[통합 의식 모델] #15 물체의 운동: 활동과 정지

이차크 벤토프, 일명 벤의 재미있는 우주 의식 모델을 살펴보는 시리즈 글입니다. 시리즈 글의 제목은 통합 의식 모델로 정했습니다. 다음과 같은 내용들과 관련하여 벤의 이야기를 살펴보고 개인적 해석을 바탕으로 정리해 보려고 합니다. 사족도 좀 붙이나가면서요.

• 의식이란?
• 물질세계와 비물질 세계의 관계
• 의식의 진화
• 우주의 탄생과 소멸

벤은 두 권의 책을 집필했습니다. 본 시리즈글은 이 책들의 내용을 다루고 있습니다.

• 우주심과 정신물리학 (Stalking the Wild Pendulum)
• 우주의식의 창조놀이
  
  (이차크 벤토프, 일명 벤의 얼굴)

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감각세포와 전기 신호

감각신경세포는 전기회로처럼 동작합니다. 우리가 손가락에서 뜨거움을 느끼지만, 이것은 신경세포에 의해 전기신호로 변경되어 뇌에 전달됩니다. 그런데 감각신경세포는 아무런 자극이 없을 때도 드문드문 고르지 않는 형태의 전기 신호를 내보냅니다. 아래 그림 20처럼 불규칙적이지만 정지 신호와 활동 신호를 보냅니다. 아무런 자극이 없더라도 말이죠.

출처: 우주심과 정신물리학

그런데 자극이 생기면 위 그림 21처럼 매우 빠른 주기로 신호를 발생시킵니다. 우리의 모든 감각계는 이런 식으로 동작합니다. 시각, 청각, 촉각, 미각, 후각의 감각은 최종적으로 전기신호로 바뀌어 뇌에 전달됩니다.

여기서 잠깐!

후각을 제외한 감각들은 시상(Thalamus)을 거쳐서 해당 뇌 부위로 전달됩니다. 후각만이 시상을 거치지 않고 바로 해당 뇌부위로 전달됩니다. 왜 후각만 이런 것일까요? 후각이 원초적 감각이란 얘기가 있습니다. 다른 감각이 생기기 전에 후각이 생겼고, 그때에는 시상이란게 없었서 그랬을까요?

다시 본론으로 들어가서, 감각세포들은 우리가 주변으로 부터 얻는 감각들을 활동과 정지의 전기 신호로 "번역"하여 뇌에 전달합니다. 여기서 활동이라는 것은 신경세포가 전기적 신호를 발사하는 때이며, 정지는 세포가 다음 발사를 위해 준비하고 있을 때입니다. 모든 것이 활동과 정지의 전기적 신호로 바뀌어 뇌가 해석하는 것입니다.

물체의 기본 운동

물체를 구성하는 최소 입자들은 여러 가지 고유 성질을 가지고 있습니다. 기묘도, 자기 모멘트, 색깔, 매력 등이 있습니다. 원자를 구성하는 원자핵과 전자의 경우에, 전자는 원자핵 주변을 공전하는 동시에 자신의 축을 중심으로 자전도 합니다.

이번에는 한 결정체 속의 원자의 집합체의 운동을 살펴보겠습니다. 원자들의 집합체는 결정체의 격재 내의 고정된 지점을 중심으로 진동합니다.

따라서, 자연계를 구성하는 최소 단위의 운동은 두 가지입니다. 하나는 전자와 같이 자전상태에서의 공전운동이고, 다른 하나는 진동에 의한 왕복운동입니다. 두 운동 모두 상대적으로 고정된 지점을 중심으로 운동합니다. 원자에서 분자로, 분자에서 세포로, 단세포에서 다세포로 상위 구조로 갈수록 왕복운동 한 종류만 나타납니다.

출처: 우주심과 정신물리학

즉, 대부분의 생명체에서는 공전운동(회전운동)은 거의 발견되지 않습니다. 그러나 구조를 천체까지 올라가면 다시 공전운동이 나타납니다. 모든 행성은 자신의축을 중심으로 자전운동하고, 동시에 별을 중심으로 공전운동을 합니다. 은하계도 회전하고 있으며, 성운도 회전하고 있습니다.

활동과 정지

조금 어려운 내용이 될 수 있습니다. 왜냐하면 양자역학 얘기를 해야 하니깐요. 양자역학자인 리처드 파인만 조차도 세상에 양자역학을 이해하는 사람은 없다라고 할 정도로 양자역학의 세계는 오묘합니다.

왜냐하면 나 자신도 이해하지 못하기 때문이다. 이해하는 사람은 아무도 없다!

추의 운동을 한 번 분석해보겠습니다. 추는 두 점 사이를 왔다 갔다 합니다. 그리고 두 점 사이를 오가기 위해서 반드시 멈춰야만 하고요. 고전역학에 따르면 정지점에서는 물체의 가속도가 최대이고, 위치 에너지도 최대이고, 속도는 zero이고, 속도를 바꾸는데 걸리는 시간도 zero입니다.

그런데, 정지점에서 일어나는 일을 양자역학의 관점에서 분석하면 전혀 다른 양상이 나타납니다. 예를 들어 위 그림에서 추가 너무 작아서 측정할 수 없는 "점"으로 생각하고 그 점의 속도가 점점 느려지는 상황을 살펴봅니다. 정지점에 가까워질수록 그 점은 분명 단위시간당 점점더 작은 거리를 움직일 것입니다.

그런데 양자역학에 따르면, 움직인 거리가 플랑크(Plank) 거리인 10^-33cm 이하이면 사건들 사이의 인가관계가 깨어지고, 부드럽던 운동은 갑작스러운 운동으로 변합니다. 시간과 공간이 질서정연하지 못하고 뒤틀려 버리게 됩니다. 한쌍의 사건이 시간과 공간 속에서 일어나지만, 그 쌍은 인과적으로 연결되지 않고 임의로 변화합니다.

(저도 이해가 좀 부족합니다만, 벤의 논리를 그냥 따라가 보겠습니다.)
하나의 물질적인 점이 공간을 이동하는 데 시간은 꼭 필요로 하지 않는다고 상상해봅니다. 이런 일이 일어난다면 시간의 경과 없이도 공간을 이동한 것이 됩니다. 어떤 짧은 거리를 0이라는 시간으로 나눈다면, 그 사건은 무한속도로 일어난 셈입니다. 즉 아무리 짧은거리를 이동하는 것이지만, 무한속도로 움직인 것이 됩니다.

이것을 하이젠베르크의 불확정성의 원리의 관점에서 살펴보겠습니다. 불확정성의 원리는 물체의 위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없다는 것입니다. 즉 운동량을 정확히 측정하려고 하면 위치가 정확하지 않고, 위치를 정확히 측정하면 운동량이 정확하지 않다는 것입니다. 우리는 두가지 중에 하나만 측정할 수 있는 것입니다.

이것을 위의 추의 운동에 적용해 보겠습니다. 추가 정지점에 도달해 방향을 바꿀 때 속도가 0입니다. 속도가 0이라는 것은 운동량(속도x질량)도 0이라는 것입니다. 즉, 정지점에서 운동량이 0이라는 것이 확실히 알 수 있습니다. 그런데 불확정성의 원리에 의하면 추의 위치는 매우 불확실해져서 측정할 수 없습니다. 이 때 추는 어느 위치에나 있을 수 있다는 말이 되며, 우주의 끝에 있다고도 할 수 있습니다. 이것은 모든 사건이 0시간에 일어나기 때문입니다. 추는 어딘가에 갔다가 제자리로 돌아오면 다시 속력을 얻어 마치 아무일도 없었던 것처럼 자연스러운 운동으로 돌아갑니다. 이것은 추가 한 방향으로 움직이던 것이 방향을 바꾸거나 반환점에 서 있으려면, 물체가 사라지고 물체가 무한속도나 무한에 가까운 속도로 움직여야만 하기 때문입니다. 무한속도와 완전한 정지는 어느 정도 보완적인 것 같습니다.

객관적 실체와 주관적 실체

앞서 살펴본바와 같이 물체의 객관적 실체는 텅빈 진공상태이며, 두개의 정지점 사이를 움직이면서 진동하는 전자기장입니다. 물체의 주관적 실체는 우리의 감각기관을 통해서 전달되는 활동과 정지의 전기신호입니다. 객관적, 주관적 실체의 공통 분모는 두개의 정지 상태 사이에서 일어나는 운동에 의해서만 존재한다는 것입니다. 이 말은 변화가 없다면 영원히 정지 상태만 계속될 것이고, 우리는 절대 이 상태를 지각할 수가 없다는 것과 같습니다. 즉 영원히 정지한 상태는 지각할 수 있는 실체가 아니라는 것입니다.

만질 수 있는 실체는 오로지 운동이 진행될 때에만 우리에게 존재하고, 운동이 중단되면 물질도 물체도 흩어져 사라져버린다.

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다음은 시간에 대해 다룰 것인데, 이번에 살펴본 활동과 정지 개념이 기본적으로 깔린 상태에서 진행됩니다. 저는 불확정성의 원리로 인해 정지점에서 물체의 위치가 어떤 곳에 있을 수 있다라고만 이해하고 넘어가려고 합니다. 무한속도로 인해, 0의 시간에 어느 곳이든 물체가 이동할 수 있다는 부분은 좀 더 생각해 봐야 겠습니다.

오늘의 실습: 만약 정지 상태에서 물체가 어디든 갈 수 있다고 한다면, 과연 그 물체는 어디에 갔다 오는 것일까요?