과학적 유신론의 틀 만들기-2(양자물리학, 존재의 이중성)

2. 양자물리학적 해석 또는 법칙들

‘보이지 않는’ 실재의 문제를 제기한 아인슈타인에게 닐스 보어는 
‘보이지 않는 것은 증명할 수 없다’고 말하면서, 그런 것을 과학에 끌
어들이지 말아야 한다고 주장했다. 이들은 물리학자들 중에서도 최
고로 꼽히는 천재들이다. 이들은 평생을 두고 실재의 문제를 논쟁했
다. 보어가 대표하는 코펜하겐 학파가 양자물리학의 주도권을 잡은 
이후 과학에서 아인슈타인의 주장은 배척되었다. 따라서 ‘보이지 않
는’ 신의 존재는 과학의 범주에서 제외되었다. 그렇다면 과학은 신의 
존재에 대해서 말하지 않는 것이 마땅하다. 그러나 과학적 무신론자
들은 과학의 이름으로 신의 존재를 부정하는 망동을 자행했다. 과학
적 무신론에서 대표적으로 이용된 것은 진화론이다. 그러나 앞에서 
검토했던 바와 같이 진화론은 아직까지 사실로 입증된 것이 하나도 
없다. 그럼에도 진화론이 과학적 이론으로 인정되고 있는 이유는 무
엇인가? 그 이유로서 첫째는 과학적 무신론자들이 과학자의 정직성
을 가지고 있지 않다는데서 찾을 수 있다. 둘째는 과학자가 아닌 일반
인들은 현대사회가 과학에 기초하고 있다는 사실에서 과학자들의 주
장에 무조건 신뢰를 보내기 때문이다.

결국 우리는 철학이나 신학이라는 형이상학도 과학적으로 논의하
지 않으면 안 되는 새로운 시대에 살고 있다. 그럼에도 철학과 신학이 
과학주의 시대의 사람들에게 설득력 있는 과학적 이론을 내놓지 못하
고 있다. 이것이 과학적 유신론이 과학적 무신론에 대항하여 등장한 
이유이다. 따라서 과학적 유신론은 고전물리학에 뒤이어 양자물리학
에서도 몇 가지 중요한 이론에 대해서는 심층적으로 논의하지 않을 
수 없다.

 

(1) 물질적 존재의 이중성

 

\앞에서 살펴본 천재 과학자들의 논쟁과 고백에서, 우리는 물리적
세계와는 별개로 존재하는 정신적 세계의 실재를 부인할 수 없다는
사실을 알게 되었다. 정신적 세계에서 신의 존재를 긍정하는 사람들
도 있고, 부정하는 사람들도 있다. 또한 불가지론에 빠져있는 사람들
도 있다. 아인슈타인에게 신은 그의 과학의 궁극적 목표였던 ‘숨은 변
수’였다. 보어에게 ‘보이지 않는’ 신은 과학에서 실재하지 않는 존재였
다. 슈뢰딩거에게 신은 물리적 인간과는 상호작용이 불가능한 미지
의 ‘정신’이다. 하이젠베르크에게 신은 인간이 이해할 수 없는 전체의
세계에서만 존재 가능한 존재이다. 그러나 노자는 이미 약 2,600년
전에 직관적으로 자연에서 정신으로 느껴지는 신의 존재를 파악하고
있었다. 양자물리학적 해석에 의하면 물질적 실재는 관측되는 순간
입자와 파동의 두 가지 상태 가운데 어느 하나로 확정된다는 이중성
을 갖고 있다. 신을 물질적 실재와는 다른 정신적 실재라고 본다면,
신에 대해서도 양자물리학적 이중성이 나타나고 있다고 볼 수 있다.

 

양자물리학에서 이중성에 대한 논란은 빛에 대한 연구로부터 시작
되었다. 고전물리학 시대에는 빛이 입자로 설명되기도 하고 파동으
로 설명되기도 하는 등 오락가락했다. 결국 빛을 광양자(light quantum)
로 본 아인슈타인에 의하여, 빛은 입자이며 동시에 파동의 성질을 가
졌다고 정리되었다. 처음으로 빛의 양자적 이중성을 나타냈던 광양
자라는 이름은 광자(photon)로 바뀌었다. 태양으로부터 오는 광자는
식물에게 무기물을 유기물로 바꾸어주는 광합성 작용의 에너지를 가
지고 있다. 유기물은 생명체에게 필수적이다. 표준모형에서 광자는
보손의 하나이다. 드 브로이가 물질의 입자-파동 이중성이론을 제안
한 이후 더욱 발전된 이중슬릿 실험은 광자와 전자뿐만 아니라 탄소
분자 덩어리인 버키볼349까지 이중성을 나타낸다는 사실을 확인해주
었다. 물질이 파동과 입자의 이중성을 가졌다는 사실이 실험으로 확
정되었다.

광자는 불투명한 물체에 부딪치면 일부는 표면에서 반사하며, 나
머지는 안으로 흡수되어 저장되거나 방출되기도 하고, 투명한 물체
는 투과할 수도 있다. 우리가 물체를 보는 것은 반사된 광자가 인간의
눈에 부딪치기 때문이다. 인간의 눈은 물체에서 방출 또는 반사되는
광자의 파동에 의하여 그 물체의 색깔을 감지할 수 있다. 광자의 파동
에 의한 가시광선의 파장 거리는 약 380nm에서 780nm까지이다. 광
자의 파동이 이 범위를 벗어나면 인간의 눈으로는 감지할 수 없게 된
다. 빛의 파장은 짧을수록 높은 열에너지를 가지고 있고 투과율도 높
다. 대개 380nm보다 짧은 파장은 자외선(UV: ultraviolet)으로 X선,

감 마(γ)선 등이 있으며 에너지가 크다. 780nm보다 긴 파장은 적외선
(infrared)으로 마이크로파, 전파 등이며 에너지가 작다. 파장이 가장
짧은 감마선은 가장 높은 열에너지를 가지고 있다. 감마선은 과잉 에
너지로 들뜬 방사성 원소의 원자핵이 붕괴하면서 방출하는 고에너지
의 전자기파이다.

 

파장은 광원체의 온도에 따라 다르므로, 하나의 광
원체(光源體)로부터 모든 대역의 파장이 방출되는 것은 아니다. 현대의
학은 이런 광자의 성질을 이용하여 인체 내부의 질병을 검진하기 시작
했다. 현대적 첨단 영상 진단 장치에는 X선과 컴퓨터를 결합한 CT 단
층 촬영기, 초음파 진단장치, 자기장에 놓인 인체에 고주파를 쏘아 영
상을 얻는 MRI 촬영기, 양전자 단층 촬영기(PET) 등이 있다. 과거에는
알지 못했던 빛의 파동을 이용하여 볼 수 없었던 신체 내부의 영상을
보면서 질병 상태를 알 수 있게 된 것이다. 파동은 운동이며 에너지를
사용한다. 이렇게 모든 일은 에너지의 작용에 의한 산물이다.

물질의 표현형은 입자이고 에너지의 표현형은 파동이다. 물질과
에너지는 형태만 다를 뿐 같은 것이다. 그러므로 물질의 입자와 에너
지의 파동이라는 이중성은 관찰 조건에 따라 순간적으로 형태를 전
환하는 것처럼 보인다. 신의 존재도 관찰자의 관점(觀點)에 따라서 보
이기도 하고, 안 보이기도 하는 이중성을 가졌다. 이중성은 대칭성의
다른 표현이기도 하다. 창조의 신은 태초의 우주 에너지에서 이중성
을 가진 기본입자를 만들었고, 기본입자들은 만물의 기초가 되었다.
따라서 만물은 이미 입자이면서 파동성을 내포하는 이중성을 가지게
되었다. 신의 속성도 이중성을 그대로 반영하는 것처럼 보인다.

 

이것은 노자의 도(道)사상과 정확하게 일치한다. 노자는 태초의 자연인 유
무(有無)의 상태에서 만물의 법칙을 도(道)사상으로 설명했다. 앞에서
보았듯이 닐스 보어가 하이젠베르크와의 대화에서 노자의 도를 논의
하고, 그의 가문의 문장을 도(道) 사상을 표현하는 음양도(陰陽圖)로 정
한 것도 이런 사실을 어느 정도 알아챘기 때문이 아닐까? 그러나 보
어는 그의 코펜하겐 해석을 지키기 위하여 ‘보이지 않는’다는 핑계로

노자의 자연에서 신의 존재를 추방했다. 그로 인하여 양자물리학자
들의 사상적 조류는 과학적 무신론으로 합류하게 되었다.

이런 사실들을 보면 이중적 입자들로 만들어진 인간들의 행태 역
시 이중적일 수밖에 없는 것이 당연한 결과이기도 하다. 인간이 이중
적인 모습을 보이는 것은 어쩌면 신의 속성을 닮았기 때문일 수도 있
다. 얼굴을 마주 보고 있으면서도 상대의 이중성을 제대로 알아보지
못하는 우리가 신의 이중성을 알아보지 못할 수밖에 없는 것은 지극
히 당연한 일이다. 과학적 유신론은 과학적 무신론과 공존(50% : 50%)
하는 조건에서 논쟁을 하는 것은 거부할 이유가 없다는 입장을 천명
한다. 어쩌면 신은 인간들에게 ‘파스칼의 내기’를 걸어놓고 선택을 요
구하고 있는지도 모른다.

 

2) 상태의 공존: 실재의 확률  

아인슈타인이 발견한 에너지 물질 등가의 법칙(E=mc²)은 물리학에
서 기본법칙의 하나이다. 이 법칙은 에너지와 물질은 서로 상태를 전
이(轉移)하거나 공존할 수 있다는 사실을 보여준다. 이 법칙과 열역학
법칙들로 노자의 최초의 자연에서부터 빅뱅을 거쳐 현재의 우주까지
발전과정을 논의할 수 있다. 최초의 상태가 에너지뿐이었는지, 아니
면 에너지와 물질의 혼합체였는지는 우리가 알 수 없다. 그러나 과학
은 현재 ‘우주 에너지 총량’은 암흑에너지 약 72%, 암흑물질 약 23%,
그리고 보통물질 약 5%라고 밝혔다. 이런 바탕 위에서 과학적 유신론
은 노자의 최초의 자연 즉 최초의 우주 에너지 총량에 지적 생명체의
‘최초원인’이 실재하고 있었다고 주장한다. 그 실재가 바로 신이다.
현대 우주론은 우주가 빅뱅의 방법으로 만들어졌음을 확정하고 있

다.

 

과학적 유신론은 빅뱅이론에 기본적으로 동의한다. 그러나 과학적

유신론은 창조신이 진화론적 방법으로 우주자연을 만들었다는 과
학적 무신론의 주장에는 동의하지 않는다. 왜냐하면 의식을 가진 생
명체, 특히 자기의식을 가진 인간의 존재를 진화론적으로 설명할 수
없기 때문이다. 과학적 무신론은 물리법칙은 예외가 없으며, 진화에
는 목적이 없다고 한다. 그러나 생명체는 살아 있는 동안 열역학 제2
법칙을 위반하고 있으며, 특히 인간은 물리법칙을 이용하여 자기의
목적을 성취할 수 있는 존재이다. 이것이 자연에서 물리법칙의 적용
을 받는 물질과 생명법칙의 적용을 받는 생명체의 차이점이다. 과학
적 유신론은 창조신이 그의 창조 목적을 벗어나 통제할 수 없는 상태
로 우주만물을 만들어 놓았다고 보지 않는다. 창조의 신은 보손입자
나 중력, 척력 등의 힘 이외에도, 우리가 알지 못하는 전 우주를 통제
하는 힘을 따로 가지고 있을 것이다.

창조신이 빅뱅에 의하여 처음 빛을 만든 것은 목적이 없는 ‘우연’
이 결코 아니었다. 빛은 에너지와 물질의 매개자이다. 우주만물 가운
데서도 빛은 처음부터 절대적으로 필요한 것이었다. 기독교 창세기
에서도 신이 맨 처음 창조한 것이 빛이라고 서술한다. 일부 과학자들
이 창조신의 존재를 부정하고, 인본( 또는 인류)원리를 이야기하는 것
은 궤변이다. 우주자연이 약 140억년이나 열역학 제2법칙-엔트로피
(무질서) 증가의 법칙에 의해 파괴되지 않고 질서를 유지하는 것은 인
본원리에 의해서가 아니라, 창조신에 의하여 자연법칙이 매우 정교
하게 조율되었기 때문이다. 따라서 과학적 유신론은 과학적 무신론
에 대하여 창조신의 자연법칙을 사실대로 인용한 이론을 제시할 것을
요구한다. 마르크스와 엥겔스가 진화론을 이용하여 과학적 무신론을

주장했지만, 과학적 유신론은 진화론으로 과학적 무신론을 뒤집을
수 있다. 그때까지 과학적 유신론과 과학적 무신론은 슈뢰딩거의 고
양이처럼 공존(또는 중첩)하는 상태에 있을 수밖에 없다.

‘상태의 공존’은 과학적으로 존중되어야 할 법칙이다. 왜냐하면 그
것은 양자물리학적 법칙이기 때문이다. 이 법칙은 슈뢰딩거의 파동
방정식에서 유도된 것이다. 막스 보른이 슈뢰딩거의 파동함수에 대
해 입자의 위치를 나타내는 순간 확률이 붕괴하는 것이라고 주장하
고, 코펜하겐 해석에도 보른의 주장을 그대로 반영했다. 그러나 슈뢰
딩거는 확률적인 불확정성이 물리학에 도입된 것에 대해 반대했다.
그는 아인슈타인과 함께 하나의 실재를 1(100%)로 표현하지 않고 1보
다 작은 확률적 존재로 표현하는 것은 물리학이 아니라고 생각했다.

그는 코펜하겐 해석의 잘못을 입증하기 위하여 고양이가 들어있는 상
자 안에 우라늄 입자가 알파선을 방사하면 독가스가 방출되는 장치
를 설치해놓고 1시간 뒤에 상자를 열어본다는 사고실험을 제안하였
다. 상자를 열어보기까지 상자 안의 고양이는 살아 있거나 죽어 있을
확률이 각각 50%이다. 양자이론에서는 각각 50%의 확률을 가진 고양
이의 생사에 대해서 ‘상태의 공존’이라고 말한다. 슈뢰딩거는 이와 같
은 상태의 공존은 실재를 정확하게 설명하는 것이 아니라고 주장했
다. 왜냐하면 50%는 실재가 아니라 가능성에 불과한 것이기 때문이
다. 그러나 양자이론은 확률적인 실재를 인정하면서 상태의 공존뿐
만 아니라, 더 나아가서 발생 가능한 모든 상태를 확률적 실재로 허용
한다.

아인슈타인은 이런 확률의 문제를 통계적으로 해석하는 ‘앙상블
해석’을 제안했다. 다시 말해 슈뢰딩거의 고양이 상자가 1만 개가 있
을 때, 한 시간 후에 그 중의 5,000개 상자의 고양이는 살아 있고 나머
지 5,000개 상자의 고양이는 죽어 있다고 통계적으로 해석한다. 또한
‘이중 슬릿 실험’에서도 광자가 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 것
이 아니라 수많은 광자 중의 절반이 한 슬릿을 통과하고 다른 절반
이 다른 슬릿을 통과한다고 설명할 수 있다. 그러나 아인슈타인의
‘앙상블 해석’으로는 입자 하나의 물리적 상태를 수학적으로 기술할
수 없게 된다. 따라서 보어를 비롯한 코펜하겐 해석파는 양자물리학
에는 파동함수로 표시하는 확률 이외에 다른 변수가 존재하지 않으
며, 물리적 실재를 이와 달리 해석할 수 없다고 아인슈타인의 주장
을 물리쳤다.

‘상태의 공존’이라는 코펜하겐 해석은 또 다른 해석으로 발전하게
되었다. 휴 에버렛 3세는 이와 관련하여 ‘다중세계 해석’을 내놓았다.
이 해석은 파동함수가 붕괴하는 대신 ‘결 어긋남’ 상태에 놓이게 된다
고 주장하는 것이다. 이 해석에 의하면 관측하는 순간 고양이가 살아
있는 세계와 고양이가 죽은 세계가 ‘결 어긋남’에 의하여 서로에게 영
향을 주지 않는 평행 우주로 분리된다고 생각한다. 이 이론에서 파동
함수는 각각의 세계로 진입하게 된다. 이런 확률을 더 적극적으로 표
현하면 우리의 상상 속에서 ‘발생 가능한 일은 결국에는 모두 발생’한
다고 주장하게 된다. 이 이론은 뒤에 다중우주론으로 발전하면서 초
끈이론과 M이론을 유발했다. 그러나 다중우주론은 오파린이 『생명의
기원』에서 물질에서 생명체가 발생했음을 ‘변증법적 비약’이라고 표
현한 것의 재판에 다름 아니다. SF나 아이들 만화 소재를 위한 것이라
면 몰라도 과학이론으로는 너무 비약적이고 상상이 지나치다.

이렇게 ‘상태의 공존’을 두고 벌어진 논쟁을 살펴보면 일부 양자물
리학자들은 원자 안의 미시세계와 우리가 살고 있는 거시세계를 동일
시하는 환상에 빠져 있다. 나아가서는 가능성의 확률이 거의 없는 허
황한 상상의 세계조차 실재의 세계로 오인할 수 있는 해석을 하고 있
다. 그럼에도 불구하고 과학적 무신론은 어떻게 신의 실재에 대해서
는 확률 0%, 신의 부존재는 확률 100%라고 주장하는가? 과학적 무신
론자들은 이 질문에 대답해야 한다. 무엇보다 과학적 유신론과 과학
적 무신론은 서로 ‘상태의 공존’을 인정하고 과학적인 논쟁을 시작해
야 한다. 왜냐하면 서로의 가능성이 각각 50%의 확률을 가지고 있기
때문이다.

그러나 이제까지 살펴본 바와 같이 과학적 무신론은 신화적인 ‘우
연’과 증거가 없는 진화론에 의존하여 물질일원론을 주장한다. 그러
나 과학적 유신론은 생명체의 의식은 물리법칙과는 다른 생명법칙에
기원을 두고 있다는 이원론을 주장한다. 물질적 세계만 탐구하는 과
학자들은 생명체를 포함한 전체 세계를 이해하지 못한다. 결국 생명
의 법칙을 제대로 이해하지 못하면 최초의 생명적 실재인 창조신을
이해하는 것도 불가능하다. 생명이 물리법칙과는 다른 생명법칙에
따르고 있다는 사실을 인정하지 않는다면, 과학은 생명력이 포함되
어야 하는 전체 우주의 법칙을 결코 발견하지 못할 것이다.