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매거진 보이지 않는 세계 양자물리학

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by NEW LIFE 뉴라이프 Aug 27. 2023

「의식」이 물질을 바꾸는 것을 증명

이중슬릿 세계규모 실험

지난번에는 전 세계 물리학자들에게 큰 충격을 주었고, 현재까지도 그 논의가 끝나지 않은 '이중 슬릿 문제'에 대해 다루었습니다(*1). 지난 글에서 다룬 내용을 복습하면, 그림과 같이 빛이나 전자는 '다른 조건은 동일하지만 관측 여부에 따라 '파동'이 되기도 하고 '입자'가 되기도 한다'는 현상이 이전부터 보여지고 있습니다(*2,*3,*4). 다양한 해석이 있지만, 최근 연구에서는 '미립자는 파동 함수에 의한 확률적 위치 좌표를 가지고 있다(쉽게 말해, 1개의 입자가 어느 슬릿을 통과했는지가 아니라, 입자의 70%가 오른쪽을 30%가 왼쪽을 동시에 통과했다는 확률적 상태가 성립한다)'는 것이 밝혀졌습니다. (*5). 이로써 '파동인가 입자인가?라는 논쟁은 '파동과 입자가 동시에 존재한다'는 하나의 답으로 수렴하고 있습니다.

이 사실로 인해 우리는 위와 같이 지금까지 상식이라고 생각했던 '고전 물리학'의 생각이 '양자 물리학'에서는 근본적으로 뒤집어지는 현실을 마주하게 되었습니다. 그 현상에 대한 해명이 진행되어 이제는 일반인들도 '파동과 입자의 이중성'에 이의를 제기하는 사람은 없을 것 같습니다. 그러나 미립자의 성질이 변화하는 것은 '우리가 관찰하느냐 마느냐', 즉 '우리의 의식에 따라 변화하는가'라는 점에서는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 물리학계에서도 '의식이라는 실체가 없는 것으로 물질이 변화할 리가 없다(그림 왼쪽 아래)'는 쪽과 '어쩌면 우리의 의식이 물질에 변화를 일으키고 있을 수도 있다(그림 오른쪽 아래)'는 쪽으로 나뉘어 있습니다. 다만, 기존의 사고방식이나 사회 통념상 '원자 하나라도 사람의 의지로 움직일 수 있다면 큰 사건이 될 것'일 수도 있습니다. 경우에 따라서는 '초능력이나 마법'과 같은 상식 밖의 이야기도 무시할 수 없는 이야기가 될 수 있습니다.

이런 의문을 연구한 논문을 소개합니다. 연구 제목은 'Psychophysical modulation of fringe visibility in a distant double-slit optical system(원격 이중 슬릿 시스템에서 프린지 가시성에 대한 정신물리학적 변화)*6'이다. 2016년 미국 물리학 연구진에 의해 발표되었습니다. 실험의 개요를 요약하면 '빛의 파동의 특성이 전 세계 원격 참가자의 의식 집중에 따라 실시간으로 변화하는지를 검증했다'는 것입니다.

방법1 : 먼저 '빛의 성질 변화를 어떻게 측정하는가'에 대해 설명하자면, 그림 3에서 왼쪽과 같이 실험 본체의 이중 슬릿 시스템이 있고, 항상 빛이 조사되어 보통 '파동의 간섭무늬'가 스크린에 투사됩니다. 보통은 '파동의 성질'에 의해 스크린에 줄무늬가 투영되지만, 만약 어떤 영향에 의해 '파동에서 입자로' 변화가 일어나면 '줄무늬에 변화가 나타난다'는 것입니다. 그림과 같이 '프린지'라고 불리는 줄무늬의 파형을 측정함으로써 그 변화를 '수치화'하거나 '통계적으로 비교'할 수 있습니다.

방법 2 : 다음은 '빛에 '의식'이 어떻게 영향을 미치는지'에 대한 내용으로 그 개요를 그림 4로 설명합니다. 이번 실험은 원격지에서 인터넷 시스템을 통해 장치와 참가자가 연결되었습니다. 처음 참가 신청한 참가자는 정식 절차를 거쳐 사전 등록을 했습니다(불성실한 참가자나 인터넷상의 자동 프로그램/봇은 제외됐다). "이중 슬릿 간섭무늬 영상"은 연구용 서버로 전송됩니다. 실험 참가자는 원하는 시간에 자신의 컴퓨터에서 로그인하고, 실험 세션이 시작되면 이중 슬릿 간섭무늬 영상이 나타납니다. 세션 중 "집중" 단계에서는 "이중 슬릿 장치에 의식을 집중"하고 30초 동안 지속합니다. 그다음 "이완" 단계에서는 "이중 슬릿 장치를 의식하지 않는" 상태로 30-35초 동안 지속됩니다. 세션은 이를 번갈아 가며 11분 동안 반복하고, 마지막에 종료 신호를 보내 참가자가 세션을 끝까지 완료했음을 확인하면 1 세션이 종료됩니다.

비교 대조군(컨트롤)이 되는 것은 사람이 아니라 자동화된 프로그램입니다. 동작은 '로그인 시작 → 집중과 이완의 반복적인 안내를 받는다 → 11분간의 세션 종료 → 신호를 보내면 세션 완료'라는 사람의 경우와 동일한 일련의 과정을 자동으로 수행합니다. 인간과 컨트롤의 모든 세션 중 '이중 슬릿 스트라이프'의 데이터는 모두 서버에 저장됩니다. 컨트롤(자동 프로그램)은 사람이 아닌 '의식'을 갖지 않기 때문에 사람과 데이터를 비교하여 '인간의 의식'이 광자에 영향을 미치는지 여부를 측정할 수 있게 가능합니다.

방법3 : 실험의 규모는 그림 5와 같이 전 세계 77개국에서 약 1500명의 참가자가 실험에 참여했습니다. 나이도 평균 43세(12~89세), 남녀 비율도 비슷하고, 참가자도 몇 킬로미터 떨어진 사람부터 18000km 떨어진 사람까지 다양하게 모였습니다. 8000개 이상의 세션이 기록되었고, 이 기간 동안 모든 '집중' 단계와 '이완' 단계의 데이터가 분석되었습니다. 단, 세션은 사람이 참여하는 동안에는 다른 사람이나 자동 프로그램이 참여할 수 없도록 되어 있어, '한 세션에는 항상 한 사람 또는 한 프로그램만 영향을 받는' 환경이 시종일관 유지되었습니다. 이 때문에 8000개 이상의 세션 데이터를 축적하는 데 2013~2014년 2년이 걸렸습니다.

방법 4 : 이중 슬릿의 신호 변화 계산/비교 방법 (보충)

이번 실험에서 측정/비교한 신호 변화는 프린지의 파형 변화를 측정한 것인데, 구체적으로 어떻게 계산식을 도출했는지에 대한 자세한 내용은 그림 6 보충자료에 일부 기재되어 있으니 참고하시기 바랍니다(수식을 잘 모르시는 분은 건너뛰어도 전혀 문제가 되지 않습니다). '9초의 타임랙 보정'이라는 것이 나오는데, 이 현상과 보정의 근거에 대해서는 다음 그래프에서 설명하고 있습니다.

결과 1 : 이중 슬릿 신호의 변화(그림 7)

세션 중 '이완'→'집중' 단계의 전환에서 '프린지 신호 변화의 통계량'이 그림 7과 같이 되었습니다. 컨트롤(자동 프로그램)은 수치의 변동이 거의 없는 반면, 참가자(사람: 검은색 원)는 전환 전후에 수치가 일정한 경향으로 크게 움직이는 것을 알 수 있습니다. 우선 '이완' 단계에서 '집중' 단계로 전환할 때, "사람이 의식을 집중하면 이중 슬릿의 간섭무늬가 뚜렷하게 변화하고 있다. "라는 것을 보여줍니다. 반면, "자동화 프로그램에 이중 슬릿을 모니터링하게 하면 변화가 나타나지 않는다"는 것도 보여주고 있습니다.

그래프(그림7)와 같이 위상 전환에서 이 수치가 피크에 도달하기까지 약 1초가 걸렸으며, "인터넷 통신 지연", "음성 안내에 의한 지연"이라고 합니다. "참가자가 음성을 듣고 의식이 전환될 때까지의 지연", "기타 참가자 환경에 따른 지연" 등이 관여하는 것으로 추정됩니다. 이러한 불완전한 데이터를 배제하기 위해 위상 전환 후 9초의 시간 지연이 있는 데이터를 제외하고 통계 분석을 진행했습니다.

결과 2 : 보정 후 각 프린지의 변화량(사람 vs. CPU)

앞서 말한 것처럼 '집중' 단계의 데이터도 처음 9초 동안은 타임랙으로 인한 '불완전한 데이터'이기 때문에 이를 제외하고 분석한 결과가 그림 8과 같이 나타났습니다. 그래프를 봐도 알 수 있듯이, 사람이 의식을 집중했을 때(●)와 같은 절차를 자동 프로그램이 수행했을 때(◯)에 확연한 차이가 나타났습니다. 사람의 세션에서는 그림 3에서 제시한 20개의 프린지 중 다중검정에서도 17개의 프린지에서 뚜렷한 통계적 변화가 나타났습니다(그림에서 p<0.05). 반면, 컨트롤(CPU)쪽은 20개의 프린지 중 어느 곳에서도 유의미한 변화가 나타나지 않았습니다.

이 그래프의 결과는 "프로그램이 관찰하는 것이 아니라 사람이 의식적으로 관찰함으로써 광자의 성질이 변화했다"는 것을 증명하고 있습니다.

결과 3 : 검증 분석

이러한 유의미한 차이가 나타난 실험 결과에 대해 "빗나간 값이 극단적으로 나온 것이 아닌가?" “극히 일부의 극단적인 값이 전체에 영향을 준 것은 아닐까? “ “장비의 노후화나 시간 경과에 따른 환경 변화가 차이를 만들어낸 것은 아닐까? "세션 중간에 그만두는 참가자가 많았던 것은 아닐까?" 등의 실험 편향의 가능성에 대해서도 저자들은 그래프를 통해 '부자연스러운 실험 편향은 없었다'는 것을 보여주고 있습니다(그래프 생략).

요약

정리

이중 슬릿 실험의 문제점으로 '광자가 '입자'와 '파동'의 이중성을 가진다'는 것에 대해서는 공통된 인식이 있지만, '그 성질을 바꾸는 데 "사람이 의식을 향하는 것"이 영향을 미치는가?'라는 '관측 문제'는 완전히 해결되지 않았고, 과학자들 사이에서도 다양한 논쟁이 벌어졌습니다. 그 의문에 대해 이 실험은 '사람이 그 대상에 능동적으로 의식을 집중시킴으로써 광자에 변화가 일어났다(컴퓨터의 자동 프로그램에 의한 모니터링으로는 변화가 일어나지 않았다)'는 한 가지 답을 제시했다고 볼 수 있습니다.

그리고 이 결과는 '인터넷이라는 통신 환경에서도', '나이, 성별, 인종, 국적을 초월하여', '거리가 1만 km 이상 떨어져 있어도' 성립한다는 것이 1500명 이상의 대규모 실험으로 입증되었습니다. 이 결과에서 '사람의 의식이 영향을 미치는데 물리적 거리는 상관없다'고 말할 수 있을 것 같습니다. 이는 지난 기사 "'원격치유'는 과학적으로 증명할 수 있을까? *7'을 지지하는 결과라고 할 수 있습니다.

또한 이 결과는 '인간의 의식'이라는 현재로서는 추상적/비과학적/형이상학적인 것이 광자라는 자연과학적/물질적인 것에 직접적으로 영향을 미친다는 것을 보여준 혁신적인 연구라고 할 수 있습니다. 어쩌면 '무언가를 염원한다', '강하게 집중한다', '무언가에 기도한다', '의식을 집중한다'는 것은 단순히 '신에게 부탁한다', '운이 좋다'는 것이 아니라 '그 대상에 어떤 현실적인 변화를 가져오는' 효과가 있을지도 모릅니다. 또한 '기도나 소원'이 현실이 되었을 때, 그것은 단순한 '행운이나 우연'이 아니라 '자신도 모르게 자신의 의식이 가져온 변화'일 가능성도 생각해 볼 수 있겠군요.

마지막으로 이 연구의 저자들은 고찰 부분에서 "이러한 실험에는 안정된 주의력을 유지할 수 있는 능력을 가진 사람의 참여가 권장된다. 일반적으로 경험이 풍부한 명상 숙련자는 훈련을 받지 않은 일반인에 비해 높은 수행력을 보였다. 실험을 시작할 때 이런 분야에 재능이 있는 참가자를 찾는 것이 좋다."고 결론을 내렸습니다. 이는 연구 저자의 경험에서 비롯된 의견으로 보이며, 역시 명상 숙련자는 집중력과 의식의 영향력이 강하다는 것을 시사합니다. 명상은 '행복 호르몬 분비', '체내 환경의 변화' 뿐만 아니라 '외부 세계의 물질적 변화'의 능력도 단련할 수 있는지도 모르겠네요.

저자: Takuma Nomiya l 번역: Sim Min Aa

Profile

Takuma Nomiya 의사・의학박사

임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거 중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.