물질 속에 감춰진 지혜

1894년 독일의 물리학자 플랭크(Max Planck: 1858-1947)는 최소 에너지로 최대의 빛을 내는 제품을 개발해 달라는 요청을 받고 흑체에 주목하게 되었다. 여기서 흑체(Black Body)라고 하는 것은 눈으로 볼수 있는 빛을 모두 흡수하는 흡수체를 말한다. 가시광선의 모든 빛을 흡수하기 때문에 검다. 이 흑체에서 나오는 에너지를 흑체복사(Blackbody-radiation)라 하며 이 에너지의 크기는 온도에 의해서 결정된다.

당시에 플랭크는 이 흑체 복사 에너지가 작은 에너지 덩어리로 전달되는 것으로 처음 생각해낸 사람이다. 그는 오늘날 물질계의 최소 에너지 단위로써 양자(quantum)라고 불리게 된 이 에너지 덩어리가 전자기복사의 주파수(1초 동안 진동하는 횟수)와 일정한 상수 값에 비례함을 발견하였다. 다시 말하면 흑체 복사 에너지는 그 물질의 고유상수와 주파수의 곱으로 계산되는데 그는 전자기 에너지를 흡수하거나 방출하는 모든 물질계에 동일하게 적용됨을 알게 되었다. 즉 물질계에서 양자의 에너지는 그 양자의 주파수(ν)에 비례하는데 그 값은 일정 상수 값(h=6.626e-34 J.sec)의 배수임을 찾아낸 것이다. 이 상수가 소위 물질계를 지배하는 고유상수 또는 자연상수로 알려진 플랭크상수(Planck constant)이다.

이는 보다 높은 주파수의 양자가 그 만큼 더 큰 에너지를 가지고 있음을 의미하는데, 20세기 초까지도 이 에너지 덩어리의 개념은 매우 획기적인 것이었다. 당시 여러 과학자들이 전통적인 파동이론(wave-theory)으로 흑체복사를 설명하려고 하였지만 모두 실패하였고, 1905년 아인쉬타인이 빛을 금속 표면에 비춰줄 때 전자들이 튀어나오는 광전효과 현상을 플랭크의 식으로 유도할 때까지도 받아들여지지 않았던 개념이었다. 이 덩어리 에너지 개념이 아인쉬타인으로 하여금 빛과 전자기복사의 입자-파동의 이중성(dual)을 인정하도록 이끌어 주는 계기가 되었다.

1899년 플랭크는 자유 공간에서 물질의 고유한 특성값으로부터 유도할 수 있는 물리계의 5개 기본 단위를 제안하였다. 그는 5개의 기초 물리 상수(표1)들과5개의 기초 물리 방정식(표2)으로부터 플랭크 길이, 플랭크 시간, 플랭크 질량(에너지), 플랭크 전하량 및 플랭크 온도 등 5차원의 기본 단위(표3)를 유도하였다.

여기서 이 기본 단위는 복잡하게 유도된 수식들이 단위가 없는 대수값으로 표현되어 매우 편리하기 때문에 이론 물리학에서 베이스로 사용된다. 그런데 이 기본 단위를 결정하는데 사용된 물리 방정식들은 모두 광속이 진공에서 일정하다는 가정과 상대성 이론의 가설들 그리고 공간에서 이상적인 운동을 가정하는 이상기체 이론 등 여러 가설에 바탕을 두고 있다. 달리 말하면 이론 물리에서 사용되고 있는 기본 단위 값들이 여러 가설들 위에 세워져있는 것이다. 여기서 각 이론들에 대하여 자세히 다루지 않았지만 검증되지 않은 가설에 바탕을 두고 유도된 값들이 이론물리에 기준으로 사용되고 있음을 쉽게 확인할 수 있다.

플랭크는 오늘날 입자물리, 즉 양자역학의 초석을 이뤄낸 학자로 인정되어 1918년 노벨 물리학상을 수상한 바 있다. 당시 과학자들이 말한바와 같이 플랭크가 발견한 모든 물질에 공통적으로 적용되는 물질 상수는 설계상수이며 하나님의 지혜상수라고 할 수 있다. 자연주의 입장으로 설명할 수 없는 이 수치는 피조물 속에 숨겨져 있는 창조자의 지혜를 드러내는 놀라운 증거이다.

왜냐하면 진화론을 받아들이는 자연주의 입장으로 물질들이 우연히 저절로 이루어졌다면 그러한 의지적이고 지적인 상수값이 존재할 수 없기 때문이다. 플랭크는 무신론을 거부하고 하나님의 진리와 초월의 세계에 대하여 늘 관심이 많았던 과학자였음을 문헌들은 증언하고 있다. 그는 물질세계의 신비한 질서와 조화를 보면서 하나님의 지혜와 그의 손길을 부정할 수 없었을 것이다.