하루가 모여 인생이 된다

이 글은 EBS 명의 프로그램 중 '우울증, 사인을 놓치지 마라'편을 요약 정리한 글입니다.

마음이 한없이 무겁게 가라앉고 어떤 일에도 의욕이 없으며 잠을 자기도 밥을 먹기도 힘든 병인 우울증은 대체 왜 생겨나는 것일까요?

또한 우울한 기분과 병으로써의 우울은 어떻게 다른 것일까요?

또 우울증은 어떻게 치료해야 되는 것일까요?

우리 몸이 보내는 우울증의 사인, 어떻게 하면 그 사인을 알아차릴 수 있을까요?

깊고 깊은 우울증이라는 늪에서 벗어나기 위해 우리는 그 사인을 놓쳐서는 안됩니다.

우울증은 단순히 우울한 기분만을 이야기 하는 것이 아니라 정신 기능에 문제가 생겼음을 의미합니다.

우울증이나 조울증은 뇌가 감정을 통제하지 못했을 때 생겨납니다.

뇌에서 감정이 생겨나는 것은 신경 전달 물질 때문인데 이 중 세로토닌(수면과 식욕을 조절하는 신경전달물질)과 노르에파네프린(정서와 기억을 조절하는 신경전달물질)은 정서와 기억, 수면과 식욕을 조절합니다. 따라서, 불면증과 식욕 감퇴같은 증상이 나타나는 것입니다.

이런 신경전달물질이 적게 분비되면 균형이 맞지 않을 때 우울증이나 조울증이 발병할 수 있습니다.

우울증의 대표적인 질환이 주요 우울증이라고 하는데 최소 2주 동안 또는 하루 대부분 시간이 기분이 우울하거나 처지거나 아니면 의욕이 많이 떨어지고 즐거움을 잃어버리고 잠을 못 잔다든지 밥맛이 없고 집중이 잘 안되고 안절부절 못하는 불안 증상도 동반되는 증상들이 몇 가지는 있어야만 ‘주요 우울증이다.’라고 정의 할 수 있습니다.

우울증의 발병 신호는 다음과 같은 증상들입니다.

2주 이상 지속되는 우울감, 식욕감퇴와 불면증, 무기력증과 불안증상 등이 있습니다.

우울증은 간단한 검사문항으로 자가진단을 해볼 수도 있는데, 지난 2주 동안의 빈도수가 점수의 기본이 됩니다. 지속되는 우울한 기분, 흥미 반감, 불면증, 식욕감퇴, 무기력증을 종합해 점수를 매긴다. 점수에 따라 우울증 정도를 의심해 볼 수 있는데 10점이 넘어가면 확진을 위해 병원을 찾는 것이 좋습니다.

우울증 치료 중 가장 기본이 되는 것은 상담과 약물 치료입니다.

그렇다면 약물치료에 사용하는 우울증 약은 우리 뇌에서 어떻게 작용하는 것일까요?

우울증과 조울증에 사용되는 약은 기분조절제, 항우울제, 항정신병약물 등이 있습니다.

이 약들은 뇌 속 신경전달물질의 분비를 조절하는 역할을 합니다.

세로토닌과 노르아드레날린은 신경신호를 전달하고 남은 부분은 신경세포로 재흡수되어 소멸됩니다.

우울증의 경우 이 두 신경전달물질의 분비가 부족한데 항우울제는 이 신경전달물질이 재흡수되어 소멸되는 것을 막아줍니다.

세로토닌과 노르아드레날린이 뇌 속에 좀 더 오래 머물게 함으로써 우울증상을 호전시키는 것입니다.

항우울제에는 졸음이 쏟아지던가 무기력증 등 같은 부작용이 있다며 복용을 꺼리는 경향이 있습니다.

하지만, 최근에는 좋은 약이 많이 개발되면서 이런 부작용들도 상당 부분 개선되었다고 합니다.

간혹, 의사가 투약기간이나 환자가 호전되는 정도를 봐서 ‘이 정도까지는 괜찮다.’싶어 약을 끊도록 권유하는 분들도 다시 재발하는 경우가 있습니다. 항우울제 한번 발병하면 적어도 6개월~1년 동안 약을 먹는 것이 좋으며 두 번째 발병하면 2년 정도, 세 번째 발명하면 수년간 약을 먹어야 하는 원칙을 잘 지켜주는 것이 재발을 막는데 중요한 일이라고 합니다.

또 하나의 치료법은 ECT라고 하는 전기압력치료입니다.

ECT는 전기자 극을 통해 경련을 일으켜 뇌를 활성화 시켜줍니다.

경련은 1~2초 사이에 짧게 일어나기 때문에 후유증을 남기지는 않습니다.

약물 치료가 잘 들지 않거나 약물 치료를 쓸 수 없는 임산부에게 많이 쓰는 치료법입니다.

ECT는 뇌에 자극을 줘 뇌를 활성화시키는 치료방법입니다.

장비를 머리에 대고 전기 자극을 공급하는 데 이 때 자극이 가해지면 뇌에 혈류량이 증가해 영양을 공급하고 뉴런을 활성화시켜 신경전달물질의 분비를 촉진시키게 됩니다.

또 우울증 환자인 경우 코티솔의 분비가 증가되는데 코티솔은 스트레스 호르몬으로 불리기도 합니다. ECT치료는 코티솔의 분비를 조절해 우울증을 감소시키는 것으로 알려져 있습니다.

문제는 일반인들이나 환자들의 경우에 ‘전기 경련’이라는 말이 들어가기 때문에 ECT치료를 꺼리는 경우가 많습니다. 또한, 최근 10여년 동안 좋은 약물들이 많이 나와서 ECT치료를 적게 하는 추세였는데 지금은 ECT치료의 빠른 효과를 기대하면서 더 많이 시행하는 추세인만큼 ECT 치료는 임상적으로 효과가 증명이 된 치료입니다.

우울증이 호전되기 위해서는 본인의 의지가 확고해야 합니다.

청소년의 경우 우울증에 게임 중독이 동반되는 경우는 자주 발생합니다.

우울증 환자는 집에 혼자 있는 시간이 많습니다. 그것도 무료한 시간이 많으니까 게임을 하다 보면 게임이라는 것이 쉽게 쾌감이나 긴장감을 느낄 수 있기 때문에 자꾸 하다보면 게임에 빠질 수 있습니다. 그 다음에 우울증의 경우에는 과거에 내가 잘못했던 일이라든지 후회하는 것들이 자꾸 떠오를 수 있습니다. 그래서 그 괴로움을 잊기 위해서 게임을 하다 보면 중독으로 가는 경우도 있을 수 있습니다.

제일 재발을 잘하는 병이 조울증입니다. 조울증이란 한없이 마음이 무겁고 무기력해지는 것이 우울증이라면 조울증은 한동안 우울증이 지속되다가 또 극단적으로 기분이 좋아지는 조증이 반복되는 것을 말한다.

약을 규칙적으로 오랫동안 먹는 정도를 ‘순응도’라고 하는데 약물 순응도가 제일 떨어지는 게 조울증(양극성 장애)입니다.

조울증(양극성 장애)의 오진율은 무려 70%에 달합니다.

이는 조증을 우울증의 증세 호전으로 오해하거나 다른 정신과적 질환으로 진단하는 경우가 많기 때문입니다. 오진을 받은 환자 중 35%는 정확한 진단을 받기까지 보통 10년 이상이 걸리기도 합니다.

그렇다면 어떤 경우에 우울증이 아니라 조울증을 의심해 봐야 할까요?

우울증 환자들을 만날 때 반드시 ‘양극성 장애, 양극성 우울증이 아닐까?’를 꼭 생각해봐야 합니다. 환자의 병력을 자세하게 알아보고 가족력이라든지 이전에 다른 의사가 어떤 약물을 썼는지를 잘 검토할 필요가 있습니다.

양극성 우울증 진단을 정확하게 잘 하는 것이 필요합니다. 특히 우울증이 잘 낫지 않는 경우에는 꼭 양극성 장애(조울증)가 아닌가 생각해봐야 됩니다.

공황이란 예상하지 못하는 상황에서 갑자기 닥쳐오는 공포를 말합니다. 공황장애는 위험을 느끼지 않을 상황에도 극심한 불안 심리와 함께 발작 등의 비특위적 신체 증상이 갑작스럽게 발생하는 불안 장애입니다. 공황장애를 유발하는 요인으로는 노르에피네프린, 세르토닌 등과 같은 신경전달물질에 화학적 불균형 때문이라는 가설이 가장 유력합니다. 또, 대인관계, 업무, 약물에 대한 알러지 반응, 과음 등 대내외적인 스트레스 요인으로 인해 공황이 발생할 수 도 있습니다.

최근 들어 공황장애 환자 수는 급격히 증가하는 추세입니다. 지난 5년간 공황장애를 진단 받은 환자 수는 6만명에서 12만명으로 두 배 가량 늘어났습니다.

공황이 한번 오면 또다시 올까봐 걱정하는 ‘예기불안’이라는 것이 같이 있어서 대략 1개월에 거쳐서 공황과 예기불안이 지속되어야 공황장애라고 진단할 수 있습니다.

  대체적으로 불안장애와 우울증이 공존하는 경우가 많습니다. 그래서 의사들은 진료할 때 불안증이 확인되면 반드시 우울증이 동반되었는지 다시 살펴보고 우울증이 있는 환자들을 대할 때는 불안장애가 있는지 반드시 찾아봐야 할 것 같습니다.

우울증은 특별한 병이 아니라 누구나 걸릴 수 있는 병이고 치료하면 나을 수 있는 질병의 하나일 뿐입니다.

우울증의 발병은 환자뿐만 아니라 가족에게도 힘든 일입니다. 하지만 약을 챙기고 치료를 독려하고 의지를 북돋아 주는 것 그것이 바로 가족의 역할이며 우울증 치료에는 상당히 중요한 역할을 합니다. 우울증은 신경전달물질에 의한 뇌질환의 일종입니다.

불면증과 식욕감퇴, 대인 기피는 병에 의한 증상일 뿐입니다. 우울증의 신호가 나타나면 그 신호를 놓쳐서는 안됩니다. 감기로 끝날 수 있는 병을 독감이나 폐렴으로까지 키울 수 있기 때문입니다.

우울증이 ‘마음의 감기’라는 뜻은 흔하게 올 수 있는 질환이라는 것인데 감기 중에서도 증세가 심한 ‘독감’이라고 표현하는 게 더 맞지 않을까 싶습니다.

무엇보다 자살로 이어질 수 있는 병이니까 조기에 빨리 막는 것이 중요한 일이겠습니다.

반면, 우울증은 비교적 치료가 잘되는 병이므로 희망을 품고 병원에 방문해야 하며 우리가 살아가면서 한 번쯤 겪고 있는 ‘슬럼프’라고 볼 수 있을 것입니다.

다시 회복되고 또 어려운 일이 생기면 슬럼프로 빠질 수 있는 것이므로 편안한 마음으로 병원에 방문하는 것이 좋을 것입니다.

이 글은 EBS 명의 프로그램 중 ‘당신의 목은 안전합니까?’편을 요약 정리한 글입니다.

조사에 따르면 2010년 이후 경추 디스크 환자가 급증하고 있다고 합니다. 전문가들은 그 원인을 스마트폰 사용의 폭발적인 증가로 지적하고 있습니다.

장시간 잘못된 자세로 스마트폰이나 컴퓨터를 하는 동안 경추와 이를 둘러싸고 있는 근육들이 손상이 생기기 때문입니다.

우리 몸의 중심인 척추는 경추, 흉추, 요추, 천추, 요추로 나뉘는 데 각 부분은 C자형의 곡선으로 되어 있어 자연스럽게 충격을 흡수합니다.

특히 경추는 우리 몸에서 가장 무거운 머리를 받치고 있기 때문에 올바르지 않은 자세나 퇴행성 변화 등으로 인해 신경이 눌리면서 여러 가지 증상들을 만들어 내게 됩니다.

누구나 일에 집중하다보면 자신의 자세에 신경을 쓰지 못하는 경우가 많습니다.

그렇다면 경추에 좋은 바른 자세는 어떤 자세일까요?

경추는 머리를 받치는 자세가 중요합니다.

머리를 받치는 역할을 하기 때문에 머리를 얼마큼 올바르게 잘 유지할 수 있느냐가 제일 중요합니다. 쉽게 설명하면 머리와 목이 일직선상에 놓이게 되는 것입니다.

반면, 경추에 좋지 않은 자세는 머리가 앞으로 빠져나와 있는 자세가 일직선상에서 벗어나게 되는 경우에 해당됩니다. 고개를 과도하게 숙이는 자세는 무게 중심이 일직선상에서 벗어나게 되는 자세로 경추에 무리를 주는 자세가 됩니다.

그렇기 때문에 고개를 가능한 한 똑바로 들 수 있는 그런 자세가 필요합니다.

그 자세에서 중요한 것은 바로 시선입니다. 우리의 시선이 정면을 바라보거나 정면에서 상방향 10도 정도를 바라보는 자세로 머리를 유지할 수 있는 자세가 목에 가장 올바르고 편안한 자세라고 생각합니다.

최근 들어 젊은 사람들이 병원을 많이 찾는 일이 잦는데 이들의 가장 큰 관심은 수술 여부에 대한 정확한 판단입니다.

연령에 관계없이 수술이 필요한 지 판단하기 위해선 MRI와 같은 영상 검사 이외에도 신경 손상으로 인한 감각이나 힘의 저하가 있는지 확인이 필요합니다.

치료법을 결정하는 데는 신경 손상여부가 가장 큰 변수라고 합니다.

척추를 지나가는 신경은 가운데 있는 척수와 척수 뼈 사이로 뻗어 있는 신경 근육이 있습니다.

척수가 눌리면 주로 마비가 오고 신경 근육이 눌리면 통증이나 저림과 같은 감각에 이상이 옵니다. 그러나 신경 근육이 심하게 눌리면 팔의 일부에 마비가 올 수 있습니다.

만일에 손을 쥐었다 폈다 하는 것이 10초에 20회 이하로 느려진다거나 발끝을 붙이면서 한 줄로 걷기가 불가능해지면 척수 손상을 의심하고 병원을 찾는 것이 좋습니다.

신경근이 심하게 눌리지 않아 팔에 마비가 없는 경우에는 운동, 약물, 주사 등으로 보존 치료를 시작하게 됩니다.

기본적인 원칙은 수술보다 비수술적인 치료를 먼저 하는 것이고 비수술적인 치료를 했지만 효과가 없을 때 수술적인 치료를 선택해야 합니다.

그리고 마비가 있는 경우는 수술적인 치료를 하는 것이 원칙이지만 통증이 주 증상이고 마비가 없는 경우는 비수술적인 치료를 하는 것이 원칙입니다.

어떤 수술이든지 다 마찬가지이지만 특히 경추 환자들은 가능한 수술을 피하려고 합니다.

특히 어른들은 대부분 목 디스크 수술에 대해 거부감이 심하며 ‘수술하면 큰일 난다더라’, ‘디스크는 절대 수술하는 것이 아니라더라.’, ‘몸에 함부로 칼을 대면 안 된다.’ 등 우려의 목소리가 큽니다. 그렇다면 경추 수술은 하지 않는 것이 최선일까요?

경추 질환에 있어서 수술을 해야 하는 경우는 제일 중요한 것은 신경이 약해질 위험성이 있는 질환인 경우 또는 신경이 약해지고 있는 과정에 접어든 환자는 반드시 수술해야 합니다.

그 이유는 신경이 마비되거나 신경에 이상이 생기게 되면 다시 원상태로 돌아가는 것이 굉장히 어렵습니다. 그래서 수술을 매우 신중히 결정해야 하는 측면이 있는 반면에 꼭 해야 하는 환자들이 수술을 받지 않게 되면 굉장히 심각한 문제를 초래할 수 있기 때문에 수술을 해야 하는 환자들은 반드시 수술해야 하는 그런 부위가 바로 경추입니다.

또한, 경추의 신경 손상은 주위를 기울이지 않으면 초기 치료시기를 놓치기 쉽습니다.

사실 마비가 온 이후에 수술하게 되면 신경이 그만큼 심하게 상하거나 약해졌다는 뜻입니다. 따라서 수술 이후가 오히려 안 좋을 수 있습니다. 그래서 마비는 되지 않았고 신경이 약해지는 신호를 보낼 때가 바로 수술해야 하는 가장 예후가 좋은 적기라고 생각합니다.

몸은 꽤 오래전부터 마비에 대한 경고를 보내고 있었지만 허리에 문제인줄만 알고 있는 사람이 많습니다. 그러나 대부분의 원인은 목, 즉 경추에 있었습니다.

이러한 마비의 원인은 우리의 몸과 머리를 이어지는 목에 있습니다. 경추의 중심에는 뇌로부터 이어지는 중추신경인 척수가 지나고 있는데 퇴행성 변화나 디스크 등으로 이 신경이 손상되면 마비 증상이 나타나기 시작합니다.

신경에서는 항상 신호를 보내게 되어 있습니다.

이상이 있다는 신호를 보내게 되는데 제일 첫 번째 신호는 바로 통증입니다.

두 번째는 신경에 이상이 있거나 신경에서 위험 신호를 보낼 때는 감각이나 통증과는 다른 느낌의 신호를 보내기 시작합니다.

저림증이나 ‘감각이 무디다.’, ‘남의 살 같다.’ 또는 ‘(살갗에) 벌레가 기어가는 것 같다.’ 이런 이상한 느낌을 보내는 것은 감각신경에 이상이 초래한다는 신호입니다.

그 감각신경의 이상을 초래하는 기간이 지나게 되면 이제 비로소 마비가 오게 됩니다.

목의 신경은 눌리는 부위에 따라 통증을 느끼는 부위도 다릅니다. 경추 3번과 4번이 눌리면 목과 어깨가 저리고, 5,6,7번이 눌리면 팔과 손까지 통증이나 저리는 증상이 나타날 수 있고, 심한 경우에는 운동신경마비도 올 수 있습니다. 경추 1번은 고개를 상하로 끄덕이고, 2번은 좌우로 움직일 수 있게 돼있는데 만일 1,2번 신경이 손상을 입으면 팔과 다리의 마비는 물론 전신마비의 위험이 있어 치료가 시급합니다.

이번 이야기는 양자 역학 이후 현대 과학이 연구하고 있는 분야에 대한 발전 과정이라고 볼 수 있습니다.

원자보다 작은 양자의 세계는 위아래좌우개념이 없고, 시간개념도 모호합니다.

원자핵이 자리 잡고 있고 전자는 주변을 돌고 있습니다.

하지만, 전자는 어디에 있는지 알 수 없습니다.

코펜하겐의 물리학자들이 이 세계를 설명하려고 시도합니다.

그곳은 조금의 예측도 할 수 없는 불확정성으로 가득 차 있었습니다.

양자의 세계는 우리가 사는 세계와 완전 딴판이어서 물리법칙도 다릅니다.

물리학자에게는 이것이 문제였습니다.

그 이유는 힘이 다르기 때문입니다. 힘은 네 가지로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 힘은 중력이며 두 번째 힘은 이 세상에 가득 차 있는 전자기력입니다.

빛은 바로 이 전자기파의 일종입니다. 나머지 힘들은 원자의 세계 내에 존재합니다.

원자핵 속 양성자와 중성자를 결속시켜주는 힘인 강력과 우라늄이나 코발트 같은 원소에서 방사능 붕괴를 일으키는 약력이라는 힘입니다.

이 네 가지 힘을 합치는 이론이 궁극의 이론이라 생각했고 전자기력, 약력, 강력의 힘을 통일시키는 이론이 완성되었습니다.

우주는 하나의 점에서 폭발합니다. 원래 하나였던 힘이 네 종류로 분리됩니다. 가장 먼저 중력이 분리되면서 우주에

충격파를 발산시킵니다. 그 다음 강력, 전자기력, 약력 순으로 순식간에 이뤄졌습니다. 네 가지 힘을 합치면 우주의 최초를 알 수 있습니다.

아인슈타인은 이 우주가 생긴 비밀을 알고 싶었습니다. 그러나 실패합니다. 그러나 통일장 이론이 반드시 필요한 사건이 발생합니다. 바로 블랙홀로 이 곳에서는 시공간이 뒤틀리고 중력은 무한대가 됩니다. 일반 상대성 이론을 적용해야할지, 양자 역학을 적용해야할지 모르는 분야입니다.

유럽입자물리연구소(CERN)는 빅뱅과 비슷한 환경을 인위적으로 만드는 것입니다.

이것은 우주가 생긴 최초를 보는 것입니다.

가장 작은 것은 최초의 한점을 찾는다는 것 그것으로 양자역학과 중력 사이의 문제를 해결할 수 있습니다.

현재 빅뱅이 일어난 후 1조초까지 거슬러 올라갔습니다.

그러나 여전히 우주가 시작되었을 때보다도 시간이 많이 지난 후입니다.

입자 가속기 내부에서 양성자는 거의 광속도까지 가속된 후 표적에 충돌합니다.

이때 튕겨져 나온 입자들 중에 새로운 것이 있는지 관찰합니다.

1970년대에 이르러 양성자, 중성자, 전자보다 더 작은 쿼크라는 물질이 나왔습니다.

이 쿼크는 현재 6종류가 있음이 밝혀졌습니다.

전자와 성질이 비슷하면서 질량이 큰 입자인 뮤온과 타우 그리고 세 종류의 중성미자까지 12종류의 입자들이 발견되었습니다.

그런데 여기서 끝이 아닙니다.

이 입자들을 만드는 어떤 작은 것이 있다는 이론이 나옵니다.

강력을 연구하는 도중 자연스럽게 발견된 이 이론은 점이 아니라 끈이라는 것입니다.

끈은 열린 끈과 닫힌 끈 두 종류가 있습니다. 마치 4개의 줄로 많은 음을 만드는 바이올린처럼 다양하게 진동하여 온 우주를 만든다는 이론입니다.

그러나 자연을 완벽하게 설명하는 이론은 단순하고 우아하며 한 가지여야 하지만 끈 이론은 다섯 가지나 되는 문제점이 있습니다.

이 현상을 이해하려면 먼저 차원을 이해해야 합니다.

우리가 살고 있는 곳은 3차원입니다. 이것에 시간이 추가되면 4차원이 됩니다.

그러나 여분의 차원은 6가지가 더 있어 총 10차원입니다.

이것을 이해하기 위해 호스를 예를 들어봅니다.

호스는 멀리서 보면 선입니다. 그러나 가까이서 보면 개미가 기어다닐 수 있는 둘레가 있습니다.

이런 여분의 차원은 모든 점에서 존재할 수 있습니다.

게다가 이와 같은 10차원이 5개나 됩니다.

이것을 쉽게 해결한 방법이 11차원입니다.

5개의 10차원의 공간이 11차원에서는 한 개가 됩니다. 이것이 ‘M이론’이라는 새로운 이론입니다.

끈 이론이 과연 우리 질문에 마지막 해답이 될 수 있을까요?

이번 이야기는 닐스 보어가 원자 모형을 발표한 이후를 소개합니다.
원자란 물질을 구성하는 가장 작은 존재로 간단해야 합니다.

그러나, 보어의 원자 모형은 정해진 궤도에서만 전자가 돌며 에너지를 흡수하면 높은 궤도로 올라가며 에너지를 방출하며 낮은 궤도로 내려오는 복잡한 구조를 가지고 있습니다.
원자 모형에서 확실히 알 수 있는 것은 진동수와 세기 뿐입니다.
그렇다면 원자 모형도 이 두가지를 설명해야 되지 않을까요?

베르너 하이젠베르크는 기존 문제점을 해결하기 위해 보어의 원자모형에서 관찰되지 않는 전자의 궤도를 제거합니다.
행렬수학은 양자역학을 기술하는데 적합한 언어임이 증명되었습니다.
행렬에서 앞과 뒤를 바꿔 곱하면 완전히 다른 값이 되는 것처럼 하이젠베르크는 원자의 위치와 빠르기는 행렬처럼 순서가 의미를 가진다는 것을 알게됩니다.
원자 안에서 전자의 진동수와 세기를 알아낼 수 있는 행렬역학을 만들어 냅니다.
그러나, 계산이 복잡하고 난해했습니다.

이와 비슷한 시기에 에르빈 슈뢰딩거가 파동방정식을 발표합니다.
계산한 과정은 반대인데 그 결과는 하이젠베르크와 같았습니다.
또한, 슈뢰딩거는 하이델베르크가 보이지 않는다고 없애버린 전자의 궤도를 물질파를 이용해 다시 살려 놓습니다.
그러나 "왜 전자가 궤도를 뛰어넘는가?"라는 질문에는 대답하지 못합니다.

결국, 슈뢰딩거의 생각이 옳지 않다는 증거가 나왔습니다.
슈뢰딩거가 묘사했던 파동은 의미가 없어졌습니다.
슈뢰딩거의 파동은 하나의 공간 안에 있습니다.

그러나 입자가 늘어나면 그 공간에 더이상 적용이 불가능 하다는 것을 하이젠베르크의 스승인 막스 보른이 밝혀냅니다.
보른은 일명 확률해석이라는 것이 필요하다고 보았습니다.
입자 하나하나가 특정 공간에 있다가 확률에 따라 교체된다고 확신했습니다.
전자가 어떤 공간에 확률적으로 존재한다는 것입니다.
일상에서 확률은 감각적으로 경험됩니다.

그런데 전자의 위치를 확률적으로 알 수 있다는 말은 무슨 뜻일까요?
물론 우리 세계에서는 불가능합니다.
양자역학의 대가 파인만은 "양자역학을 제대로 이해하고 있는 사람은 아무도 없다."고 말할 정도였습니다.

구멍이 두 개 뚫린 슬릿에 광자를 통과시키는 실험을 해봅니다. 광자와 전자는 이중슬릿에서 똑같이 반응합니다.

하나씩 쏘면 파동의 성질을 가질 때 나타나는 파형이 나타납니다.

이중 슬릿을 통과한 전자는 벽 어디에서나 발견될 수 있습니다. 그러나 가장 가운데 있는 지점에서 발견될 활률이 가장 높습니다.

이 지점에서 전자가 발견되면 이 때의 확률은 1이되며 다른 지역의 물질파들은 모두 사라지게 됩니다.

그런데 이중슬릿 실험을 관측 장치를 달면 이런 현상이 나타나지 않게 됩니다.

전자가 두 슬릿 중 하나를 통과했다고 알아채는 순간 슬릿에는 파동의 형태가 나타나지 않게 됩니다.

파동의 물질인 전자는 관측 전에는 여기저기에 존재합니다. 관측을 하게 되면 파동인 전자가 갑자기 수축해 입자로 보입니다.

슈뢰딩거는 이런 현상을 보고 '슈뢰딩거의 고양이'로 알려진 역설을 제안합니다.

아인슈타인도 이것을 이해하지 못했습니다.

하이젠베르크는 원자란 본질적으로 이해할 수 없는 것이라고 결론을 내립니다.

그럼 현실에서 원자를 보려면 어떻게 해야 할까요? 빛을 비춰서 보면 됩니다.

원자 안에 파장이 긴 빛을 비추면 움직임은 빠르지 않아 잡을 수 있으나 위치가 희미하여 보이지 않습니다.

파장이 짧은 빛을 비추면 전자는 보이지만 너무 빠르게 움직입니다. 전자의 위치는 알 수 있지만 운동성은 측정이 안됩니다.

이것이 바로 하이젠베르크의 불확정성 원리입니다.

즉, 위치와 운동량을 정확하게 알 수 없습니다.

하이젠베르크는 불확정성 원리가 양자의 세계를 열어줄 것으로 생각했습니다.

보어는 자신의 이론인 상보성의 원리를 위에 넣고 싶어했습니다.

상보성 원리는 위치를 정확하게 파악하려고 하면 전자가 너무 빨리 움직이니 전자의 위치를 측정할 땐 운동성은 배재한다는 것입니다.

이 둘의 논쟁은 끝이 나지 않았습니다.

이전 세상에선 모든 것이 예측 가능했습니다.

이제 세상은 불확정성이 가득한 모호한 세상이 되고 말았습니다.

이 세계에 사는 우리는 결코 그 세계를 이해할 수 없습니다.

치열한 논쟁 끝에 우리 인간이 얻은 답입니다.

아인슈타인은 죽을 때까지 자신의 관점을 바꾸지 않았습니다.

아인슈타인의 비판에 대한 답을 생각하는 과정에서 양자역학은 더욱 발전했습니다.

세상은 무엇으로 이루어져 있는가?

문명이 시작될 때부터 인류가 가장 알고 싶었던 문제입니다.

이번 이야기는 물질을 구성하는 가장 작은 입자인 ‘원자’에 대한 이야기입니다.

1803년 돌턴은 모든 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 입자인 원자로 구성되어 있다는 가설을 발표합니다.

이것으로 세상은 설명되는 것 같았습니다. 그러나 그것이 끝이 아니었습니다.

빌헬름 뢴트겐은 금속이 원자에 부딪칠 때 나오는 짧은 파장(X선)이 손을 투시할 수 있다는 것을 발견합니다.

퀴리 부인은 라듐의 원자 안에서 엄청난 에너지가 끊임없이 나오는 것을 발견합니다.

원자 내부를 알아내려고 노력한 사람들도 있었습니다.

J.J 톰슨은 음극선을 실험을 통해 음극선이 바람개비를 돌릴 수 있다는 것을 알아냅니다. 이것은 음극선이 질량을 가지고 있다는 것을 의미합니다. 또한, 자기장을 걸어주면 특정 방향으로 휘어지는 것을 알아냅니다. 

위 실험들을 통해 톰슨은 원자 안에 있는 전자의 존재를 알아냅니다.

또한 원자는 전기적으로 중성이므로 전자와 반대인 양성자도 존재한다는 것을 예측합니다.

어니스트 러더퍼드의 제자들은 2년 동안 알파 입자가 얇은 금박지를 통과하는 실험을 하고 있었습니다.

얇은 금박지에는 원자 400개가 들어 있지만 알파 입자는 전자보다 7,500배 무거운 입자입니다.

따라서, 알파 입자를 금박지에 쏘면 그냥 뚫고 나갑니다.

러더퍼드는 이 실험을 통해 통과하지 못하고 조금이라도 휘어지는 알파 입자를 찾아내려고 했습니다.

결국 금박지에서 튕겨 나오는 알파 입자를 발견합니다. 이 현상은 1/8,000의 확률이었습니다.

이것은 알파 입자가 뚫지 못하는 단단한 입자가 있다는 것을 의미하며 러더퍼드는 양의 성질을 가진 원자핵이라고 생각합니다.

이로써 태양계의 운동과 닮은 원자 모형을 생각해 냅니다.

그러나, 러더퍼드의 원자 모형에는 큰 문제점이 있었습니다.

원자핵과 전자는 전기적으로 서로 반대 성질을 가지고 있으므로 원자핵이 더 가벼운 전자를 끌어당길 것입니다.

닐스 보어는 동료들이 원자 안에서 무언가를 찾으려 할 때 어떻게 전자가 원자핵으로 끌려 들어가지 않고 회전하고  있는지에 대해 의문을 가지고 원자가 붕괴되지 않는 이유를 찾으려고 노력합니다.

1913년 27살이 되던 해에 우연히 발머가 만들어 낸 수소의 선스펙트럼이 나와 있는 공식을 보게 됩니다.

스펙트럼이란 빛의 파장을 순서대로 나열한 것입니다.

태양의 경우 모든 진동수의 빛을 방출하기 때문에 연속 스펙트럼을 형성합니다.

반면 원자의 경우에는 선에 해당하는 에너지의 진동수만 방출하기 때문에 낱낱의 선으로 나타납니다.

보어는 이 공식과 에너지는 불연속적으로 나온다는 플랑크 이론을 통해 원자 구조에 대한 힌트를 얻습니다.

전자가 원자 안에서 불연속적으로 이동한다는 것을 토대로 수소 원자의 에너지 준위를 만들어 냅니다.

물론 이 원자 모델은 이후 다시 수정됩니다.

물질을 구성하는 가장 작은 입자에 대한 여정은 다음 이야기로 이어집니다.

이번 이야기는 빛은 우리를 축복하기 위해 먼 곳에서부터 오는 것이라 믿었을 때부터 20세기 초 아인슈타인이 나타나기 전까지 빛을 쫓았던 사람들에 대한 것입니다.

물의 도시 베네치아에서 대학 교수로 일했던 갈릴레오부터 시작합니다.

갈릴레오는 이미 네덜란드에서 만들어진 망원경을 모방하여 1609년에 9배의 배율을 가진 망원경을 만들어 냅니다.

이 망원경은 배율이 약한 볼록렌즈와 배율이 강한 오목렌즈를 이용하여 높은 배율과 선명한 색상을 가진 정립상을 볼 수 있습니다.

그 당시 많은 사람들은 망원경을 이용하여 땅에서 나온 빛을 보는 것에만 만족했지만 갈릴레오는 하늘에서 오는 빛을 관찰했습니다.

가장 먼저 하늘에 있는 달을 관측하여 달이 평평한 원이 아니라 구멍과 돌기로 덮힌 울퉁불퉁한 구형이라는 것을 알아내고 1610년에 ‘별들의 소식’이라는 책을 출간하여 대중들에게 공개합니다.

또한, 목성을 관측하여 목성 주변의 작은 별들을 보며 그들의 운동을 기록합니다.

처음에는 목성이 움직이는 것인 줄 알았으나 지속적인 관측을 통해 알 수 없는 별들의 움직임은 목성을 돌고 있는 네 개의 달이었다는 것을 알게 됩니다.

갈릴레오는 자신이 하늘을 관측한 자료를 토대로 달이 지구를 따라서 태양 주위를 돌고 있다는 것을 보여주고 싶었고 목성의 달들이 그 증거가 되었습니다.

한편 갈릴레오는 빛의 속도를 알아보기 위해 조수와 함께 산꼭대기에서 실험을 합니다.

빛의 속도는 너무 빠르기 때문에 이 실험을 통해 알아내지는 못했으나 빛은 순식간에 오는 것이 아니라 어떤 속도를 가지고 있음을 알아냅니다.

갈릴레오 이전에 빛은 천상에 있고, 땅에 가득 차 어두운 곳을 밝혀주는 곳이었지만 조금씩 빛에 대한 신비감이 사라집니다.

아이작 뉴튼은 빛을 연구하다가 거울을 이용하여 만든 40배 배율을 가진 망원경을 계기로 왕립학회 회원으로 선출될 정도로 빛에 대해 알려고 많은 노력을 합니다.

심지어 색이 나타나는 것을 알기 위해 뜨개바늘을 눈과 뼈 사이로 집어넣어 최대한 눈 뒤쪽까지 집어넣는 위험한 짓도 합니다.

이 색을 연구한 역사는 그리스 시대부터 시작됩니다.

엠페도클레스는 눈에서 빛이 나오기 때문에 우리가 사물을 볼 수 있다고 생각했습니다.

아리스토텔레스는 사물 안에 색이 들어 있어 빛이 없어도 존재하는 것이라고 생각했습니다.

유클리드는 빛이 직선으로 진행한다는 것을 알아냈습니다.

알하첸은 물체가 빛을 반사한다는 사실을 알아냅니다.

데카르트는 색이란 빛이 물체에 닿았을 때 변형되어 생긴 것이라고 한 것처럼 시대에 따라 색에 대한 생각이 달랐습니다.

뉴튼은 한 가지 실험을 통해 모든 사람들이 빛에 기본 성질을 잘 못 이해하고 있다는 것을 알아냅니다. 이 실험은 1665년 로버트 훅은 빛을 이용한 현미경을 통해 눈에 보이지 않는 작은 것들의 세계를 보여준 책에서부터 시작됩니다.

그러나 뉴튼은 데카르트의 빛 실험에 관심을 가지게 됩니다.

프리즘에 빛줄기를 통과시켜 5센티미터 떨어진 종이 위에서 빨간색 점과 파란색 점 두 개가 나타나 있었습니다.

뉴튼은 데카르트보다 먼 6.6미터 떨어진 벽에 빛을 쏘아 나타난 스펙트럼의 길쭉한 모양에 더 큰 관심을 가지게 됩니다.

또한, 색이 프리즘을 통과해서 생기는 것인지 프리즘을 통과하기 전 빛 자체에 있는 것인지에 대해 의문을 가지게 됩니다.

그래서, 뉴튼 스스로 ‘결정적 실험’이라고 이름을 붙인 두 개의 프리즘을 이용한 실험을 합니다. 빛 한 줄기는 첫 번째 프리즘에서의 굴절률이나 두 번째 프리즘에서의 굴절률이 같습니다. 프리즘 때문이라면 두 번 프리즘을 통과한 색은 굴절률이 달라야 합니다.

하지만 첫 번째 프리즘에서 굴절한 파란색의 각도는 두 번째 프리즘에서도 똑같았습니다.

결국 색은 바로 빛 속에 있다는 것을 알게 됩니다.

빛의 본질에 더 가까이 다가가기 위해 전기와 자기에 대해 알아야 됩니다.

1825년 마이클 패러데이는 전자기 유도 현상에 대한 강연을 합니다.

이 강연을 통해 제임스 클럭 맥스웰은 전기와 자기의 관계인 전자기파를 알아냅니다.

이 당시 맥스웰이 계산한 전자기파의 속도는 빛의 속도와 같은 결과가 나왔습니다.

결국, 빛과 전자기파는 같은 것이라는 것을 알게 됩니다.

뉴튼이 연구한 스펙트럼은 빛의 색에 따라 파장이 다르기 때문에 나타난 현상이었습니다.