허성욱 칼럼 64 이중성

기사입력 2019.10.10 15:38

사람을 평가할 때, “의미 있게 역할 할만하다.”는 뜻으로 “그 사람 물건이야.”라고 말하는 경우가 있다. 실제로 물건은 사람 이외의 유형의 모든 것을 물건이라 하고 물건의 본바탕을 물질이라고 한다. 물질은 환경에 의해 고체, 액체, 기체 등의 여러 모습을 띤다. 분류 방법에 따라 유체(액체, 기체, 플라스마 등), 쇠붙이 따위를 끌어당기는 자성체 등으로 나눌 수 있다. 물질은 질량과 부피를 갖고 있어 일정한 공간을 차지한다. 물질을 구성하는 미세한 크기의 물체를 입자라고 한다. 입자라는 말은 물질이라는 말이기도 하다. 이 물질의 한 쪽을 진동시킬 때 그 울림이 물질의 각 부분으로 퍼지는 현상을 파동이라고 한다.

눈으로 구별할 수 있는 정도의 크기를 말할 때 거시적이라 하고, 인간의 감각으로 직접 식별할 수 없는 정도의 크기를 미시적이라고 한다. 미시세계를 관찰할 때 현미경을 사용하고 멀리 떨어져 있는 곳의 물체를 관찰할 때 망원경을 사용한다. 물리에서 거시세계는 고전물리학으로, 미시세계는 양자역학으로 다룬다.

거시세계와 미시세계에서 파동과 입자에 대한 이해는 완전히 다르다. 거시세계에서는 입자와 파동은 서로 다른 성질을 갖고 있는 것으로 이해된다. 그러나 미시세계에서 모든 물질은 파동이기도 하고, 입자이기도 하다. 이것을 물리에서 파동-입자 이중성이라고 한다. 물질의 파동-입자 이중성에 관한 연구는 ‘빛’의 정체 즉, 빛이 입자인가 파동인가를 규명하는 과정을 통해서 이루어지기 시작했다.

고대 그리스의 데모크리토스는 빛을 입자라고 했고, 아리스토텔레스는 파동이라고 보았다. 운동의 법칙과 만유인력의 법칙을 발견한 탁월한 물리학자 아이작 뉴턴은 빛을 입자라고 믿었고, 파동의 전파를 설명하는 원리인 “호이겐스의 원리”로 유명한 호이겐스와 탄성체의 복원력과 변형의 비례관계에 관한 훅의 법칙을 내어놓은 로버트 훅 등은 빛을 파동이라고 믿었다. 그렇지만 당대 최고의 물리학자 뉴턴의 권위에 눌려 한 동안 빛은 입자로만 이해되었다. 뒷날 토머스 영은 실험을 통해 빛의 파동설을 지지했다.

20세기에 들어와 컴프턴 효과와 광전효과 발견을 통해 빛을 파동으로만 설명하기 어려운 결과를 얻게 되었다. 아인슈타인의 광양자설로 이 난점을 해결하게 되었고 이제 빛은 입자이기도 하고 파동이기도 하다고 인정하게 되었다. 이것을 우리는 빛의 이중성이라고 말한다. 빛이 물질과의 상호작용할 때는 입자성을, 전파될 때는 파동성을 나타낸다. 빛의 이중성과 물질의 파동 입자 이중성은 이제 자연스럽고 아무런 갈등도 없다. 사람은 이중성을 가지고 있으면 몹쓸 사람이 된다. 물성과 인성의 차이이다. 사람은 타인에게 엄격하고 자신에겐 관대하다. 상호작용할 때는 너그럽고 이동하는 동안에는 자신을 성찰할 수 있어야 한다.

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