하나의 전자가 동시에 두 개의 구멍을 지났다

2019년 8월 22일 목요일, 서대문자연사 박물관에서 있었던 ‘올해의 과학도서 무료 강연’ 제5강 <김상욱의 양자공부> 강연을 들었다. 아무런 정보 없이 처음 듣게 된 양자역학 이론은 아주 기초적인 수준이었음에도 불구하고 신기하고 놀라운 신세계를 보여주기에 충분했다. 강의 내용과 책의 내용을 보충해, 내가 이해한 바는 이렇다. 

양자역학 이전의 고전역학에서는 이 세상의 모든 현상을 운동으로 이해한다. 일정한 속도로 움직이는 것은 자연스러운 운동이라 여겼고, 속도가 변하는 것을 자연스럽지 못한다고 보았다. 따라서, 운동법칙은 속도의 변화를 기술한다. 이를 가장 간단한 수식으로 표현한 것이 ‘F=ma’이다. 미분으로 쓰여진 이 수식을 통해 우주의 법칙이 드러나고, 이로부터 위치를 추출하는 과정이 적분이다. 

운동법칙 ‘F=ma’는 속도의 변화를 기술하는 식이고, 어느 주어진 순간에 초기 조건인 위치와 속도를 모두 알면 그 뒤에 오는 모든 시간에 대해서 ‘F=ma’에 따라 모든 미래가 결정되어 있다는 겁니다. (『과학하고 앉아있네 3』, 33쪽) 

이것이 바로 과학적 결정론이다. 고전역학이 말하는 바는 우주는 이미 모든 것이 다 결정되어 있으며, 일단 초기 조건이 다 주어지면 그 이후의 미래는 우리가 바꿀 수 없다는 것이다. 인간의 자유의지는 무의미할 수 밖에 없다. 

양자역학은 “만물은 원자로 되어 있다”는 전제에서 시작한다. 원자는 10억분의 1m 정도로 작아 눈으로 볼 수 없다. 원자의 중심에는 (+)전하를 띠는 원자핵이 있고, 그 주위를 (-) 전하를 띠는 전자가 움직이고 있다. 원자 중에서 가장 작은 원자인 수소 원자와 전자의 크기와 거리를 계산하여 표현한 그림이다. 

농구공이 수소 원자의 핵이라면, 전자는 그 곳에서 10킬로미터 떨어진 거리에서 돌고 있다. 전자는 크기가 거의 없어 수학적인 점에 가깝기 때문에 원자와 전자 사이는 텅 비어 있는데 전자기력 때문에 그 내부가 꽉 차 있는 것처럼 느껴진다. 

우주에 존재하는 네 종류의 힘 중, 원자핵을 쪼갤 때나 볼 수 있는 두 종류의 힘과 중력을 제외하면, 전자기력은 인간이 제어할 수 있는 유일한 힘이어서 전자의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 전자를 가지고 하는 이 실험은 검은 벽 앞에, 아래위로 긴 두 개의 구멍에 전자를 던져 보는 것이다. 전자가 입자라면 하나의 구멍만 통과해 각각의 구멍을 통과한 전자들이 두 개의 줄로 나타날 것이다. 전자가 파동(예:물결파, 소리)이라면 두 개의 구멍을 동시에 통과해 두 개의 구멍 각각을 중심으로 다시 퍼져서 서로 간섭하여 복잡한 무늬를 만들게 될 것이다. 입자를 두 개의 구멍으로 보내면 두 개의 줄이 나오지만, 파동을 보내면 여러 개의 줄이 나온다는 실험 결과를 바탕으로 한 예측이다. 결과는 어땠을까? 

여러분이 보고 있으면 두 줄이 나오고, 보지 않으면 여러 줄이 나옵니다. 마치 전자가 자기 자신이 관측을 당하는지 아닌지를 아는 것처럼 행동을 하고 있습니다. 이거 정말 미칠 노릇이죠. 미칠 일이지만 이게 사실이니까, 이제는 이것을 설명해야 됩니다. 이것은 정말 모순처럼 보이지만 양자역학의 체계에서는 문제가 없습니다. 코펜하겐 해석에 따르면 관측이 결과를 바꾼 것에 불과합니다.(64쪽)

코펜하겐 해석에 의하면, 측정이 대상에 영향을 주기 때문에 위치나 운동량 같은 기본 물리량을 아는 것이 원리적으로 불가능하다. 측정을 하면 대상의 상태에 불연속적인 변화, 즉 붕괴가 일어나기 때문이다. 이는 하이젠베르그의 불확정성 원리에 의거한 것이다. 미시적 세계에서 입자의 위치와 운동량은 동시에 확실하게 결정되지 않고 위치의 불확정성과 운동량의 불확정성에는 불확정성원리가 성립한다는 것이다. 더 간단히 말하자면, 관측이 대상을 변화시킨다는 것이다. 

결국 코펜하겐 해석에서는 관측을 당하는 대상과 관측을 하는 주체 두 가지로 우주를 나누어 생각해야 합니다. 누가 관측하는지 누가 관측당하는지를 먼저 이야기해야 된다는 거죠. 여기서 코펜하겐 해석의 기본 입장은 이렇습니다. 관측을 하는 것은 큰 세상, 즉 우리와 같은 거시세계의 물체입니다. 뉴턴역학과 고전 역학을 따르는 세계죠. 약자역학을 따르는 미시세계, 원자 크기의 작은 물체는 관측을 당하는 개체가 되는 겁니다. 그리고 관측은 대상에 영향을 주어 상태를 바꿉니다. 이게 양자역학의 표준 해석이라 할 수 있는 코펜하겐 해석이에요. (53쪽) 

관측은 대상을 변화시킨다. 누가 관측하는지, 누가 관측 당하는지, 그것이 중요하다. 하나의 전자가 동시에 두 개의 구멍을 지나는 현상이 실험을 통해 증명되었으며, 이는 인간의 언어로 설명할 수 없는 부분이다. 이해가능한 설명이 존재할 수 없다. 그런 현상이 존재하다는 것을 알게 된 것 뿐이다. 하나의 전자가 동시에 두 개의 구멍을 지났다. 

양자역학의 원리를 이용해 도체, 부도체, 반도체의 이해가 가능해졌고, 반도체의 발전으로 컴퓨터, 노트북, 스마트폰과 같은 기기의 탄생이 가능했다. 양자역학은 우리 삶 깊숙이 들어와 과학 영역 뿐만 아니라 철학과 세계관에도 커다란 영향을 미치고 있다. 정말 인상깊었던 구절은 여기. 

물질이 텅 비어 있다는 것을 직접 보려면 가시광선 말고 엑스선이나 감마선으로 쬐어보면 됩니다. 그러면 아무것도 없는 것처럼 그냥 지나가는 것을 알 수 있습니다. 우주는 사실 거의 텅 빈 것이나 마찬가지입니다. 전자기력만 아니라면 여러분은 아무것도 없는 것이나 마찬가지인 겁니다. 물질을 얻으려고 아등바등하며 살지 마세요. 물질은 텅 빙어 있는 겁니다. 아무것도 없어요. 이게 우리가 이해해야 할 대상입니다. (41쪽) 

만물은 원자로 이루어져 있고, 인간 또한 마찬가지이다. 인간을 구성하는 원자 중 큰 원자들의 경우 농구공만한 핵이 지구 중심에 있다고 하면, 제일 바깥에 있는 전자는 지구 표면 정도를 돌고 있다는 주장이다. 눈으로 보지 않아 도저히 믿을 수가 없다. 내 몸은 이렇게 꽉 차 있고, 단단하고, 현실적인데, 그 사이가 텅 비어 있다는 것이다. 가시광선이라는 전자기파가 내 몸의 원자 구조를 그냥 지나가지 못하기 때문에 꽉 찬 것처럼 착각을 하고 있다는 것인데, 나는 이 부분에서 『나는 내가 죽었다고 생각했습니다』의 이런 문장이 떠올랐다. “견고한 존재라고 말하는 좌뇌의 판단이 사라지자 자연스럽게 유동체 자각 상태가 되었고, 스스로를 끝없이 움직이는 유동적 세상에서 ‘내부에 액체가 차 있는 주머니’로 인식했다(59쪽)”. 

고전 역학에 대한 설명에서 양자역학으로 주제가 바뀌면서 청중들이 어려워하는게 느껴졌나 보다. 김상욱 교수는 이게 좀 어렵죠? 다정한 말을 건네며, 학교 다닐 때 다들 물리 싫어하셨잖아요? 라고 친근하게 물었다. 나는 솔직히 그렇다고 답했는데, 그 순간, 앞에서 둘째 줄 가운데 앉아 있던 나를 김상욱 교수가 보고 있다고는 생각지 않았다. 김상욱 교수는, 아니, 아무리 그렇다고 해도 그렇게 환하게 웃으면서 물리 싫어했다고 대답하시면 어떡해요?하고 물었는데, 눈이 마주치고 나서야 학교 다닐 때 물리 싫어한다고 환하게 웃으며 고개까지 끄덕인 사람이 나라는 걸 알았다. 김상욱 교수도 웃고 나도 웃고 남편도 웃고 다른 사람들도 다 웃었는데, 내 옆옆 자리에 앉아있던 아롱이가 웃었는지 보지 못 했다. 학교 다닐 때는 물리를 싫어했지만, 그 날 강연을 듣고 나서 책도 찾아보고, 이렇게 글로도 정리하면서 양자역학에 대해 요만큼은 이해하게 됐다고, 김상욱 교수에게 말해주고 싶다. 이제는 물리를 조금, 아주 쪼금 좋아하게 되었다고 말이다. 

정리해보죠. 여러분이 보고 있으면 두 줄이 나오고, ...

정리해보죠. 여러분이 보고 있으면 두 줄이 나오고, 보지 않으 면 여러 줄이 나옵니다. 마치 전자가 자기 자신이 관측을 당하는 지 아닌지를 아는 것처럼 행동을 하고 있습니다. 이거 정말 미칠 노릇이죠. 미칠 일이지만 이게 사실이니까, 이제는 이것을 설명 해야 됩니다. 이것은 정말 모순처럼 보이지만 양자역학의 체계 에서는 문제가 없습니다. 코펜하겐 해석에 따르면 관측이 결과를 바꾼 것에 불과합니다. 어느 구멍을 지났는지 알겠다는 뜻은 이 물체가 입자임을 확인해야겠다는 겁니다. (64쪽)

우리는 이 세상 모든 것과 사랑에 빠질 수 있으니까....

우리는 이 세상 모든 것과 사랑에 빠질 수 있으니까. 문제는 우리가 사랑하는 대상은 이 물질세계에서 유일무이해야만 한다는 점이었다. 인간의 사랑은 물질세계에서 유일무이한 존재를 대상으로 일어나는 어떤 애착의 감정이니까. 물질세계에서 유일무이한 존재란, 결국 육체다. 우리는 이 우주에 단 하나뿐인 육체와 사랑에 빠진다.

가는 여름이 서럽다

코밑 거무스레한 솜털이 수염으로 변신하려는 찰나, 이런 난해하고 엄중한 상황 속에서도 막내는 마냥 귀엽기만 한데, 막내라서 그런가 온 식구가 함께 모여 있을 때 저도 모르게 좋아하는 티를 내고야 만다. 엽기 떡볶이 착한맛 B세트를 시켜 안방에서 옹기종기 떡볶이를 먹는 밤이면 금세 입이 귀에 걸리곤 했는데, 떡볶이를 먹고 나서 다같이 영화를 보는게 막내의 환상 쓰리 콤보다. 엽떡, 영화 그리고 에어컨. 시소처럼 널뛰는 마음을 가진 누나가 제 방으로 휙 사라져 버리면 꿩 대신 닭이라고, 엄마라도 같이 영화를 보자 어김없이 졸라댄다. 내가 좋아했던 남자 배우가 나오는 영화를 골라 놓고 엄마, 언제 와?의 성화에 못 이겨 ‘명화극장’에 입장하고는 20분 안에 홀연히 꿈나라로 떠나버리는 데도 그랬다. 거의 매일 밤.  

깊은 밤에도 종일 데워진 공기는 좀처럼 식지 않아, 열대야에도 아랑곳없이 잠만 잘 자는 나도, 자다가 깨어 지금 몇 시지? 대신 지금 몇 도지?를 확인하던 밤이 있었다. 올해의 최고기온은 기억이 안 나는데, 최고 체감기온은 기억이 난다. 체감기온 서울 42.1도. 숨막히는 더위가 어떻게 지나갔는지 모르겠다. 무더위에도 일하고 애쓰던 분들에게 죄송한 마음이지만, 사실이 그렇다. 

가는 여름이 서럽다. 

올해의 휴가책 후보 4 : 『글을 쓰고 싶다면』

글쓰기 책은 이렇게 두 개의 카테고리로 나눌 수 있지 않나 싶다. ‘어떻게든 계속 써라’와 ‘이렇게 써라’의 소설가 지망생들을 위한 글쓰기 책과 ‘아무거나 써라’와 ‘누구든 쓸 수 있다’의 일반인들을 위한 글쓰기 책. 내가 좋아하는 글쓰기 책 스타일이라면 스티븐 킹의 『유혹의 글쓰기』. 글쓰기 책이라기보다는 말썽쟁이 유년 시절과 유명 대중소설 작가로서의 생활을 그대로 옮겨놓은 책. 큭큭 따라웃다가 어느 순간 나도 쓰고 싶다,라는 생각을 품게 하는 책. 마지막 문단. 

또 하나는 김연수 작가의 『소설가의 일』. 책 뒷부분에 예의상 소설 구성과 캐릭터 설정에 대한 팁이 있기는 하다. 하지만 제일 주요한 충고는, 역시나 쓰는 일에 대한 것. 쓰면 된다. 쓰다 보면, 계속 쓰다 보면, 계속해서 계속 쓰다보면 소설을 쓰게 될 거다. 

그러니 생각하지 말자. 구상하지 말자. 플롯을 짜지 말자. 캐릭터를 만들지 말자. 일단 한 문장이라도 쓰자. 컴퓨터가 있다면 거기에 쓰고, 노트라면 노트에 쓰고, 냅킨밖에 없다면 냅킨에다 쓰고, 흙바닥뿐이라면 돌멩이나 나뭇가지를 집어서 흙바닥에 쓰고, 우주공간 속을 유영하고 있다면, 머릿속에다 문장을 쓰자. (199쪽)

저자에 대한 정보 없이 읽게 된 이 책은 1938년에 씌어진 책이다. 십년 전 책도 절판되어 구할 수 없는 경우가 많은데, 1938년 된 책이, 그것도 번역된 책이 바다를 건너 아시아 한 쪽 어떤 나라의 작은 도서관에 비치되어 있다. 오랫동안 살아남은 책이다. 비결이 뭘까. 

달리 말하자면, 바로 당신이 진정으로 현재에 살고 있을 때, 즉 당신이 몹시 좋아하는 일을 작업하고 생각하고 몰두하고 열중해 있을 때야말로, 당신은 영적으로 살고 있는 것이다. 

그리하여 다시 요점에 이르렀다. 당신이 글쓰기 작업을 한다면 그것은 다른 사람에게가 아니라 당신에게 좋은 일이다. (84쪽) 

글쓰기는 인간의 다른 활동과 비슷하다. 재미로 하는 일이고, 말하기와 비슷한 듯 다르고, 혼자서도 할 수 있고, 다른 사람과 같이 할 수도 있는 일이다. 기술의 발전과 SNS 덕분에(?) 더 많은 사람들이 기록을 남기고, 글을 쓰는 일에 점점 더 많은 시간을 쓰고 있지만, 글쓰기는 쉬운 일이 아니다. 좋아하는 사람들은 적고, 극도로 꺼려하는 사람이 많은 활동이다. 나는 저자가 어디까지나 글쓰기를 좋아하는 사람을 대상으로 쓰고 있다고 생각한다. 글쓰기를 좋아하지 않는 사람이라면 이 책을 읽지 않았을테니까. 저자는 말한다. 젊고 살아 있는 당신 내면의 시인을 깨워라. 자고 있는 그를 깨워라. 당신 내면의 신성한 자아가 말하게 하라. 더 즐겁기 위해, 더 웃기 위해, 더 행복하게 살기 위해.  

형편없고 감상적인 글을 쓰는 것을 두려워 말라. 그런 글은 자신의 많은 것을 보여 주기 때문이다. 얼마 안 가 당신의 시각, 취향, 진실한 느낌, 진정한 관심사가 선명히 드러날 것이다. … 바로 이 때문에 나는 일기를 쓰는 게 좋다고 말했다. “점심을 먹었다”는 식의 일기를 쓰라는 게 아니다. 매일 혹은 가능한 한 자주 일기를 쓰되, 되도록 가장 빨리, 부주의하게, 다시 읽지 말고서, 그 전날에 우연히 생각났거나 보았거나 느낀 것을 무엇이든 쓰라.(188쪽) 

다시 보지 않을 수도 있다고 생각하고, 글씨체, 내용, 연관성, 논리에 상관없이 부주의하게 빨리 쓰라는, 일기를 쓰라는 충고를 진지하게 받아들인다. 한편으로는, 그럼 어떤 일기장이 좋을까, 노트 찾기 혹은 노트 구입 예정에 여념이 없는 사이. 

올해의 휴가책 후보 4번은 브렌다 유랜드의 『글을 쓰고 싶다면』이다. 

"8백 달러에 팔 수 있는, 공작부인 이야기를 쓰고 싶어. 하지만 여태까지 공작부인을 만난 적도 없고 상상으로도 잘 안 그려지는걸. 그런데 어쨌거나 그녀의 이름을 뭐라고 해야 할까?" 생각은 바로 이런 식으로 나오기 시작한다. 당신은 뭔가 할 이야기가 있다는 것을 발견하게 될 것이다. 그리고 내일은 더 많은 이야기가 나타날 것이다. (62쪽)

아마 당신도 바느질, 목공, 조각, 골프, 상상에 잠겨 하는 설거지 등 무언가 다른 일을 하고 있을 때, 작은 폭탄이 당신 안에서 조용히 터진다는 걸 알고 있을 것이다. (67쪽)

그러므로 혹사하려고 애쓰지 마라. 어떤 것을 그때만 이해하려고 노력하라. 만일 이해되지 않으면 그냥 다음으로 넘어가라. 당신이 두 번째, 세 번째 것을 이해하게 되면 그 첫 번째 것도 불현듯 이해될 터이니까. (69쪽)

나는 바로 이런 것이야말로 당신이 글을 쓸 때 느껴야 하는 감정이라는 점을 말하고 싶다. 당신은 행복하고 정직하고 자유로워야 하며 마치 아이들이 유치원에서 구슬을 꿸 때처럼 놀랍고도 흐뭇하게 몰두해야 한다. 완전히 자신을 믿어야 한다. 당신은 누구와도 다른 사람이므로 오직 당신 속에 있는 것을 정직하게 드러내기만 하면 된다. 그러면 그것은 분명 흥미롭고 훌륭할 것이다. 잘 팔리겠느냐고? 그건 나도 잘 모른다. 하지만 어쨌든 한동안은 그런 문제는 고려하지 않는 게 좋다. (76쪽)

하지만 이런 것을 생생하고 흥미롭게 만들려면 글은 개인적이어야 한다. 그것은 반드시 ‘나’로부터, 즉 내가 알고 느낀 것으로부터 나와야 한다. 오로지 그런 글만 깊이와 재미를 지니기 때문이다. 오직 그런 글만 당신은 알고 있으나 타인은 모르는 진실이기 때문이다. (100쪽)

하지만 마음속으로 여성들은 뭔가 잘못되었다는 걸 알고 있다. 만약 우리가 노예나 유모처럼 늘 타인들을 위해 무엇인가를 하는 반면 자신을 위해서는 아무것도 하지 않는다면 결국 우리는 타인들에게 아무런 도움이 될 수 없다는 것을 여성들은 느낌으로 알아챈다.

남편과 아이들과 친구들을 가르치고 격려하고 부추기고 위로하고 즐겁게 하고 자극하고 충고하려면, 당신 자신이 꽤 괜찮은 무엇인가가 되어야만 한다. 그런데 어떻게 하면 당신 자신이 그 무엇이 될 수 있을까? 그것은 오직 당신이 사랑하고 관심을 갖거나 중요하다고 여기는 어떤 것을 열심히, 그리고 적극적으로 할 때만 가능하다. (139쪽)

그렇다. 글을 쓸 때 당신은 꼭 자유롭게 느껴야만 한다. 모든 의무조항들을 벗어던져야 한다. 모든 족쇄, 부담, 책임감과 의무를 끊어 버려야 한다. 6막의 무운시든 상징적 비극이든 매우 짧은 통속적 단편이든 그게 무엇이든 상신이 원하는 것을 써야 한다. 그래야만 정직하고 기쁘게 쓸 것이고 애써 타인들에게 실제의 자기보다 더 똑똑해 보이려고 애쓰지 않을 것이다. 그런 게 다 무슨 소용인가? 실제의 자기보다 더 똑똑할 수는 없지 않은가. 만일 당신이 그렇게 한다면 누구나 유리를 들여다보듯 훤히 볼 수 있고 겉만 슬쩍 보고도 단번에 당신이 거짓말을 하고 있으며 잘난 체 한다는 걸 알 것이다(하지만 이걸 기억하라. 당신의 글이 실제의 당신보다 더 총명하고 더 위대할 수 없기만 한 게 아니라, 반대로 자신의 빛나는 개성과 재능을 무미건조하고 소심한 글이라는 구름 뒤에 숨길 수도 있다). (160쪽)

바로 이런 이유 때문에 더 좋은 작가가 되는 유일한 길은 더 좋은 인간이 되는 것이라고 나는 생각한다. ‘더 좋은’ 이라는 말로 내가 의미하는 바는 ‘더 착한 체하는’이 아니다. 왜냐하면 위대한 사람들은 이른바 착한 사람들에게는 정말 나쁘다고 여겨지는 그런 일들을 종종 하기 때문이다. (178쪽)

매일 당신의 삶을 일기로 써라. 단 진실하게, 부주의하게, 되는 대로, 충동적으로, 정직하게 써야 한다. 왜 그래야 하는지 지금은 이해할 수 없더라도 그렇게 하라. 그러면 당신은 그 의미를 알게 될 것이다. (186쪽)