빛의 파동과 이상한 끌개
빛, 소리, 물결이 왜 파동을 그리며 나아가는 것일까? 앞으로 나아가는 에너지는 어디서 어떻게 발생한 것일까? 그것은 언제 어떻게 소멸하고 어떤 형태로 전환하는 것일까?
파동이 포락선을 형성하며 전파하는 것은 에너지적 측면에서 가장 경제적이기 때문이라고 한다. 에너지에 의한 요동 즉 다름과 전체가 같아지려는 분산의 경계에 순환 형태의 파동이 주어지는 것이라고 한다. 다름이 커지면(에너지가 증가하면) 파동의 진폭이 커지거나, 전파 속도가 빨라지거나, 순환속도가 빨라지거나 파동의 갈래질이 일어난다고 한다.
그렇다면 에너지는 어디서 어떻게 발생하는 것일까? 어느 날 산책 중 한 친구가 과학관에 전시되어 있는 전자기 유도에 대해 잘 모르겠다고 한다. 설명을 들어도 도무지 모르겠단다. 너무 어렵게 구성되어 있나? 모를 일이다. 나는 이 친구에게 "무슨 일을 하더라도 상식 수준의 과학지식은 갖고 있어야지"하면서 내 나름대로 썰을 풀기 시작했다.
"세상에는 밝음과 어둠, 흰 것과 검은 것, 서로 다른 것들이 존재하고 이들은 서로에게 영향을 주고 받지. 동물도 식물도 마찬가지야. 암컷과 숫컷, 이들은 서로 끌어 당기고 밀곤 하지. 다시 말하면 서로 다름이 에너지의 근원이며 이것이 물질 또는 생명체의 움직임을 낳는거지. 그리고 이 세상 에너지는 에너지 보존의 법칙이 이야기하듯이 어느 시기 어느 때나 같은 거야. 그리하여 사라짐이 있으면 새롭게 나타나는 것이 있지. 결국 무와 유는 상통하는 거야. 이러한 이치로 새로 나타남을 위하여 사라지는 생명체는 종족보존의 본능을 갖게 되었지. 암컷과 숫컷은 항상 서로 그리워하는거야. 숫컷들은 가급적 자신의 종족을 많이 퍼트리기 위해 본능적으로 바람을 피는거지"
"네, 그런데 전자기 유도와 무슨 관계?"
"전기와 자기도 마찬가지지. 우연히 흐르는 전기선 옆에 있던 자기가 반응하는 것을 발견한거야. 다른 것은 반응 안하는데 왜 이 둘은 난리를 피우는걸까? 요즘 말로 하면 둘이 썸 타는 거야. 조만간 연애를 시작하겠지. 피스톤질을 한 만큼 전기가 생기는거야. 둘이 그런 관계이니까. 연인 사이에서 불똥 튀고 애가 만들어지는 것과 같은거야"
"아! 전자기 유도 쉽네요"
"그런데 왜 전기와 자기가 반응하는 것일까? 우리가 이름 붙혀 놓은 양 음전기, N S극, 이들의 진짜 본질은 무엇일까? 그리고 왜 이들은 서로 만나면 지랄을 하는 것일까? 나는 죽어가는 이 순간에도 남자와 여자가 왜 연애를 하고 난리를 피우는지 모르겠어. 정말 알쏭달쏭한 자연의 섭리야, 연구해서 나 좀 가르쳐 줘!"
"옛! 제가 어떻게"
"ㅋㅋㅋ........, 어이 형광등! 그러나 저러나 음과 양이 붙으면 불이 나는 것은 설명 안해도 아시겠지. 그런데 그 빛이 하나가 아니라 빛 속에 여러가지 빛이 숨어 있다는 사실을 알고 있나? 뉴턴이 발견한 무지개 빛깔만이 아니라 X선, 자외선 등등 수많은 빛들이 있지. 무궁 무진한 빛의 세계를 어찌 다 말할 수 있겠는가. 이는 다음에 이야기하더라도 우리가 맨 처음 이야기한 지구상 에너지는 전기에너지 밖에 없을까?"
"..........."
"현재까지 밝혀진 바로는 사과가 땅으로 떨어지는 중력, 앞서 본 전자기력, 그리고 강한 핵력, 약한 핵 력이 있다고 하지. 이들 에너지 어떻게 다를까? 정말 다른 것일까? 에너지의 흐름을 하나로 설명하면 좋을텐데 말이네. 유감스럽게도 우리는 아직까지 통일적으로 설명해 줄 뭔가를 발견하지 못했지.
좌우지간 오래 전 동양에서는 이 에너지를 '기'라는 하나의 용어로 불렀지. 예를 들어 길을 가다 친구를 만나면 즐거우나 원수를 만나면 괴롭지. 왜 그럴까? 만나는 서로가 서로에게 찌릿 찌릿한 전류 같은 뭔가를 보내고 있기 때문에 보자 마자 희노애락을 느끼는 거지, 이 보이지 않는 뭔가를 옛날 사람들은 '기'라고 생각한거지. 즉 우연히 마주친 각자는 '기'라는 에너지를 주고 받는다는 것이야. 그런데 동양에서는 '기'를 과학적 분석적으로 접근하기 보다 철학적으로 치우쳤어. 그런 까닭에 우리가 국사시간에 배운 기일원론, 이기이원론 하면서 당파싸움으로 변해간거지.
그렇지만 유감스럽게도 오늘을 사는 우리도 이 모든 에너지의 흐름을 통일적으로 설명할 수 없는 한계를 안고 있어"
"아~, 네. 그러면 서로 다른 에너지는 어떻게 다른 거죠?"
"나도 잘 몰라. 에너지 중 하나만 조금 더 이야기 한다면 중력이라는 것은 과연 무엇일까? 뉴턴의 이야기처럼 서로 당기는 것일까? 아니면 움직이는 물체의 가속력 때문에 발생하는 것일까? 즉 하늘로 솟구치는 비행기 안에 있는 우리가 관성의 법칙에 의해 뒤로 쏠리듯이 말이야. 게다가 우주 공간은 중력장 등으로 정말 휘어져 있는 것일까? 달이 지구를 도는 것은 중력 때문이 아니라 휘어져 있는 공간 때문일까? 즉 달은 휘어진 공간을 따라 도는 것에 불과한 것일까? 참 모르는 것이 너무 많네"
최근, 브라질에 있는 나비의 날갯짓이 미국 텍사스에 토네이도를 발생시킬 수도 있다는 로렌츠의 나비이론이 유행하였다. 변화무쌍한 날씨의 예측이 힘든 이유를, 즉 지구상 어디에서인가 일어난 조그만 변화가 예측할 수 없는 날씨 현상을 가져 올 수 있다는 사실을 설명한 것이다. 뉴턴, 아인슈타인 등 전통 물리학이 보지 못한 또 다른 세계이다.
어떻게 브라질의 나비 날개가 미국 텍사스에 토네이도를 일으켰을까? 우리가 뭔가를 예측할 때 모든 변수를 아주 정확하게 고려하지 못하는 경우가 많다. 예를 들어 소숫점 몇자리 수 이하는 계산하지 않곤 한다. 그러나 이러한 작은 틈이 시간을 크게 연장해 보면 큰 틈이 될 수 도 있고, 이들이 아주 큰 변화를 가져 올 수도 있다. 쌓이고 쌓여 임계점에 다달으면 과거와는 전혀 다른 새로운 현상을 만들어낸다. 이러한 움직임은 항상 어떤 패턴을 갖고 있고 이러한 패턴을 그려나가는 힘을 이상한 끌개라고 부르기도 한다.
눈송이나 결정의 성장, 식물의 성장에 있어서 각 원소들이 구조를 형성해 가는 방식이 공간 구조 끌개에 의한 것이라 할 수 있고 이를 정보장 또는 형태장이라 할 수 있다. 결정이나 생명체가 기형적으로 자라지 않고 일관성을 가지고 성장하는 것은 바로 이러한 이유때문이다. 구조의 성장이 전단계 패턴공간을 채우지 않고 성장해 갈 때 전 단계의 패턴 공간을 채우려는 힘이 작용한다. 즉 시계열적이든 동시적이든 동일 에너지 준위의 패턴공간을 채우는 방식으로 변화해 간다.
끌개와 에너지 원천 그리고 빛의 파장은 어떤 관계에 있을까? 여기에 빛과 생명, 이 생명의 원천을 설명하는 원리가 숨어있지 않을까하는 생각이 든다.