 알갱이로 이루어져 있다는 것으로요. 기관총을 쏘면 총알이 한방 한방 나가는 것이지요. 하지만 우리의 감각으로는 그것이 총알 하나 하나가 나가는 것이 아니라 연속적으로 나가는 것처럼 느끼는 것입니다. 그러니 에너지의 최소 단위를 총알로 생각하시면 총알이 일정한 에너지를  갖기 전에는 총구 밖으로 튀어 나가지 않습니다. 충분한 에너지를 얻어야만 밖으로 튕겨 나가는 것이지요. 총알을 10알을 가지고 있다면 한번에 총알 10개가 동시에 튕겨 나가지 않습니다. 한방 한방 나가는 것이지요. 그러니 우리는 총알 10개의 에너지량이 총알 하나 하나의 정수배로 존재하며 총알 하나 하나가 에너지 덩어리라는 것을 알 수 있습니다. 이것을 에너지 덩어리가 양자화 되어 있다고 할 수 있지요. 또 다른 예로는 길을 걸어가다가 혹시 땅 바닥에 긴 줄이 있어서 뭔가하고 봤더니 개미들이 줄지어 가는 것을 보신 적이 있지요?! 멀리서 보면 하나의 선으로 이루어져 연속적인 것 같지만 실은 개미 하나 하나의 불연속적인 것입니다. 에너지가 불연속적이라는 것도 이해 할 수 있겠죠?!
에너지가 연속적으로 되어 있다는 가정에서 시작한 뉴턴의 역학으로는 이렇게 불연속적인 에너지를 다룰 수는 없습니다. 그래서 새로운 역학이 필요하게 된 것이고 뉴턴역학의 역사의 뒤안길로 사라지게 되는 것입니다-그렇다고 뉴턴 역학이 중요하지 않은 것은 아니겠죠-