양자론 은 독일 판 ‘ 제철 보국 ’ 의 부산물 - 중앙일보 
 양자론 은 독일 판 ‘ 제철 보국 ’ 의 부산물 
 [ 중앙 선데이 ] 입력 2012 . 05 . 06 00 : 33 | 269 호 28 면 지 면 보 기 
 독일 과 프랑스 의 보불 전쟁 ( 1870 ~ 71 ) 이 끝난 지 얼마 안 된 시절 이 었 다 . 전리품 으로 제철 중심지 알자스로렌 을 얻 게 된 독일 은 좋 은 철 을 만드 는 데 요새 말 로 국가 적 인 힘 을 기울였 다 . 
 그런데 좋 은 철 을 만들 려면 용광로 의 온도 조절 이 가장 중요 하 다 . 어떤 온도 에서 제련 하 는 가 에 따라 철 의 강도 와 탄성 이 달라진다 . 지금 은 전자 칩 인 서모 커플 ( Thermo Couple ) 로 용광 로 온도 를 전자 적 으로 측정 하 지만 당시 엔 숙련공 들 이 용광로 내 불 빛깔 로 가늠 했 다 . 중요 한 제철 산업 이 과학 보다 사람 의 감각 에 의지 하 는 게 불안 했 던 독일 은 오늘날 처럼 대학 에 많 은 연구비 를 투입 해 용광 로 속 온도 를 과학 적 으로 측정 할 수 있 는 연구 를 장려 했 다 . 
 이런 투자 덕 에 열역학 으로 알려진 물리학 의 한 분야 가 전성기 를 맞 았 고 차츰 빛 의 성질 을 연구 하 는 분광학 ( 分光 學 ) 의 시대 로 넘어갔 다 . 이 분야 개척자 들 은 오늘날 까지 명성 을 떨치 는 맥스웰 ( J . C . Maxwell ) , 패러데이 ( Faraday ) , 헤르츠 ( Hertz ) 같 은 사람 들 이 다 . 이 들 전자기 ( 電磁 氣 ) 학 의 개척자 에 의해 전파 의 속도 가 빛 과 마찬가지 로 초 당 30 만 ㎞ 이 며 빛 도 파장 이 짧 은 전파 라는 게 알려 지 게 됐 다 . 그럼에도 아직 은 알자스로렌 의 제철 사업 에 꼭 필요 한 빛 과 열 의 관계 까지 는 널리 연구 되 지 않 았 다 . 
 사실 눈 에 보이 지 는 않 지만 열 을 많이 내 는 적외선 은 빛 보다 파장 이 짧 은 전파 이 고 , 극히 짧 은 파장 인 X 선도 전파 이 며 , 열 을 낸다 . 빛 을 포함 해 모든 전파 는 열 을 만든 다 . 그래서 당시 본 ( Bonn ) 대학 의 물리학 교수 이 자 빛 과 전파 , 열 의 상관 관계 를 연구 하 던 막스 플랑크 ( 사진 ) 박사 는 용광 로 속 빛 의 색깔 로 온도 를 귀신 같이 알아내 는 숙련공 의 감각 을 과학 이론 으로 정리 하 려고 땀 을 흘리 고 있 었 다 . 그 가 특히 집중 연구 한 것 은 열 의 중간 지대 였 다 . 
 복사 의 법칙 이 라 불리 는 열 원리 는 당시 저온 과 고온 파트 에 는 나름 대로 이론 이 있 었 다 . 저온 엔 영국 의 레리 와 진스 가 내놓 은 초보 적 이론 이 있 고 고온 엔 빈 의 법칙 ( Wien ’ s law ) 이 란 게 있 었 다 . 그런데 이상 하 게 저온 과 고온 의 공백 을 연결 하 는 이론 은 많 은 학자 의 노력 에 도 불구 하 고 발견 되 지 않 았 다 . 
 그 공백 을 플랑크 가 알아냈 다 . 한데 그 방식 이 과학 과 는 거리 가 있 었 다 . 이리저리 꿰 맞추 다 우연히 정답 을 발견 한 식 이 었 다 . 그게 박사 는 못 마땅 했 다 . 기초 과학 에선 결과 보다 도출 과정 과 논리 가 더 중요 했 기 때문 이 다 . 박사 는 왜 그런 결과 가 나오 는지 몰라 고민 했 다 . “ 왜 그런가 ” 라는 질문 을 던지 며 괴로운 시간 을 보냈 다 . 그러 던 어느 날 ‘ 모든 사람 이 당연 하 다고 생각 하 는 자연 의 연속 성 이 실제론 그렇 지 않 을 수 도 있 겠 다 ’ 는 생각 을 하 게 된다 . 예 를 들 어 태양 에서 오 는 빛 의 강도 는 진폭 을 연속 적 으로 조절 하 면 연속 적 으로 더 강해 지 거나 더 약해질 것 이 다 . 그런데 실제로 는 연속 적 으로 되 지 않 고 띄엄띄엄 변할 수 있 겠 다는 가정 이 었 다 . 
 빛 의 강도 가 불연속 적 으로 변하 면 강도 의 합 은 그냥 더 하 면 된다 . 단순 한 산수 다 . 그러나 연속 적 이 라면 다르 다 . 적분 을 해야 한다 . ( 적분 은 고등 학교 에서 대부분 학생 이 골치 를 싸매 는 수학 적 수단 이 다 . ) 플랑크 박사 는 빛 의 강도 , 즉 에너지 가 불연속 적 으로 변할 때 어떤 결과 가 나오 는지 를 계산 했 다 . 
 그렇게 한 결과 놀랍 게 도 추정 대로 복사열 의 에너지 공식 이 나왔 다 . 박사 는 몇 주 를 망설이 다 발표 했 다 . 복사열 에서 나오 는 에너지 는 연속 적 이 아니 고 , 불연속 적 이 며 그리고 복사열 의 최 소단위 인 ‘ 양자 ( 量 子 ) ’ 가 있 다는 것 이 었 다 . 현대 물리학 의 가장 골치 아픈 이론 의 하나 인 ‘ 양자 론 ( 量子論 ) ’ 의 탄생 이 다 . 당시 는 엄두 도 못 낼 생각 이 었 다 . 
 양자론 은 너무 어렵 고 복잡 하 다 . 맛보 기 로 약간 설명 한다면 에너지 는 연속 적 이 아니 고 , 최소 에너지 량인 h ( 플랑크 상수 ) 의 배수 라는 것 이 다 . h 는 6 . 63 × 10 - 34 승 J ( 줄 ) 의 에너지 를 1 초간 공급 하 는 것 이 다 . 양자 가 10 의 36 승 ( 즉 10 억 × 10 억 × 10 억 × 10 억 ) 개 있 어야 30 와트 짜리 전등 하나 를 1 초간 밝힌다 . 그 보다 작 은 에너지 뭉치 는 없 다 . 
 플랑크 의 양자 개념 을 재빨리 다른 곳 에 응용 한 사람 이 아인 슈타인 이 다 . 20 세기 가 낳 은 과학 의 영웅 이 며 천재 의 대명사 인 박사 는 전파 나 빛 은 그때 대부분 물리학자 가 생각 하 는 것 처럼 파동 이 아니 며 수많 은 양자 로 이뤄져 있 다고 이론 으로 발전 시켰 다 . 빛 이 광양자 ( 光量 子 ) 의 흐름 이 라는 생각 은 혁명 적 이 었 다 . 그 개념 은 아인슈타인 에게 노벨 물리학상 을 안겼 다 . 
 플랑크 의 양자 론 이 왜 그리 획기 적 이 고 나아가 현대 물리학 에 얼마나 큰 영향 을 미쳤 는지 는 말 로 다 설명 할 수 없 을 정도 다 . 반도체 · 레이저 등 현대 기술 의 90 % 가 이 를 바탕 으로 한다 . 이 뿐 만 아니 라 존재 의 모습 과 실체 조차 송두리째 바꿔 놓 았 다 . 문재 ( 文 材 ) 가 넉넉 지 못해 우주 의 실체 를 가장 가깝 게 보여 주 는 이 주제 를 쉽 게 설명 할 수 없 는 게 안타까울 뿐 이 다 . 그래도 다음 엔 마음 과 양자 론 이 어떻게 연결 될 수 있 는지 를 써 보 겠 다 . 
 # 플랑크