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물리학의 양자장 이론, 표준 모델, 수학의 추상 기하학과 위상수학의 전체적 개념을 알면 제로존 이론의 우수한 역할이 돋보입니다. |
다음 기술하는 내용은 제로존이 다양한 교과서와 관계 서적을 읽어서 나름 정리한 내용입니다.
아마 이 내용들은 제목의 내용과 관련하여 어디서나 찾아보기 힘들 것입니다.
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입자물리 실험들은 하나같이 표준 모형(standard model)에 부합하는 무더기로 양산해 낸 바 있습니다.
표준 모형이 차지하는 위치는 양자장 이론의 특별한 영역에 해당된다는 정도만 알고 있으면 좋겠습니다.
물리학에서 위세당당하게 ‘양자장 이론’으로 거창한 박사학위를 받았다고 하더라도 입자 물리학 분야하고는 또 사정이 다릅니다.
물리학 역사에서 표준 모형을 설명하는 일은 교양과학에서 어깨 너머로 들은 얘기와는 달리 한마디로 쉽게 설명될 수 있는 용어가 아닙니다.
표준 모형에 대해서 알아보는 과정은 머리가 실제로 쥐가 나는 과정이 있다고 할 수 있습니다.
제로존은 표준 모형의 역사와 관련된 소립자 물리학 분야에 대해서 참고 서적으로 한 100권정도 읽은 바 있습니다.
지금까지 세월을 감안하면 한 15년간 소요된 셈입니다.
어떤 분야든지 정신을 차리고 10년만 공부해보십시오. 시쳇말로 낙수가 단단한 바위를 뚫습니다.
필요한 수학적 테크닉은 개밥의 도토리 같이 몰라도 관련된 용어나 이론이 나오면 표준 모형의 발전 역사 가운데 어느 모퉁이에서 불거져 나온 것인가 알 정도는 됩니다.
이 정도의 지식만 있더라도 아마 표준 모형과 관련하여 국내 관련 10명 이내의 학자와 토론을 해도 무식한 소리는 듣지 않을 것으로 생각됩니다.
여하튼 이런 공부를 하면서 제로존 마음속에 담아둔 것은 무식하면 용감하다고 이 분야를 파고들다가는 ‘인생 종 친다’는 생각을 여러 번 가지게 되었습니다.
대신에 이들의 노력을 어떻게 하면 유용하게 활용할 수 있는가에 대한 방안을 일관성 있게 연구해 왔습니다.
입자 물리학의 역사에서 가장 중요한 부분은 표준 모형이 생성되는 과정인데 표준 모형을 한마디로 설명하라고 하면 다음과 같습니다.
‘U(1) 게이지 이론이 적용된 QED와 두 개의 양-밀스 게이지 이론을 포괄하는 이론이다!’
두 개의 양-밀스 게이지 이론이란 SU(2)군을 이용하여 약한 상호작용을 서술하는 이론과 SU(3)군을 이용하여 강한 상호작용을 서술하는 이론입니다.
표준 모형의 주된 목적은 3개의 게이지 이론으로부터 3종류의 힘을 유추하고 이 힘이 작용하는 입자들의 특성을 분류하는 것입니다.
1933년 <엔리코 페르미>가 약한 상호작용에 관한 최초의 이론을 발표한 바 있습니다.
1957년 이 이론은 A-V이론으로 모양을 갖추고 드러납니다.
이 이론에서 A(벡터)와 V(축벡터)는 회전과 거울 반전에 대칭성을 갖는 상호작용의 대칭적 특성을 서술하게 됩니다.
A-V이론은 약력과 관련된 실험결과를 성공적으로 설명한 바 있으나 단점으로 재규격화가 불가능하다는 점이었습니다.
이때 물리학자 <셀던 글래쇼>라는 사람이 나타나서 양-밀스 이론과 동일한 흐름이지만 약력장의 양자에 질량을 부여하는 항을 추가하는 아이디어를 내놓게 됩니다.
여기에도 단점이 있습니다. 게이지 대칭성이 만족되지 않는다는 점입니다.
바로 이 문제를 해결하는 장이 그 유명한 힉스입자와 관련된 ‘힉스장’입니다.
물리학자 <스티븐 와인버그>와 <살람>이 ‘글래쇼 모형’을 수정하여 약력을 매개하는 양자의 질량이 충분히 크고 게이지 대칭에 만족하도록 손을 보았습니다.
이 이론들이 재규격화가 가능하다는 것을 <마틴 벨트만>과 <제라드 토프트>가 알아냈습니다.
이러한 공으로 이 두 사람은 교수와 학생의 관계로 노벨물리학상을 수상한 바 있습니다.
(제로존은 토프트가 편집장으로 있는 전문지에 논문을 제출한 바 있고, 토프트의 직접적인 코멘트를 받아본 적도 있습니다. 추후 내용에 대해서 이야기할 때가 올 것입니다.)
양-밀스 이론에 기초에 둔 <글래쇼-와인버그-살람> 모형, SU(2) × U(1) 도 ‘재규격화가 가능한 양자장 이론임이 밝혀진 것입니다.
<글래쇼-와인버그-살람> 모형의 이론적 발견이 과열되는 전후에 그 유명한 재미 물리학자 <이희소> 박사의 활동이 눈에 띄는 부분을 간과할 수 없습니다.
우선 물리학 역사에서 표준 모형의 공헌은 지대합니다.
일단 그 공을 제쳐두고 지금까지 드러난 문제점을 거꾸로 알아보는 순서로 대강 소개해보겠습니다.
그러면 인식학의 역사에서 제로존 이론의 위치가 어디쯤 있는가를 가늠할 수 있을 것입니다.
표준 모형의 문제점
1) 왜 수학 대칭군의 특정 표현 U(1) × SU(2) × SU(3)를 사용해야만 하는가?
cf) 1873년 수학자 <소푸스리(Sophus Lie)>가 리군(Lie group)을 정의하고 특성을 규명한 바 있습니다.
리군은 연속적으로 연결된 무한히 많은 원소를 갖고 있기 때문에 종종 연속군(Continuous group)이라 불리기도 합니다.
언젠가 다시 언급하겠지만 수학자 중에서 <바일>이라는 이름을 기억해두도록 하십시오.
이 분을 기억하라고 하는 이유는 물리학, 그리고 <제로존 이론>과 관련하여 속 깊은 사정을 가지고 있기 때문입니다.
천재수학자 <바일>이 한때 잘못된 개념으로 잡은 바 있지만 '단위에 불변인 이론'을 발표한 바 있습니다.
알고보니 단위에 불변인 것이 아니고 위상불변이라는 것을 알게되었습니다.
여하튼 20세기 초, <바일>의 마음을 사로잡은 대상이 바로 ‘리군의 표현론’이었습니다.
‘표현론’은 이론물리학 분야에서 중요한 키워드가 되고 있는 전문 수학적 테크닉을 가지고 있다는 것만 알고 있으면 좋을 것 같습니다.
리군과 군 표현의 간단한 사례는 2차원 평면의 회전군을 자주 들고 있습니다.
원점이 고정된 평면이 주어졌을 때 원점을 중심으로 특정 각도만큼 회전시키는 변환을 생각해 볼 때 변환이 가해진 후에도 평면위의 한 점과 원점 사이의 거리는 불변이므로 이는 일종의 대칭변환으로 생각하는 것입니다.
따라서 2차원 회전 변환 불변량은 평면상의 한 점과 원점 사이의 거리라는 것을 알 수 있습니다.
이러한 변환은 무수히 많이 존재하는데 각 변환의 특성은 회전각이라는 단 하나의 변수로 표현되고 있습니다.
복소 평면의 회전군을 하나의 복소 변수에 의한 변환을 나타내는 유니터리군이라고 표현하고 기호로 U(1)이라고 표현합니다.
U(1)군은 리군의 가장 단순한 예로서 평면의 회전은 회전시키는 순서에 무관하다고하여 가환변환(commutative trans formation)이라고 합니다.
며칠 전에 오일러등식과 관련하여 카페에서 ‘푸리에 분석’에 관해서 간략하게 언급한 바 있습니다.
푸리에 분석은 주기성을 갖는 파동을 여러개의 진동수와 배음으로 분해하는 테크닉으로 조화해석(hormonic analysis)라고 하는데 조화해석법과 표현론 사이의 관계를 이해하는데는 밤을 세워 아마 족히 10년은 소요될 것이라고 생각합니다.
하나의 초기 파동이 주어졌을 때 위상을 계속해서 변화시키다보면 원래의 파동으로 회귀하는데 따라서 U(1)대칭변환을 위상변환이라 부르기도 합니다.
3차원 회전군은 2차원과는 달리 비가환군(non-commutative group)이라 부릅니다.
두 개의 축에 대해 어느 쪽을 중심으로 먼저 회전시키느냐에 따라 결과는 판이하게 달라지기 때문입니다.
2차원 평면은 단 하나의 복소수로 표현이 가능한데 반해서 두 개의 복소수로 표현되는 좌표는 4차원 공간을 나타낸다고 해석합니다.
고차복소수의 대칭변환이 어려운 이유는 머릿속으로 그려보는 가시화가 불가능하기 때문입니다.
그래서 복소수로 이어진 ‘행렬’을 공부하면 대수적으로 간단하게 표현이 가능하다고 이야기합니다.
왜 수학에서 골치 아픈 행렬을 공부하느냐에 대한 이유가 조금은 보입니다.
정리하면 N개의 복소 변수에 대한 특수 유니터리변환을 기호 SU(N)으로 표현합니다.
<바일>이 이룬 업적 중 하나가 N의 크기에 관계없이 SU(N)의 표현법을 정립한 것입니다.
3차원 공간 회전군을 3개의 실변수에 대한 특수 직교변환군을 기호로 SO(3)로 표기하는데 3차원 공간에서 일어나는 각 회전은 SU(2)의 서로 다른 2개의 원소에 대응하기 때문에 SU(2)는 SO(3)를 2배로 부풀린 꼴이됩니다.
지금까지 참고로 한 이야기지만 젊은 물리학자들은 수학자 <바일>의 책을 공포의 대상으로 여기고 있습니다.
뿐만 아니라 표준 모형에 큰 업적을 남긴 <양첸닝>은 그걸 다 읽은 물리학자는 열 손가락 꼽힐 정도라면서 물리학자에게 <바일>의 논개전개는 따라가기 힘들었다고 솔직하게 시인한 바 있습니다.
2) SU(3)는 QCD에 해당하는 부분으로서 ‘자유 변수’가 없는 바람직한 특성을 가지고 있다.
cf) 자유 변수(free-variable) : 이론이 아닌 실험으로만 알 수 있는 값을 말합니다.
3) 다른 두군 SU(2)와 U(1)는 왜 변수들이 하필 그러한 특정 값을 가져야 하는가?
이들 중 하나가 바로 미세구조 상수 α이다.
이 글이 끝나면 미세구조 상수에 관해서 지금까지 어떤 과학적 문헌에 나타나지 않는 이야기를 들려드릴 것입니다.
4) 약력에서 ‘나선성’이 존재하는 이유는 무엇인가?
5) 진공상태에서 약전자기게이지대칭(electro-weak gauge symmetry)이 깨지는 이유는 무엇인가?
cf) 게이지 이론 : 양자장 이론에는 여러 종류가 있지만 수학이나 물리학적으로 흥미를 끄는 부분이 바로 게이지 이론입니다.
게이지 이론은 게이지 대칭이라는 특별한 대칭성을 가진 이론으로 수학자 <헤르만 바일>이 커다란 족적을 남긴 분야이기도 합니다.
중력과 전자기력을 통일하려는 더욱 큰 스케일이 큰 이론으로 일반화한 이론으로 <바일>은 아인슈타인의 공변성의 대칭원리를 확장시키면 ‘맥스웰 방정식’을 유도할 수 있음을 발견합니다.
<바일>이 게이지 대칭 원리에 의하면 각 점에 서로 다른 척도(gauge, scale)을 임의로 선택할 수 있습니다.
단 이와 같은 자유도를 누리려면 한 점과 이웃한 점들을 연결하는 수학적 객체가 존재해야 하는데 <바일>은 이 역할을 전기장이 한다고 생각했습니다.
이때 수학에서 ‘연결’이라는 Connection Conception 분야가 있다는 정도만 알고 있습니다.
물리학자 <프리츠 런던>은 게이지 대칭을 ‘위상 변환에 관한 대칭’으로 해석하여 <바일>의 게이지 이론과 양자역학 사이의 관계를 명확하게 설명한 바 있습니다.
이는 파동방정식에 등장하는 파동함수가 위상을 갖는 복소함수였던 것입니다.
위상변환에 대한 게이지 대칭은 양자역학뿐만 아니라 디랙방정식과 전기역학의 양자장 이론인 QED에도 적용됩니다.
장 이론의 게이지 대칭은 공간상의 각 점마다 독립적인 대칭 변환을 수행할 수 있는 대칭을 말하며 물리학자들은 별도로 이를 국소적 대칭(Local Symmetry)라 부르기도 합니다.
6) 표준 모형이 힉스입자의 존재를 예언하면서도 그 질량을 예측하지 못하는 이유는 무엇인가?
cf) 神의 입자라는 ‘힉스입자’라는 개념이 나오기까지 중요한 수학적 과정과 필요한 개념 : 물리학자들은 강력 상호작용에도 ‘대칭군’이 적용된다는 반가운 사실을 깨닫게 됩니다.
1)에서 언급한 SU(2)대칭이란 양성자와 중성자 사이의 아이소 spin 대칭을 갖는다는 개념입니다.
cf) 아이소 스핀에 관한 개념은 <하이젠베르크>가 양성자와 중성자가 전혀 다를 바 없습니다. 단, 이들이 가지는 스핀 차이뿐이라는 개념에서 출발한 것으로 보입니다.
수학적으로 이러한 대칭변환을 가하면 양성자 및 중성자에 해당하는 두 개의 복소수가 섞이게 되는데 이 결과가 공간의 회전과 전혀 무관하기 때문에 내부 대칭이라 부르기도 합니다.
cf) 대칭에는 크게 외부대칭과 내부대칭으로 분류합니다.
1954년 양과 밀스는 강력을 서술하는데 유용하도록 기존의 QED를 일반화한 새로운 유형의 양자장 이론을 발표한 바 있습니다.
일반화된 게이지 대칭은 오늘 날 ≪양-밀스 게이지 대칭≫이라 명명되었습니다.
7) 6)이 정말로 힉스장 때문이라면 대칭붕괴 규모와 힉스 상호작용의 크기를 서술하는 새로운 변수가 적어도 두 개 이상 필요하다고 전해진다.
하나는 관측 가능한 양으로 결정되지만, 나머지 하나는 실험으로 결정할 성질이 아니다.
8) 변수값을 이론적으로 결정하지 못하는 이유는 무엇인가?
이것은 진공의 약전자기게이지대칭 붕괴를 이해하지 못하는 이유와 어떻게든 연결되는 것으로 보는 것 같습니다.
9) 표준 모형에서 쿼크-렙톤과 힉스장 사이의 상호작용을 좌우하는 13개의 변수들을 이론적으로 결정할 방법은 어디에도 없다.
10) 표준 모형에 등장하는 17개 변수가 지금과 같은 값을 가지는 이유는 도저히 알 길이 없다.
11) 뉴트리노가 질량을 갖도록 표준 모형을 확장하는 일은 그다지 어려운 작업이 아니다.
이 작업을 수행하려면 7개의 변수가 추가로 도입된다고 알려져있다.
이런 식으로는 쿼크 질량의 수수께끼처럼 뉴트리노 질량의 원천 또한 미지로 남을 가능성이 당분간 상당히 높다.
제로존 이론에서는 뉴트리노 3종 질량과 중력자의 양자인 3개 보손과 6개 쿼크의 질량을 구할 수 있는 관계식을 준비해두고 있습니다.(순서에 따라 때를 기다리는 것이지요.)
12) 중력이 완전히 무시되고 있고 이때 사용되는 비례상수 G에 대한 출처도 설명해야 한다.
이 질문은 참으로 흥미로운 분야입니다.
Keep Going에서 자주 거론된 질문입니다.
제로존 이론에서 비례상수 G의 의미와 출처에 대해서 나름 해석을 이미 구축해놓은 바 있습니다.
13) 중력장의 양자인 중력자는 모든 만물과 매우 약한 상호작용을 교환하여 현재의 실험장비로만은 찾아내기가 쉽지 않다.
14) 양자장 이론의 표준방법이라 여겨지는 ‘건드림 전개’를 일반 상대성이론에 적용하면 이론의 재규격화가 불가능 한 것으로 판명되었다.
이것은 바로 양자중력이론이 떠안은 문제가 되고 있다.
설상가상으로 양자중력이론에서 예측된 값으로 확인할 방법이 없다.
cf) 건드림 전개 : perturbation expansion, 수학에서 말하는 멱 급수(Power series expansion)와 비슷합니다.
풀기 어려운 문제의 근사적인 해답을 찾기 위해서 <먼저 하나의 답을 가정해놓고> 단계적으로 답을 수정해 나가는 방법입니다.
제로존 이론에서는 이미 이런 건드림 전개와 같은 초정밀 근사를 얻는 방법을 행하고 있습니다.
15) 우스개 이야기 : 표준 모형은 이 문제를 아주 간단히 해결했다고 전해진다.
어떻게 해서?
(이론 범주에서 중력을 아예 제외시켜버린 것입니다!)
앞에서 이야기한 바와 같이 명색이 표준 모델은 수학자 <헤르만 바일>이 연구한 군표현론(Group representation theory)과 밀접한 관련이 있다고 할 수 있습니다.
쉽게 이야기하면 군표현론은 대칭개념을 수학적으로 표현한 이론이라 할 수 있겠습니다.
1970년대에 이르러 이론 물리학의 정규과목으로 자리 잡게되어 입자물리학의 발달사는 자연이 가지는 새로운 대칭군(symmetry group)의 발견과 대칭군의 표현론과 밀접하게 관련되어 있다는 이야기입니다.
입자물리학은 어떻게 된 셈인지 1973년 이후, 지금까지 답보상태에 빠져있습니다.
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이쯤해서 아인슈타인의 자서전에서 나온 이야기를 소개할까합니다.
“나는 자연의 간결함, 즉 단순명료함에 대한 믿음 외에는 어떤 토대도 요하지 않는 이론을 정립하기를 원한다."
"자연은 엄밀한 법칙의 추론이 필연적으로 가능하도록 구성되었으며 법칙에는 완전히 정의된 상수들만이 존재한다.(상수값을 변화시켜도 이론자체는 아무런 문제가 없다.)"
이 글을 마치면서 이글을 읽고 있는 여러분들에게 정신이 번쩍드는 이야기하나를 들려드리겠습니다.
자연에는 진리나 진실을 살펴보는데 있어서 절대적인 기준이 있을까요?
이런 질문을 많이 들어왔을 것으로 생각합니다.
그런데 이런 질문과 비스무리한 질문에 대해서 제로존 이론의 논문에서 보여준 내용을 근거로 다음과 같이 답변합니다.
절대적인 기준이 없다라는 말을 거꾸로 뒤집어보면 그 어느것도 기준이 될 수 있다는 뜻입니다.
그 어느 것도 기준이 될 수 있다??????????
이 말에 대해서 심증적으로 이야기할 것이 아니라 물증적으로 설명한 것이 바로 제로존 이론입니다!
제로존 이론의 공준과 관련하여 가장 말썽이 많은 's=1' 이라는 것에 집중할 것이 아니라 제로존 이론의 공준을 까집어보면 기본시간 s, 플랑크 상수 h, 광속 c등만 중요하다고 이야기할 것이아니라 모든 물리상수나 단위들이 중요하다고 할 수 있습니다.
이 말은 온도라는 단위를 기준으 하여 우리가 살고 있는 측정의 세계에 대해서 옳고 그름을 따질 수 있다는 뜻이기도 합니다.
아니, 온도라뇨?
아보가드로 상수 mol 를 기준으로 해도, 빛의 광도를 설명하는 칸델라 cd ... 무엇을 가지고 기준해도 진실과 진실을 따지는데 부족함이 없다는 뜻입니다.
DSJ에 게재된 제로존 이론의 논문의 마지막 결론 부분을 보면 ‘단위의 민주화’에 대한 개념을 간략하게 설명한 곳이 있습니다.
언젠가 Keep Going(포스트 글)에서 제로존이 "니 마음대로 해도 좋다!"라는 말을 기억하고 계실런지 모르겠습니다.
아마 이 말을 기억하고 있는 분들은 제로존이 무슨 관념적인 언어 유희를 하고 있다고 생각했는지 모르겠습니다.
아닙니다. 그것은 'fact'입니다!
아들, 딸을 많이 둔 어머님이 뭐라고 하는 줄 압니까?
어느 아들, 딸 귀하지 않은 자식이 없다고 합니다.
그래서 10손가락 깨물어 아프지 않은 손가락이 없다고 합니다.
표준 모형을 만든 군표현론만이 모든 것의 진실을 규명할 수 있을까요?
그렇지 않다고 이야기할 것입니다.
그럼 어떻게 이야기해야 되겠지요?
석가 세존은 태어나자마자 천상천하 유아독존을 외쳤다지요?
예수는 인류에게 사랑을 최고로 하는 교훈을 남겼다고 하지요?
이러한 인류의 위대한 사상적 철학을 내포한 이론이 바로 제로존 이론입니다.
여러분, 이 세상에 나온 자연과학과 관련된 원리와 법칙과 이론들은 너무나 많습니다.
어느 원리, 법칙과 이론이 10손가락 깨물어도 아프지 않은 손가락이 없다고 이야기하고 있습니까?
말은 그럴듯하고 말하기는 쉽지만 이 내용을 전 세계 모든 과학자들이 알아들을 수 있도록 직접적으로 물증으로 드러내는 것은 참말로 쉽지 않습니다.
모든 것이 절대적으로 존귀하다고 했습니다.
모든 것이 우주의 기본이 될 수 있다고 했습니다.
그래서 최종이론이 무엇이건 간에 여하튼, 이러한 내용을 함축하고 있어야한다고 생각합니다.
제로존 이론은 모든 것이 빛 아닌 것이 없고, 모든 것이 그 존재 자체에 빛의 특성과 원리, 곧 ‘하나’를 내재하고 있지 않은 것이 없다고 했습니다.
이 말은 다시말하면 ≪자연에는 진리나 진실을 살펴보는데 있어서 절대적인 기준이 있을까요?≫라는 질문에 대해서 여러분이 다시 한 번 가슴을 펴고 큰 소리로 외쳐보시기 바랍니다!
[출처] 물리학의 양자장 이론, 표준 모델, 수학의 추상 기하학과 위상수학의 전체적 개념을 알면 제로존 이론의 우수한 역할이 돋보입니다.(Ⅱ) (제로존 이론 공식 카페) |작성자 제로존
당신의 1초는 어떤 의미를 가지고 있습니까?
제로존 :
1초에 대한 시간 간격을 정하는 것은 참으로 어렵습니다.
나의 1초와 당신의 1초를 비교하는 것이 쉽지 않기 때문입니다.
나의 1초를 정해놓고 당신의 1초를 비교해보려는 순간, 나의 의식이나 당신의 의식이 영향을 미칩니다.
이는 마치 욕조의 목욕물 온도를 측정하기 위해서 온도계를 넣는 순간 욕조의 목욕물의 온도는 이미 그 온도가 아닌 것이나 마찬가지입니다.
그러므로 나와 당신의 1초를 비교하기 위해서는 1초라는 간격의 개념이 어떤 식으로든 다른 요인으로부터 영향을 받지 않는 방식으로 정의되어야 할 것입니다.
제로존 이론은 자연과학의 모든 대상을 숫자로 표현해내고 그 숫자가 1초라는 시간에 의해서 어떤 식으로든 영향을 받지 않도록 정의하기에 이르렀습니다!
제로존 이론의 1초에 대한 개념을 찬찬히 잘 생각해보면 얼마나 놀라운 사건인지 스스로 이해할 시간이 있을 것으로 보입니다.
그러고 난 뒤, 나의 1초와 당신의 1초가 너무나 자유스럽다는 것을 알게 될 것입니다.
그런데 나의 1초와 당신의 1초는 결코 분리되어 있지 않다는 놀라운 사실도 알게 될 것입니다.
이것이 제로존 이론의 1초에 대한 자유와 평등의 개념입니다!
[출처] 당신의 1초는 어떤 의미를 가지고 있습니까? (제로존 이론 공식 카페) |작성자 제로존 자연과학의 대법전 physical constants 제로존 이론은 인류 역사상 전무후무한 기초과학개념의 패러다임을 변모 시킬 것을 확신합니다. 물리학의 역사는 물리상수(physical constants)를 구축한 역사입니다. 물리상수 하나하나를 발견할 때마다 노벨 물리학상이 수상되었습니다. 그러나 애석하게도 이러한 물리상수들이 서로 어떤 관계를 가지고 있는가를 발견한 학자는 지상에서 아무도 없습니다. 지금까지 어떤 실오라기 같은 작은 단서도 얻지 못하고 있습니다. 한반도에서 태어난 제로존 이론은 이들 서로 다르게 보이는 물리상수들이 너무나 놀랍게도 빛 알갱이 하나, 곧 숫자 '1'로부터 태어났다는 것을 설명합니다. 겉으로 볼 때 서로 다른 패턴을 가진 물리상수들이 '하나'로부터 태어났다는 것은 우리가 관측하는 모든 것, 그리고 관측자 그 자신까지도 무엇을 의미하는 가가 분명한 듯합니다. 선언(宣言)의 물리적 의미는 필수라기보다 효율적인 측면이 있습니다. 모든 이론에서 출발하는 스타트 라인의 공준(공리), 말하자면 가정이 그렇습니다. 공준(공리)는 사유를 위한 출발점이기도 합니다. 제로존 이론에서 진동수 개념은 대단히 중요합니다. 진동수(circle/s, 초당 회전수) 개념 안에 무한의 개념이 들어 있기 때문입니다. 말하자면 일주선(1회전)의 원주에 존재하는 점은 무한하지만 그 거리는 유한하다는 점입니다. 점 집합의 위상 수학자 <하우스 도르프>는 집합의 각 원소의 성질이 중요한 것이 아니라 관계만이 중요하다고 역설한 바 있습니다. 그러므로 사물의 성질에 질(quality)도 결국 여러 가지 양(quantity)들의 조합으로 볼 수 있다는 미 심리학자 <손 다이크>의 말이 의미심장하게 들립니다. ‘그 무엇이 있다’고 할 때 그 ‘무엇’은 존재를 의미합니다. 그리고 문장의 마지막 서술어 ‘있다’ 또한 존재를 의미합니다. 그래서 존재의 두가지 의미가 있습니다. 둘째는 존재하고 있는 상태를 지칭하는 동명사로서의 명사입니다. 광자는 순전히 운동으로만 이루어진 ‘존재’라고 할 때의 물리적 의미는 무엇일까요? 질량이 전혀 없다는 것입니다. 광자의 모든 에너지는 운동에너지이기 때문입니다. 그러면 질량은 있는데 무게는 없을 수 있는가? 궤도 운행 하는 비행사는 질량은 있지만 무게는 없습니다. 이 경우를 우리는 무중력(weightless)이라고 표현합니다. 무게가 있다면(존재한다면) 반드시 질량이 있습니다. 그러나 질량이 있다고 해서(존재한다고 해서) 반드시 무게가 존재한다고 할 수 없습니다. 질량이 있다고 해서 반드시 무게가 없다고 고려한 것이 바로 순수한 에너지이고 이것이 바로 빛의 본질이라고 우리는 해석할 수 있을 것입니다. 우리가 태어나기 전, 말하자면 물질이 있기 전에 그러한 순수한 에너지만 있었던 시기가 있었다고 물리학은 이야기하고 있습니다. 중력(F)은 질량(m) × 가속도(a) = ma 여기서 우리는 ‘빛’의 ‘가속도 = 0’이라는 사실에 주목하시기 바랍니다. 그러나 우리는 다음 표현에 또 유의해야합니다. ‘빛의 속도에 변화가 없다는 것이 아니라 변화율이 없다는 것입니다.’ 우리가 살고 있는 자연과 우주의 세계에서는 ‘변화’가 아니라 한 발자국 더 나아가서 ‘변화율’이 존재하는 세계입니다. 제로존 이론식으로 설명할 때 순수한 존재가 아니라 표현된 존재를 이야기하는 곳입니다. 제로존 이론에서는 순수한 ‘존재’를 존재, 표현된 존재를 ‘표현’이라는 고유한 개념을 설명한 바 있습니다. 인문과학은 존재를 중시해서 표현으로 나아가지만 자연과학은 표현을 중시해서 존재로 나아갑니다. 그러므로 생각하는 사유자는 세트-플레이를 하고 있다고 하겠습니다. ‘존재’는 ‘표현’으로 갈 수 있지만, 가지 않을 수도 있습니다. 그래서 존재는 표현이 되기 위한 필요조건이 성립합니다. 그러나 ‘표현’은 존재이기 위한 충분조건이 될 수 있습니다. 쉬운 예로 동물은 사람이 되기 위한 필요조건을 만족시켜야합니다. 동물이라고 해서 다 사람이 되기가 쉽지 않다는 것입니다. 그러나 사람이라면 누구나 동물이기 때문에 사람은 동물이 되기 위한 충분조건이라고 이야기합니다. 에너지가 질량이 되기 위해서는 필요조건이 존재한다는 것입니다. 바로 그 필요조건이 시간과 공간이라는 개념입니다. 그런데 아무리 필요조건, 충분조건 어쩌고저쩌고 하더라도 시간과 공간이 에너지와 질량과 분리해서 설명할 수 있을까요? 가령 힘과 질량, 가속도는 서로 다른 개념이라고 이야기하고 있습니다. 구체적으로 무엇을 이야기하고 있는지 아래 수식을 좀 살펴볼까요? 수식 (1)은 뉴턴의 제 1법칙에 나오는 관성의 법칙입니다. 수식 (2)는 뉴턴의 만유인력의 법칙을 표현한 것입니다. F = ma ------ (1) F = GMm/r^2-----(2) 에서 같은 힘이므로 좌우변 질량 m을 제거 시키면 ar^2 = GM r = (GM/a)^1/2 마지막 수식을 보면 겉으로 힘이란 개념이 없이 거리와 질량, 가속도 간의 관계를 이야기하는 듯합니다. 그러면 이러한 물리량은 힘과 무관하게 성립하고 있는 것일까요? 우린 여기서 대단히 중요한 수수께끼를 하나를 풀 수 있는 완벽한 단서를 가지게 됩니다. <스티븐 호킹>이 이런 이야기를 했다지요? 시간의 화살(arrow of time)은 무엇인가? 우리가 살고 있는 세계에 시간의 화살이 존재하는 이유가 무엇인가? 아니면 시간의 화살이라는게 실제로 존재하는 가? 사람들은 이런 질문의 의도를 알든 모르든 시간의 화살을 존재한다고 생각하고 있습니다. 예컨대, 쏟아지는 물을 다시 원상태로 회복시킬 수 없다는 것을 잘 알고 있기 때문입니다. 그리고 다시 젊어질 수 없다는 것을 잘 알고 있기 때문입니다. 지금까지 제로존이 이야기한 의도를 잘 파악하면 나름대로 설명할 방법이 눈에 잘 보일 것입니다. ‘시간의 화살’만 쏙 빼서 무얼 어떻게 하겠다는 겁니까? 시간의 화살 좋아하네~ 통상적으로, 아니 자연과학을 전공을 하는 학자들까지 포함해서 사람들이 하는 질문이란 몽땅 이렇습니다. 그래서 우리는 가정이 필요한 것입니다. 왜 필요하다고요?(....?) 우리가 살고 있는 측정의 세계는 단순한 정지의 세계가 아니라 ‘변화의 세계’라고 자주 이야기 듣고 있습니다. 그러나 여기서 우리는 또 주의해야합니다. 변화는 하나의 대상만 있으면 됩니다. 그러나 변화율은 변화의 비율이므로 이를 정의하는 데는 적어도 두 개 이상의 대상이 필요합니다. 그리고 셋 이상의 대상들 비교에는 두 대상 사이의 비교를 되풀이 하는 방식입니다. 우리들이 잘 알고 있는 수학적 미분의 본질은 변화가 아니라 변화율이라는 점에 주목하십시오. 수학에서 변화율의 정의는 다음과 같습니다. 변화율 ≡ 종속 변수의 변화 / 독립 변수의 변화 그 말씀은 바로 카오스에서 코스모스로 이행하는 말씀, 곧 다른 말로 '비율(ration)'이 있었다고 합니다. 이 비율이 바로 변화율이고, 이 변화율이라는 개념을 찬찬히 바로 우리가 가장 원초적으로 질문하는 질문에 답변을 제공하고 있습니다. 가속도 0과 가속도 1 사이에서, 존재에서, 표현의 사이에서 모든 것이 이루어지고 있습니다. 가속도가 1이 되면 F = ma = m 이 됩니다. 제로존 이론에서 빛 알갱이 하나의 질량이 1이니까 F = ma = m = 1이 됩니다. 말하자면 모든 힘도 빛에서 비롯되었다고 설명하는 것입니다. 그 다음 1과 0의 관계는 또 어떻게 설명할까요? 이 순간에 우리는 바로 눈에 보이지 않는 ‘마음’을 생각합니다. 마음이 0과 1사이를 이어주고 있는 중간자입니다. 이 내용을 수식으로도 설명할 수 있을 것입니다(다음 시간이 되는대로 소개...). 우리는 존재(에너지)를 말하는 순간, 이미 표현(질량)에 도달해 있습니다. 존재와 표현을 동시에 설명할 방법이 없을까요? 이렇게 하면 무슨 이득이 있는데요? 물질(질량)이 있는 곳에는 모조리 중력이 작용합니다. 중력, 그 중력 이전에는 무엇이 있었을까요? 특별히 지구에 있어서 중력 가속도는 g = 9.80660m/s^2입니다. 그런데 이 수식을 보면 순수한 에너지, 광속으로 달리는 ‘빛’님이 살짝 붙어 있네요. g = 1 × 9.80660m/s^2 = 9.80660m/s^2 그런데 우리는 빛은 보이지 않고 중력 가속도만 있다고 생각합니다. 제로존 이론의 가정, 공준이 이러한 사색의 여정에서 비롯되었습니다. 위에 올린 자연과학의 대법전으로 물리상수는 표현에서 존재로 이행하는 과정에서 제로존 이론의 공준이 태어났습니다. 여기에서 표현은 엄정하고 엄밀한 자연과학적 형식으로 얻어낸 실험데이터이고 존재는 바로 제로존 이론의 공준으로서 선언이 될 것입니다. [출처] 자연과학의 대법전 physical constants (제로존 이론 공식 카페) |작성자 제로존
제로존;
첫째는 개체를 지칭하는 명사입니다.
하지만 지구 표면에서는 질량이 있는 모든 것은 무게도 지닙니다.
이런 개념이 존재하는 곳이 바로 빛을 정의하는데 개입하는 ‘(순수한) 진공’입니다.
생각하는 사유자는 ‘존재’가 아니라 존재에서 ‘표현’으로 가는 진행형(~ing)에 있다고 할 수 있습니다.
왜 제로존이 이런 이야기를 하느냐면 에너지와 질량의 관계를 설명하기 위한 것입니다.
그런데 <스티븐 호킹>은 이런 사실을 잘 알면서도 왜 이런 질문을 했을까요?
창세기에 전하기를 하나님이 이 세상을 창조할 때 빛이 있으라 하시매 빛이 있었다고 하는데 빛을 창조하기 이전에 하나님의 말씀이 있었습니다.
바로 자연과학의 현실에서 측정의 불확도를 최대한 낮출 수 있는 방법이 발견될 수 있는 것입니다!
제로존 ;
국제 도량형 협회에서 제기하고 있는 kg 원기를 대체할 수 있는 이론적인 방식을 내 놓고 이런 이야기, 저런 이야기를 하고 있는데 이점의 부작용에 대해서 이피리님이 나름 상세하게 게시글의 댓글에서 설명해준 바 있습니다.
주된 방법으로 플랑크 상수, h를 이용하여 이론적으로 kg에 대한 정의를 도입하게 되면 지금 정의되어 있는 물리상수에 변화가 생긴다는 문제가 발생합니다.
또 다른 방법으로 아보가드로수를 기준으로 하여 kg에 대한 정의를 도입하게 되면 아보가드로수에 대한 불확도 문제가 야기되어 원래 목적하고 있는 의도에서 부작용이 적지 않다는 이야기도 흘러나옵니다.
플랑크 상수를 이용하거나 아보가드로수를 이용하더라도 그 불확도가 적지는 않습니다.
불확도 10^-8 정도입니다.
그래서 제로존은 예전에 제일 처음 연구에 착수한 것이 플랑크상수의 이론적 크기를 개선하는데 총력을 기울인 바 있습니다.
제로존이 오랜 시간을 두고 현대 과학의 이론과 기술 측면에서 심층적으로 문제를 분석해보았습니다.
지금 거론되고 있는 플랑크 상수라는 의미는 6.626....*10^-30 J 의 에너지를 1초 동안 제공하는 것을 말합니다.
여기서 에너지 단위 J은 전하와 전위의 곱으로 이루어져 있습니다.
J = CV
그래서 제로존은 전하 C와 전위 V에 대한 독립적인 고유한 수치를 찾아내는데 온갖 실험데이터를 찾아왔습니다.
그러나 정확한 C와 V의 고유한 수치를 알아낼 수 있는 관련 관계식은 존재하지 않습니다.
단지 이론과 실험 데이터를 이용하여 불확도를 개선시킬 수 있는 방식을 찾아내는데 그쳐야 했습니다.
그 방법은 두 마리 토끼를 한번에 잡는 방식으로 탄소원자를 기준으로 한 방법으로서 질량 개념을 유도하는데 필요한 플랑크 상수와 아보가드로상수가 함께 있는 원자핵 단위(atomic mass times, u)를 이용하는 방법입니다.
기존의 각각의 플랑크 상수 h(10^-8), 아보가드로 상수
atomic mass constant는 다음과 같은 수식으로 정의되고 있습니다.
문제는 현대 자연 과학이 직면한 한계점으로서 플랑크 상수, 아보가드로 상수의 관계를 파악하는 것이 근원적으로 불가능하다는 점입니다.
국제 도량형 협회는 21세기 이후 초정밀 과학시대에 있어서 불편하고 말썽 많은 구닥다리 kg 원기를 새로운 kg의 정의를 도입하려는 국제적 시도에서 플랑크 상수를 이용할까 아니면 아보가드로 상수를 이용할까 하는 선택에서 이러나저러나 새로운 문제점이 발생하고 있는 딜레마에 처하고 있습니다.
각각은 그 불확도가 10^-8인데 이들 상수가 정의에서 본 바와 같이 서로 상호 결합된 상수는 10^-8로 적어도 100배가 개선되어 있음에도 불구하고 각각의 상수를 실험의 한계에서 알아낼 수 없는 어려움에 직면하고 있는 것입니다.
이피리님이 지적한 바와 같이 한쪽을 선택하려면 이미 정의된 상수가 변화되어 파급적으로 문제가 발생하고 또 한쪽을 선택하려면 불확도면에서 문제점이 야기되고 있는 형편입니다.
설령, 기적적으로 플랑크 상수와 아보가드로 상수 간의 관계를 초정밀하게 계산해낼 수 있는 방법을 발견한다 하더라도 또 다른 상수와의 관계를 규명하는 것은 또 다른 문제입니다.
이런 현대과학의 근본적 문제점과 해결방법에 대해서 한반도에서 나온 제로존 이론이 앞으로 21세기를 선도하는 마스터키로서의 역할을 잘 해낼 것 같습니다.
아울부루님이 게시글에서 제로존 이론의 사회학적 가치를 잘 소개해주고 있습니다.
kg의 재 정의와 관련하여 지금 국제 도량형 협회가 딜레마에 빠져 있는 문제점을 해결할 수 있는 방법을 논문으로 제출할 다각적인 방법을 깊이 고려하고 있습니다.
다음은 제로존 이론의 출발 공준과 함께 인드라망처럼 연결된 관계 패러다임을 이용하여 이미 분석하여 계산해낸 주요 소립자들의 제원에 관한 내용을 소개합니다.
당연히 이러한 단위계에서도 불확도 내에서 잘 정합할 수 있음은 두말할 필요도 없습니다.
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