숨겨진 질서와 양자 우주

제2장이 의식과 물질이 하나임을 확인한 후, 제3장은 다음 질문에 대한 답을 찾습니다: 그 통합된 실재는 어떻게 구조화되어 있는가?

책 “빅뱅 너머의 우주”에서 발췌한 이 장은 우리를 양자 물리학의 기이한 세계로 안내하여, 데이비드 봄의 ‘내재적 질서’와 같은 개념과 ‘양자 얽힘’의 충격적인 증거를 탐구할 것입니다. 이것은 선구적인 과학과 고대의 지혜를 연결하는 다리이며, 그들이 같은 진실을 설명하고 있을지도 모른다는 것을 보여줍니다.

아래에서 제3장의 전문을 읽어 보시기 바랍니다.

* * *

저자: Aiden Lee, THE LIVES MEDIA 설립자

제3장: 숨겨진 질서와 양자 우주

1. 드러난 세계와 데이비드 봄의 근원적 흐름

우리가 지난 장에서 거쳐온 여정은 철학과 수련 지혜 양쪽에서 모두 확인된, 하나의 근본적인 결론에 이르렀다. 즉, 의식과 물질은 두 개의 분리된 실체가 아니라, 동일한 하나의 본체의 두 가지 표현이라는 것이다. 이 아이디어는 일반적인 유물론적 세계관에는 낯설게 보일 수 있다. 하지만 놀랍게도, 가장 ‘단단하고’ 객관적이라고 여겨지는 과학 분야—물리학—의 심장부에서도, 완전히 다른 길을 통해 비슷한 결론에 도달한 선구적인 사상가들이 있었다.

그중 한 명이 바로 데이비드 봄(David Bohm)이다. 그는 미국의 뛰어난 이론 물리학자이자 알베르트 아인슈타인의 우수한 제자 중 한 명이었다. 봄은 역설과 이해하기 어려운 무작위성으로 가득 찬 양자역학의 표준 해석에 만족하지 못했다. 그는 우리가 양자 수준에서 보는 혼돈과 불연속성은 훨씬 더 심오하고 질서 있는 실재의 표면에 불과하다고 믿었다. 거기서부터, 그는 이제껏 제안된 것 중 가장 아름답고 심오한 우주 모델 중 하나를 발전시켰다.

봄은 실재가 두 가지 수준에 존재한다고 주장했다. ‘드러난 질서(Explicate Order)’와 ‘숨겨진 질서(Implicate Order)’이다.

드러난 질서는 바로 우리가 매일 경험하고 있는 세계다. 그것은 공간과 시간 속에 명확한 위치를 가진, 개별적인 물체들의 세계다. 책상은 여기에 있고, 의자는 저기에 있다. 사과는 중력 때문에 땅으로 떨어진다. 모든 것이 분리되어 보이고, 선형적인 인과 법칙에 따라 움직인다. 이것이 바로 고전 물리학이 완벽하게 묘사하는 세계이며, 또한 우리의 감각이 인지하는 세계다.

하지만 봄에 따르면, 이 질서는 단지 환상, 외부로 드러난 표현에 불과하다. 그것의 토대는 더 깊고, 더 온전한 실재, 즉 숨겨진 질서라고 불리는 것이다. 이것은 ‘나눌 수 없는 전체성(undivided wholeness)’의 실재 층이며, 여기서는 모든 것이 더 이상 개별적인 ‘부분’이 아니라, 모두 연속적인 흐름 속에 함께 ‘접혀 들어가(enfolded)’ 있다. 숨겨진 질서 안에서는, 입자들 사이, 공간과 시간 사이, 관찰자와 관찰되는 것 사이에 분리가 존재하지 않는다. 모든 것이 하나다.

이 추상적인 개념을 상상하는 데 도움을 주기 위해, 봄은 액체 물리학의 실제 현상에 기반한 매우 독창적인 사고 실험을 제시했다. 글리세린처럼 매우 점성이 높은 액체로 가득 찬 투명한 유리 실린더를 상상해 보자. 그 실린더 안에는 회전할 수 있는 더 작은 실린더가 있다. 우리는 이 액체 덩어리에 검은 잉크 한 방울을 떨어뜨린다. 처음에는, 잉크 방울은 개별적이고 명확한 실체다—그것은 드러난 질서 안에 있다.

이제, 우리는 안쪽 실린더를 매우 천천히 돌리기 시작한다. 잉크 방울은 긴 실처럼 늘어나다가, 점차 녹아들어가 액체 덩어리 속으로 완전히 사라져 버리는 것처럼 보인다. 이제, 잉크 방울의 질서는 더 이상 보이지 않는다. 그것은 글리세린 덩어리 전체 속에 ‘접혀 들어가’, ‘숨겨져’ 버렸다. 그것은 숨겨진 질서로 전환되었다.

언뜻 들으면, 이것은 물리학이라기보다는 마술 쇼처럼 보일 수 있다. 어떻게 녹아버린 것이 다시 합쳐질 수 있을까? 핵심은, 액체가 매우 점성이 높고 움직임이 매우 느리기 때문에, 그 흐름이 층류(層流)—액체 층들이 혼란스럽게 섞이는 대신 질서 있게 서로 미끄러지는 상태—라는 점에 있다. 이 조건 하에서, 잉크 방울은 무작위로 ‘섞이는’ 것이 아니라, 예측 가능한 경로를 따라 ‘늘어나는’ 것이다. 그것의 질서는 단지 흩어질 뿐, 파괴되지는 않는다.

그리고 바로 이 과정이 가역적이기 때문에, 우리가 실린더를 같은 속도로 반대 방향으로 돌렸을 때 기적이 일어난다. 투명한 액체 덩어리로부터, 잉크 실이 나타나기 시작하고, 점차 수축하여, 마침내, 잉크 방울은 기적적으로 그것의 원래 위치에서 다시 합쳐진다.

잉크 방울은 결코 사라지지 않았다. 그것의 질서는 단지 더 큰 질서 속에 숨겨져 있었을 뿐이다.

봄에 따르면, 우리 우주 전체 또한 이와 같이 작동한다. 우리가 경험하는, 분리된 은하, 별, 그리고 인간들이 있는 세계는, 만물이 하나인, 훨씬 더 심오한 ‘숨겨진 질서’로부터 ‘펼쳐져 나온’ ‘드러난 질서’에 불과하다. 그것은 마치 무한한 대양에서 솟아오르는 잔물결과 같고, 우리는, 단지 그 잔물결만을 보기 때문에, 그것들이 개별적인 실체라고 착각하여, 그것들 모두가 동일한 하나의 대양의 표현임을 잊어버리는 것이다.

2. 홀로그래픽 우주: 전체가 각 조각에 깃들 때

근원적이고, 온전하며, 연결된 실재에 대한 데이비드 봄의 모델은 매우 아름다운 아이디어이지만, 상상하기 또한 매우 어렵다. 어떻게 우주 전체가 그 각 부분 속에 ‘접혀 들어갈’ 수 있을까? 다행히도, 20세기의 한 발명품이 이 개념에 대한 거의 완벽한 물리적 비유를 제공해 주었다. 그것이 바로 홀로그램이다.

우리 대부분은 홀로그램을 본 적이 있을 것이다. 그것은 마치 공간에 떠 있는 것처럼 보이는 3차원 이미지로, 평평한 2차원 필름으로부터 만들어진다. 당신은 그 주위를 돌아다니며 물체의 다른 각도를 볼 수 있고, 마치 그것이 정말로 거기에 있는 것처럼 느껴진다. 이 마법은 특별한 필름에 레이저 빔을 쏘아 만들어지는데, 그 필름에는 물체의 이미지가 기록된 것이 아니라, 그 물체에서 반사된 빛의 파동들이 만든 복잡한 간섭무늬가 기록되어 있다.

하지만 홀로그램의 가장 기적적이고 비범한 점은 다른 특성에 있다. 만약 당신이 일반 사진을 가져다가 열 조각으로 찢으면, 각 조각은 원본 사진의 10분의 1만을 담고 있을 것이다. 당신은 눈이 담긴 조각, 미소가 담긴 조각, 머리카락이 담긴 조각을 갖게 될 것이다. 당신은 단 하나의 파편으로부터 얼굴 전체를 재구성할 수 없다.

하지만 만약 당신이 홀로그램 필름을 가져다가 열 조각으로 깨뜨리면, 상상할 수 없는 일이 일어난다. 당신이 레이저 빔을 어떤 조각에라도, 아무리 작은 조각이라도 쏘면, 그것은 단지 이미지의 10분의 1을 재현하는 것이 아니다. 그것은 원본 이미지 전체를 재현할 것이다.

말 전체, 꽃 전체, 얼굴 전체가 가장 작은 파편에서 나타날 것이다. 물론, 그 이미지는 필름 전체로 만들어진 이미지보다 더 흐릿하고, 해상도가 낮을 것이다. 하지만 핵심은 여전히 거기에 있다. 즉, 전체에 대한 정보가 각 부분에 암호화되어 있다는 것이다.

이것이 바로 데이비드 봄이 자신의 우주 모델과 완벽한 유사성을 발견한 지점이다. 그는 그것을 ‘홀로그래픽 우주(Holographic Universe)’라고 불렀다.

전체 이미지에 대한 정보가 보이지 않는 방식으로 흩어져 ‘접혀 들어간’ 2차원 필름에 기록된 복잡한 간섭무늬, 그것이 바로 숨겨진 질서의 모습이다.

빛이 비칠 때 나타나는 명확하고 구체적인 3차원 이미지, 그것이 바로 드러난 질서—우리가 경험하는 물질세계—의 모습이다.

이 모델에 따르면, 우주는 건물을 짓는 기본적인 ‘벽돌’들로 구성되어 있지 않다. 그 대신, 그것은 거대한 홀로그램과 같아서, 각 ‘벽돌’—각 원자, 각 세포, 각 생명—이 어떤 방식으로든 전체 ‘건물’에 대한 정보를 담고 있다. “하늘에서와 같이 땅에서도”는 더 이상 철학적인 말이 아니라, 실재의 심오한 물리적 구조에 대한 묘사일 수 있다.

이것은 놀라운 귀결로 이어진다. 즉, 우리 각자, 이 우주의 각 실체는, 고립되고 분리된 개체가 아니라는 것이다. 우리는 전체의 이미지를 담고 있는 ‘파편’들이다. 우리 각자는 우주를 비추는 거울이다.

하지만 이것은 단지 아름다운 철학적 비유, 우연의 일치일까? 아니면 우주 자체가, 가장 근본적인 수준에서, 이 홀로그래픽 원리들에 따라 작동하고 있는 것일까? 그 질문에 답하기 위해, 우리는 양자물리학의 기묘한 세계로 깊이 들어가야만 한다. 그곳에서는, 미친 것처럼 보이는 이 아이디어들이 가장 놀라운 실험적 증거들을 찾아낸다.

3. ‘으스스한 원격 작용’: 하나의 통일된 실재의 증거

각 부분이 전체를 담고 있는 홀로그래픽 우주 모델은 물리학보다는 철학처럼 들린다. 하지만 우리가 아원자 세계, 기본 입자들의 세계로 깊이 들어갈 때, 우리는 우주가 단지 비유적인 방식으로만 이렇게 작동하는 것이 아니라, 매우 현실적이고 측정 가능한 방식으로도 그렇게 작동한다는 것을 발견한다. 가장 명백한 증거는 과학사 전체에서 가장 신비롭고 충격적인 현상 중 하나인 양자 얽힘(quantum entanglement)에서 나온다.

당신이 한 쌍의 장갑을 가지고 있다고 상상해 보자. 당신은 각각을 별도의 상자에 넣고, 그것들을 섞어서 어느 상자에 왼쪽 것이 들어 있고 어느 상자에 오른쪽 것이 들어 있는지 모르게 한다. 그런 다음, 당신은 한 상자를 갖고 나머지 상자는 지구 반대편에 있는 친구에게 보낸다. 당신이 당신의 상자를 열어 그것이 왼쪽 장갑인 것을 발견했을 때, 당신은 즉시, 100% 확신을 가지고 당신의 친구가 오른쪽 장갑을 들고 있다는 것을 안다. 여기에는 아무런 신비가 없다. 정보는 처음부터 결정되어 있었고, 우리는 단지 관찰하기 전까지 그것을 몰랐을 뿐이다.

하지만 양자 세계에서는, 모든 일이 상상할 수 없는 방식으로 일어난다.

물리학자들은 동일한 사건에서 한 쌍의 입자(예를 들어, 두 개의 광자)를 만들어, 그것들이 서로 내재적인 관계를 갖게 할 수 있다. 장갑 한 쌍처럼, 그것들은 서로 반대되는 속성을 가진다. 예를 들어, ‘스핀'(입자의 내재적 각운동량의 한 형태로, 우리는 잠시 그것을 입자의 자전 방향으로 상상할 수 있다)이다. 만약 한 입자의 스핀이 ‘위’라면, 다른 입자는 반드시 스핀이 ‘아래’여야 한다.

핵심적이고 기묘한 차이점은 이것이다. 양자역학의 법칙에 따르면, 측정되기 전까지는 각 입자가 실제로 특정한 스핀을 갖고 있지 않다. 그것은 ‘위’와 ‘아래’ 두 가능성이 동시에 존재하는 ‘모호한’ 상태, 중첩 상태에 존재한다. 그 ‘양자 장갑’은 ‘왼쪽’이나 ‘오른쪽’이 아니다. 그것은 동시에 ‘왼쪽이면서 오른쪽’이다.

이제, 실험을 다시 해보자. 우리는 이 두 얽힌 입자를 분리하여, 수천 광년 떨어진 한 은하의 양쪽 끝으로 보낸다. 그런 다음, 이쪽 끝의 한 과학자가 입자 A를 측정한다. 가령, 측정하는 바로 그 순간에, 입자 A가 무작위로 스핀 ‘위’ 상태를 ‘선택’했다고 가정하자. 믿을 수 없는 일이 일어난다. 은하의 다른 쪽 끝에서, 입자 B는, 즉시, 바로 그 순간에, 스핀 ‘아래’ 상태를 띠게 될 것이다.

이 변화는 즉각적으로, 시간 지연 없이 일어나며, 빛의 속도보다 빠른 것처럼 보인다. 어떻게 입자 B가 수천 광년 떨어진 자신의 쌍둥이 형제가 방금 측정되어 스핀 ‘위’ 상태를 선택했다는 것을 ‘알았’을까? 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 그렇게 빨리 이동할 수 있는 신호는 없다. 바로 이 기묘함 때문에, 양자역학을 결코 완전히 받아들이지 않았던 아인슈타인은 그것을 비꼬아 ‘으스스한 원격 작용(spooky action at a distance)’이라고 불렀다.

수십 년 동안, 과학자들은 이것에 대해 논쟁했다. 하지만 1980년대 알랭 아스페(Alain Aspect)의 획기적인 실험과 그 이후 점점 더 높은 정확도를 가진 실험들 이래로, 양자 얽힘은 실제 현상임이 증명되었다.

이 현상은 단 한 가지 방식으로만 설명될 수 있다. 즉, 그 두 입자는, 물리적으로 아무리 멀리 떨어져 있더라도, 여전히 두 개의 별개 실체가 아니라는 것이다. 그것들은 여전히 단 하나의, 나눌 수 없는 시스템의 일부다. 우리가 ‘드러난 질서’에서 보는 공간적 분리는 단지 환상일 뿐이다. 더 깊은 실재의 층—바로 봄의 ‘숨겨진 질서’—에서, 그것들은 결코 서로 떨어진 적이 없다.

양자 얽힘은 더 이상 철학적 아이디어가 아니다. 그것은 우주가, 가장 근본적인 수준에서, 분리된 부분들의 집합이 아니라, 전체적이고 비국소적인(non-local) 연결망이라는 가장 강력한 실험적 증거다. 그것은 바로 현자들이 말했던 ‘단일한 본체’의 물리적 표현이며, 홀로그래픽 우주에 대한 생생한 증거다.

4. 관찰이 실재를 바꿀 때

만약 양자 얽힘이 입자들 사이의 보이지 않는 연결을 보여주었다면, 또 다른 현상은 한 걸음 더 나아간다. 그것은 바로 우리 자신의 의식과 우리가 관찰하고 있는 물질세계 사이의 연결을 암시한다. 그것이 바로 ‘관찰자 효과(Observer Effect)’이며, 양자물리학의 가장 이해하기 어렵고 가장 많이 오해되는 측면 중 하나다.

그것을 이해하기 위해, 우리는 이 분야에서 가장 유명한 실험인 이중 슬릿 실험(double-slit experiment)으로 돌아갈 필요가 있다.

당신이 평행한 두 개의 좁은 슬릿이 있는 벽에 작은 구슬들을 쏜다고 상상해 보자. 어느 슬릿을 통과하든 구슬들은 뒤쪽 벽에 부딪혀, 두 개의 해당되는 선을 만들 것이다. 이것은 매우 간단하고 이해하기 쉽다.

이제, 그 구슬들을 물결로 바꿔보자. 파동이 두 개의 좁은 슬릿을 통과할 때, 그것들은 서로 간섭하여, 더 높은 파고와 정지된 영역을 만들어낸다. 뒤쪽 벽에서, 당신은 완전히 다른 이미지를 보게 될 것이다. 즉, 간섭무늬라고 불리는, 밝고 어두운 줄무늬가 번갈아 나타나는 연속적인 패턴이다. 이것이 파동의 특징적인 행동이다.

기묘한 일은 우리가 이 실험을 전자와 같은 양자 세계의 실체들로 수행할 때 시작된다. 전자는 물질의 ‘입자’라고 여겨진다. 따라서, 사람들은 전자를 하나씩 이중 슬릿을 통해 쏠 때, 그것들이 구슬처럼 행동하여 두 개의 선을 만들 것이라고 기대했다. 하지만 결과는 충격적이었다. 하나씩 쏘아 보내졌음에도 불구하고, 전자들은 여전히 파동처럼, 간섭무늬를 만들어냈다.

마치 각 전자가, 어떤 방식으로든, 동시에 두 슬릿을 모두 통과하여 자기 자신과 간섭한 것처럼 보인다. 이것이 바로 우리가 언급했던 ‘중첩’ 상태이며, 한 입자가 동시에 여러 상태나 위치에 존재할 수 있는 곳이다.

하지만 가장 황당한 부분은 아직 남아 있다. 과학자들은, 전자가 ‘실제로’ 어느 슬릿을 통과하는지 너무나 궁금한 나머지, 슬릿 바로 옆에 탐지기를 설치하여 ‘엿보기’로 결정했다. 그리고 그들이 그렇게 하자마자, 마법은 사라졌다.

‘관찰’이나 ‘측정’ 행위가 일어나는 바로 그 순간, 간섭무늬는 사라졌다. 전자들은 갑자기 파동처럼 행동하는 것을 멈추고, 평범한 구슬처럼 행동하기 시작하여, 뒤쪽 벽에 단지 두 개의 선만을 만들었다. 마치, 전자들이 자신들이 감시당하고 있다는 것을 알고, 통과할 단 하나의 길을 ‘결정’한 것처럼 보였다. 파동의 ‘모호한’ 상태가 입자의 ‘현실적인’ 상태로 ‘붕괴(collapse)’한 것이다.

수년 동안, 사람들은 이 붕괴가 탐지기와 전자 사이의 물리적 상호작용 때문이라고 생각했다. 하지만 이후 점점 더 정교해진 실험들은, 직접적인 물리적 상호작용이 없더라도, 전자의 경로에 대한 ‘정보’가 기록될 가능성만 있어도 그 효과가 발생한다는 것을 보여주었다.

이것이 무엇을 의미하는가? 그것은 관찰 행위—우리가 흔히 수동적이고, 단지 이미 존재하는 실재를 기록하는 행위라고 여기는—가 그 실재 자체를 만들어내는 데 적극적인 역할을 하는 것처럼 보인다는 것을 보여준다. 양자 세계는 우리가 그것과 상호작용하고, 그것을 관찰하기 전까지는 특정한 상태로 존재하지 않는 것처럼 보인다. 그전에는, 그것은 단지 가능성의 바다일 뿐이다.

이것이 바로 과학이 철학의 경계에 닿는 지점이다. ‘관찰’ 행위의 본질은 무엇인가? 그것은 반드시 기계여야 하는가, 아니면 실험을 수행하는 사람의 의식에서 비롯되는가? 어쩌면 바로 의식의 행위, ‘알고 싶다’는 행위가, 우주로 하여금 확고한 답을 내놓게 하여, 잠재적 상태를 버리고 구체적인 실재가 되도록 강요한 것은 아닐까?

최종적인 해석이 무엇이든, 관찰자 효과는 주체와 객체, 관찰자와 관찰되는 것 사이의 명확한 구분을 깨뜨린다. 그것은 우리가 이미 쓰여진 우주 연극을 보고 있는 관객이 아니라는 것을 보여준다. 우리는 마치 배우인 것 같고, 우리의 ‘보는’ 행위 하나하나가 다음 장면의 대본을 쓰는 데 기여하고 있는 것이다.

5. 지혜와 과학 사이의 다리

이제, 한 걸음 물러서서 우리가 이 장에서 그려온 전체 그림을 살펴보자.

우리는 데이비드 봄의 숨겨진 질서와 드러난 질서 모델에서 시작했다. 그것은 순수한 물리적 모델이지만, 근원적이고 온전하며 나눌 수 없는 실재를 묘사한다. 우리는 이 모델이 각 부분이 전체에 대한 정보를 담고 있는 홀로그램의 비유 속에 완벽하게 반영되는 것을 보았다.

그런 다음, 우리는 실험적 증거로 들어갔다. 양자 얽힘은 입자들이 아무리 멀리 떨어져 있어도 여전히 단 하나의, 분리할 수 없는 시스템의 일부라는 것을 보여주었다—비국소성과 통일성의 증거다. 관찰자 효과는 한 걸음 더 나아가, 의식의 행위 자체가 그 시스템의 필수적인 부분인 것 같으며, 잠재력을 현실로 바꾸는 역할을 한다는 것을 암시한다.

이 모든 조각들을 합쳤을 때, 우리는 무엇을 보는가?

우리는 한 세기 동안 물질의 본질을 깊이 파고든 선구적인 물리학이 놀라운 결론에 도달한 것을 본다. 즉, 개별적인 물체들의 현상 세계는 더 깊은 실재, 연결되고 온전하며, 그 안에서 의식이 더 이상 외부인이 아닌 것처럼 보이는 실재의 표면에 불과하다는 것이다.

그리고 그때, 우리는 가장 뛰어난 양자물리학자들이, 복잡한 방정식과 정교한 실험을 통해, 고대 현자들이 수천 년 전에 이미 깨달았던 진실을 단지 재발견하고 있는 것 같다는 것을 깨닫는다.

데이비드 봄의 ‘숨겨진 질서’는 스피노자의 ‘단일한 본체’나 노자의 ‘도’와 본질적으로 무엇이 다른가? 어쩌면 그것들은 단지 다른 언어, 다른 길일 뿐이며, 모든 현상적 실재의 잔물결이 솟아오르는 동일한 근원적 대양을 묘사하는 것뿐이 아닐까?

현대 과학은 ‘외부’ 세계를 이해하려는 노력 속에서, 무심코 ‘내부’ 세계로 되돌아가는 지도를 그린 것 같다. 그것은 물질과 정신, 과학과 지혜 사이에 놓인, 건널 수 없을 것 같던 심연 위에 견고한 다리를 놓았다.

이 다리야말로 우리가 계속 나아갈 수 있는 토대다. 우리가 과학에 반하는 것이 아니라, 그것의 가장 심오한 측면들과 함께 가고 있다는 자신감을 가지고, 우리는 구조뿐만 아니라 에너지의 흐름과 전환에 기반한, 더 상세한 ‘실재의 지도’를 탐험하기 시작할 것이다.

* * *

이 글은 책 “빅뱅 너머의 우주”에서 발췌한 것으로, 우주의 기원과 심오한 의미를 탐구하는 여정입니다.