물질이 갖는 비물질성

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물질이 갖는 비물질성     일상 경험에서 알듯이 눈에 보이는 모든 것은 고체.액체.기체 등의 물질로 되어 있다. 그런데 20세기 초에 이르러 모든 물질은 에너지로 구성되어 있다는 사실을 알게 되었다. 즉 물질의 본질은 '비물질성'이라는 것이 과학적으로 밝혀지게 된 것이다.     오래 전부터 보이는 물질과 보이지 않는 에너지는 별개의 것으로 여겨져 왔다. 돌이나 물 같은 물질은 빛에너지나 열에너지와는 전혀 무관하게 이해되었던 것이다. 100년 전만 해도 보이는 것들이 물질이 아니라 에너지로 되어 있다고 주장하면 당장 강단에서 쫓겨났을 것이다. 그러나 모든 물질이 에너지로 되어 있음은 더 이상 미신적 공상이 아니라 과학적 사실이다. 이것은 그동안 보이는 물질세계에 관해 답습되어 온 유물론적 개념이 수정되어야 함을 의미한다. 왜냐하면 오랫동안 인간은 눈에 보이거나 손으로 만질 수 없는 것은 당연히 존재하지 않는다고 생각해 왔기 때문이다.    1905년 아인슈타인은 물질과 에너지는 동전의 양면과 같이 동일하다는 이론을 발표했다. E =mc2이라는 유명한 '질량(m)과 에너지(E) 등가 원리'가 바로 그것이다. 이 법칙에 의하면 모든 물질은 특정한 양의 에너지를 내포하고 있다. 그리고 이 에너지는 물질의 종류에 관계없이 그 질량에 의해서만 결정된다. 예컨대 1g의 소금이나 1g의 우라늄은 각각 동일한 양의 에너지를 갖고 있는 것이다. 여기서 c는 빛의 속력으로 매우 큰 값이므로 작은 질량의 물질이라도 많은 양의 에너지를 갖게 된다. 그런데 모든 물질은 온도가 충분히 높아질 때 그 물질을 구성하는 원자와 분자의 결합이 깨지게 되면서 모두 에너지로 바뀌고 결국 에너지만 남게 된다. 온도에 따라 물이 수증기나 얼음이 되듯 에너지에 따라 물질의 형체는 달라지지만 궁극적으로는 에너지만 존재하게 되는 것이다.    이러한 물질의 비물질성은 원자의 내부 구조를 이해하면 좀 더 자명해진다. 원래 철학적 개념에 불과했던 원자는 20세기에 들면서 매우 작은 핵과 전자들로 구성되어 있음을 알게 되었다. 그런데 한가지 놀라운 사실은 원자의 내부가 물질로 꽉 채워져 있는 것이 아니라 99.99% 이상이 빈 공간이라는 것이다. 돌과 같은 고체도 사실은 그 내부가 대부분 비어있는 것이다. 그렇다면 왜 돌이 쉽게 부스러지지 않고 그 모양이 유지되는 것일까. 이는 다름아니라 핵과 전자 사이의 빈 공간에는 보이지 않는 전자기적 인력에 의한 에너지로 채워져 있기 때문이다. 즉 모든 보이는 것은 어떤 물질로 차있어서가 아니라 에너지로 강하게 서로 붙들려 있어 그 형체가 유지되고 딱딱하게 느껴지는 것이다. 한마디로 무형의 에너지는 시간과 공간 안에서 보이는 물질로 표현되고 나타나게 되는 것이다.    그렇다면 단순히 적당한 에너지만 있으면 원자와 같은 물질이 저절로 만들어질 수 있을까. 핵과 전자의 경우만 보더라도 여기엔 단순한 에너지 그 이상의, 수식으로 표현하기 어려운 복잡한 과정이 숨겨져 있음을 과학자들은 짐작할 뿐이다. 더구나 자연계의 현상이나 힘들이 왜, 그리고 어떻게 존재하게 되느냐에 대해서는 아직까지 체계적인 과학적 설명이 없는 상태다.    100년 전만 해도 물질 뒤에 에너지가 있다는 사실을 받아들이기 어려웠던 것처럼, 에너지 뒤에 그 무엇인가-이것을 과학자들은 '정보'라 부르고 신학자들은 '지혜'라고도 한다-가 있다는 것이 생소할 수도 있다. 그러나 20세기를 지나면서 물리나 생명현상 뒤에 엄청나게 얽혀있는 정보 또는 창조의 지혜가 과학적으로 조금씩 밝혀지고 있는 것은 자연스러운 일일 것이다./제원호 서울대 교수. 물리학