<28>파동과 입자|******＠불교의우주론＠

<28>파동과 입자

- 모든 물체 두가지 성질 함께 지녀 -
- 이분법 고집하면 부분만 보게 돼 -

얼마 전에 도봉산을 다녀온 일이 있다. 우리가 만약에 도봉산을 그림으로 그린다면 어느 방향에서 그려야 하는가? 서울 쪽에서 그린 그림도 있을 수 있고 의정부 쪽에서 그린 그림도 있을 수 있다. 어느 그림이 진짜 도봉산 그림인가?
오늘은 파동과 입자의 이중성에 대하여 알아보도록 하자.

물리학에서의 많은 물체는 입자적 성질을 가지고 있다. 즉 나름대로의 질량과 부피를 가지고 있으며 그에따라 그와 연관되는 여러가지 물리적 속성을 가지고 있다. 그 물리적 속성에는 에너지라든가 속도 등이 포함된다. 이렇게 입자성을 가지고 있는 물체의 경우에는 물체 자체가 운동함으로써 그 물체에 수반되는 여러 속성이 같이 이동한다.

그러나 파동의 경우에는 좀 다른 특성이 있다. 물체 자체는 이동하지 않고 에너지만 이동하는 것을 파동이라 한다. 이 에너지 전달의 역할을 맡는 물체를 매질이라고 한다. 가령 말하고 듣는 것을 생각해보자. 말한다는 것은 성대를 울려서 공기 분자를 진동시키는, 즉 성대에서 공기로 에너지가 전달되는 과정이다. 이 에너지가 공간을 타고 흘러가다가 상대방의 귀에 들어가게 되면 고막을 진동시켜 소리를 듣게 한다. 이 과정에서 성대에 있던 공기 분자가 상대방의 귀 속으로 들어가는 것은 아니고, 오직 공기의 진동 에너지만이 전달된다.

따라서 파동 현상에서의 매질은 입자인 돌덩이와는 달리 오직 진동 하기만 하고 직접적으로 전달되지는 않는다. 잘 익은 가을 논의 이삭들이 출렁일 때, 벼이삭 자체는 움직이지 않지만 이삭의 물결이 에너지로서 전달되는 것과 같다. 이상이 고전 물리학에서의 입자와 파동에 대한 설명이다.

고전 물리학에서는 입자와 파동을 엄격하게 구분한다. 실제로 뉴턴은 빛을 입자로 생각하였고 이에 근거하여 무지개 현상을 설명하기도 하였다. 뉴턴의 명성을 따르던 많은 물리 학자들도 오랫동안 빛을 입자라고 생각하였다.

그러나 그 후 영(Young)이 빛의 파동성을 입증하는 간섭실험을 한 후, 물리학자들은 빛을 파동이라고 생각하게 되었다. 맥스웰이 완성한 전자기학에 의하면 빛은 전자기 파동이다.

이처럼 고전물리학에서의 대상은 파동이 아니면 입자여야만 한다. 어떤 물체가 입자이면서 파동인 경우란 상상할 수 없는 일이다.

그러나 이러한 파동과 입자에 대한 물리학에서의 이해는 양자역학이 나오면 서 극적으로 변화되었다. 아인슈타인의 광량자설이라든가 프랑크의 흑체 복 사 이론, 콤프톤 효과등에 의하면 빛은 입자성을 가져야 한다. 이 입자를 광 자(photon)라고 한다. 그러나 영의 간섭실험등도 엄밀한 사실이므로 빛이 파 동성을 가졌다는 것을 부정할 수는 없다.

따라서 그 이전에는 파동으로만 이해되었던 빛이 입자의 성질과 파동의 성질 을 동시에 가지고 있는 것으로 생각하지 않으면 안되게 되었다. 이와 같이 빛은 물리학에서 이중성이라고 부르는 양면성을 가진 것으로 이해하여야만 한다.

이러한 현상이 빛에만 국한된 것이라고 한다면 빛만을 예외적인 것으로 생각 하면 되겠지만 그렇지 않다. 미시 세계의 모든 물체는 이러한 이중성을 예외 없이 가지고 있다.

결과적으로 파동으로 생각하였던 빛은 입자의 성질을 가지며, 입자라고 생각 하였던 전자는 파동의 성질을 가진다. 그러나 빛은 파동의 성질을 가지고 있 으며, 전자는 입자의 성질을 가지고 있다. 따라서 현대물리학에서 어떤 물체 가 입자인지 파동인지를 묻는 것은 잘못이다. 고전물리학에서 처럼 물체가 입자 아니면 파도인 것으로 양분되지 않기 때문이다. 양자역학에서는 고전물 리학에서의 이분법이 성립하지 않는다. 빛이나 전자는 입자이면서 동시에 파 동이고 파동이면서 동시에 입자이다. 입자의 세계와 파동의 세계가 따로 있 는 것이 아니라 상호 용융되어 있다. 현대의 물리학자들은 이제 양자역학을 통하여 입자라든가 파동이라는 개념을 고집하는 한 기본 물체의 전존재는 절 대로 드러나지 않는다는 것을 알게 되었다.
어느 그림이 도봉산을 그린 진짜 그림인가?