빛은 사라지는가?— 광자, 에너지, 그리고 우주의 마지막 질문

 

서문 — 어쩌면 모든 질문의 시작

우리는 매일 빛을 본다.
아침에 떠오르는 태양, 밤하늘의 별빛, 전등 아래 펼쳐지는 익숙한 풍경까지.
하지만 이 빛을 구성하는 실체인 광자를 깊이 들여다보면, 우주는 금세 우리를 혼란에 빠뜨린다.

빛은 존재하는가?
빛은 소멸하는가?
에너지를 발산하는 별은 결국 어디로 사라지는가?
그리고 이 모든 현상은 우리가 살아가는 우주의 궁극적 운명과 어떻게 연결될까?

이 글은 그 질문을 따라가본 작은 지적 여정이다.

 

빛은 과연 사라지는가?

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1. 빛은 에너지다 — 그러나 ‘물질’은 아니다

빛, 즉 광자(Photon) 는 우리가 가장 자주 접하는 우주의 기본 구성 요소 중 하나다.
광자는 에너지를 운반하는 입자이면서 파동이며,
정지 질량이 0이다. 즉, 질량이 없다. 하지만 질량이 없다고 해서 무(無)인 것은 아니다.

광자는:

• 에너지를 갖고 있으며,
• 운동량이 있고,
• 중력에도 영향을 받으며,
• 우주의 물리 법칙 속에서 적극적으로 작용한다.

이 특성은 광자를 **존재하는 듯 보이지만 실체를 붙잡을 수 없는 "비물질적 존재"**로 만든다.
우리는 광자를 만질 수 없다. 붙잡을 수 없다. 병 속에 담아둘 수도 없다.
그러나 광자가 없다면, 생명, 에너지, 시간, 존재 — 이 모든 것은 불가능하다.

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2. 광자의 삶 — 태어남, 여행, 그리고 소멸

광자는 에너지가 변화할 때 태어난다.
예를 들어:

• 원자의 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 상태로 떨어질 때,
• 태양 중심에서 핵융합이 일어날 때,
• 심지어 우리 방의 형광등이 켜질 때도 광자가 방출된다.

하지만 광자는 태어나면 끊임없이 빛의 속도로 움직인다.
멈출 수 없고, 속도를 줄일 수도 없다.

그렇다면 광자는 영원히 존재할까?

• 아니오.
• 광자는 다른 입자와 상호작용(흡수, 산란) 하면서 사라지거나 경로를 바꾼다.
• 예를 들어, 벽에 닿아 흡수될 때 광자의 입자적 존재는 소멸되지만,
  그 에너지는 다른 형태(열, 운동, 전자 여기 등)로 변환되어 여전히 존재한다.

광자는 사라지지만, 그가 운반한 에너지는 사라지지 않는다.

이것이 바로 **열역학 제1법칙(에너지 보존법칙)**의 작동 방식이다.

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3. 광자는 우주 전체에 흩어져 있다 — 끝없이 퍼져가는 존재

밤하늘에서 우리가 보는 별빛은 대부분 수십 광년, 수백 광년을 건너왔다.
어떤 별빛은 수십억 년 전, 그 별이 방출한 것이다.
우리는 지금 과거의 우주를 보고 있다.

이 빛들은 지금도 우주를 가로질러 이동 중이다.
그리고 우주 팽창은 이 광자들의 파장을 계속 늘려 에너지를 낮춘다.
가시광선이 적외선이 되고, 마이크로파가 되고, 결국 배경 복사의 일부가 되어간다.

현재 우주 전체에 흩어져 존재하는 **우주 마이크로파 배경복사(CMB)**는 바로
138억 년 전 빅뱅 직후 탄생한 최초의 광자들의 흔적이다.

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4. 빛은 사라지는가? — 열역학의 심연

만약 광자의 에너지는 흩어지기만 하고,
계속 희석된다면,
우주의 끝은 어떤 모습일까?

이 질문은 열역학 제2법칙 (엔트로피 증가) 와 만나면서
‘우주의 열적 죽음(Heat Death)’ 이라는 개념으로 발전한다.

• 모든 별이 언젠가 연료를 소모하고 빛을 잃는다.
• 남아 있는 블랙홀조차 결국 증발하고 사라진다.
• 남는 것은 에너지가 거의 0에 가까운 광자, 중성미자, 암흑에너지뿐이다.
• 광자는 존재하지만, 에너지는 거의 의미 없는 상태로 희석되어 활용할 수 없다.

여기서 역설이 발생한다.
에너지는 총량으로 보존되지만, 의미 있는 ‘형태’는 사라진다.

빛은 이렇게 사라진다고도, 사라지지 않는다고도 말할 수 있다.

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5. 에너지 보존은 완전한 법칙인가? — 상대성 이론과의 갈등

일반상대성이론은 시공간 자체가 팽창하고 있다고 말한다.
그런데 이 팽창 속에서 광자의 에너지가 줄어드는 현상은 아직 명확히 설명되지 못했다.

• 우주 팽창으로 광자의 파장이 늘어난다 → 에너지가 줄어든다
• 그렇다면 줄어든 에너지는 어디로 갔는가?

이 질문은 현대 물리학의 미해결 난제 중 하나다.
열역학과 상대성 이론, 양자역학이 만나는 이 접점은
아직 완벽히 통합되지 못했다.

우리는 에너지가 어떻게 "희석"되는지를 관측하지만,
그 "줄어든 에너지가 어디로 갔는가"에 대한 설명은 갖고 있지 않다.

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6. 빛과 의식 — ‘나는 광자다’라는 고백

이 모든 과학적 탐구 끝에 우리는 더 근본적인 질문과 마주하게 된다.

• 나는 지금 이 질문을 하는 나라는 존재는 무엇인가?
• 나는 이 빛을 인식하는 ‘수용체’일 뿐인가?
• 아니면 나는 우주가 스스로를 이해하려는 한 점의 의식인가?

빛은 형태가 없는 에너지이지만,
우리는 그 빛으로부터 의식, 생명, 정보, 사고를 얻는다.
빛은 단순한 입자가 아니다.
빛은 존재와 변화, 에너지와 정보, 시간과 생명의 매개체다.

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결론 — 빛은 사라지지 않는다, 단지 의미를 잃어갈 뿐이다

빛은 사라지는가?
물리적으로 보면, 광자의 입자는 소멸할 수 있지만,
그 에너지는 우주 안 어딘가에서 형태를 바꾸어 여전히 존재한다.

우주의 종말까지,
그 에너지는 끊임없이 희석되고,
의미 있는 작용은 줄어들며,
엔트로피는 증가한다.

그러나 사라지지 않는 무언가는 여전히 남아있다.
그것이 바로 에너지 보존 법칙이 우리에게 약속하는 마지막 위안이다.
그리고 그 에너지가 바로 지금 이 순간,
이 글을 읽는 당신의 의식과 사유의 바탕이 되어 존재하고 있다.

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"빛은 결국 사라지지 않는다. 다만 그 의미를 잃어갈 뿐이다."

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※ 참고 자료

• S. Hawking, A Brief History of Time
• B. Greene, The Fabric of the Cosmos
• R. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter
• NASA Cosmic Microwave Background Research
• Thermodynamics of the Expanding Universe (2022)