[스크랩] 누가 이 세상에 뮤온(muon)을 주문했는가?

 

Beautful & elegance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"누가 이 세상에서 뮤온(muon)을 주문했는가?"

 

 

 

 

 

 

 

 

 이시도어 라비 [Isidor Isaac Rabi]
  1898.7.29 ~ 1988.1.11

 

 

 

 

 

 

 

미국의 물리학자. 초기에는 결정의 자기적 성질에서 한 원자핵의 자기적 성질을 연구했으며 슈테른의 분자빔 방법을 개량해 정밀한 실험법을 개발했다. 공명의 원리를 응용한 핵자기공명흡수법에 의해 정확한 핵의 자기모멘트를 측정했다.

 

오스트리아 출생. 태어난 이듬해 가족과 함께 미국으로 이주하여, 코넬대학교에서 화학을 공부하고 1919년 졸업했다. 1921년 코넬대학교로 돌아와 물리학을 전공하고 컬럼비아대학에서 연구를 계속했다. 1927년 〈결정(結晶)의 자기적(磁氣的) 성질 연구〉로 학위를 받은 뒤, 유럽으로 유학, A.조머펠트, N.보어, W.파울리, O.슈테른 등과 접촉하였다.

 

1929년 컬럼비아대학교 물리학 강사, 1937년 같은 대학 교수를 역임하고, 1940년부터 매사추세츠공과대학 방사능실험소 부소장, 1945년 이후 컬럼비아대학교 교수로 복귀하였다. 초기에는 결정의 자기적 성질에서 한 원자핵의 자기적 성질을 연구하였으며, 슈테른의 분자빔[分子線]의 방법을 개량하여 정밀한 실험법을 개발하였다.

 

공명(共鳴)의 원리를 교묘하게 응용한 핵자기공명흡수법(核磁氣共鳴吸收法)에 의한 정확한 핵의 자기모멘트 측정으로 1944년 노벨물리학상을 받았다.

 

 

 

 

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우리가 살고 있는 광활한 우주와 대자연은  참으로 아름답고 우아하다고 합니다.

 

수학과 물리학의 진실은 최종적으로 아름답고 우아해야 한다고 합니다.

 

그러나 물리학은 말하기를 아름다움과 우아함이 물리학 전부가 될 수 없다고 이야기 하기도 합니다.

 

 

다음 방정식의 수식을 보십시요.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

방정식의 수치해 98765432123456789 를 만족시키는 자유변수(free-parameter) A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, O, P, Q, R 의 값을 찾아내 보십시요.

 

 

 

이 자유변수의 값은 바로 첨단 가속기에서 쏟아 낸 실험적 데이터 값과 일치할 것 입니다.

 

매우 흥미로운 것은 이 수치 값과 정확히 일치하는 수식을 작년 후반기부터 탐색하기 시작하여 약 10개월 만에 또 하나를 찾아내기에 이르렀습니다.

 

수치값이 일치하기 때문에 두 수식을 비교해서 서로 이항해 본 결과 놀랍게도 10개월 이상 시간을 가지고 계산했던 수백여 이상의 수식항들이 순식간에 모조리 상쇄되어 버리고 한명의 외로운 주인공으로 나타났던 것 입니다.!

 

 

 

제로존이 너무나 놀라서 한동안 입을 다물지 못했습니다.!

 

이 놀라움을 이 세상 어떤 학자가 이해할 수 있을까요?

 

 

 

A3 하얀 백지의 여백에 나타났던 그 외로운 주인공은 다름 아닌 이미 고인이 된 물리학자 <라비>가 궁금해 왔던 뮤온(muon)의 존재였습니다! 

 

아름답고 우아하다는 표현은 바로 복잡다양한 자연의 모습을 본 뜬 이론적 수식의 항들의 위치에 제대로 된 값들로 채워졌을 때만 비로소 구현된다는 것 을 깨닫게 된 것 입니다.!

 

 

 

우리의 삶에 있어서도 분수에 맞게 제자리를 성실히 지킨다면 사회와 국가는 그야말로 아름답고 우아한 질서체계가 이루어질 것으로 믿어 봅니다.

 

[출처] 누가 이 세상에 뮤온(muon)을 주문했는가? (제로존 이론 공식 카페) |작성자 제로존 

제로존;

1930년대 후반에는 뮤온이라는 소립자가 우주선(Cosmic ray, 외부에서 지구로 쏟아져 내리는 입자들)을 연구하던 한 물리학자에 의해서 발견된 바 있습니다.

뮤온은 전자보다 약 206배 무거운 소립자인데 무겁다는 것만 빼고는 모든 성질이 전자와 동일한 경입자 입니다.

자연계에는 왜 이런 입자들이 존재하는 것일까? 하고 이론 물리학자와 실험 물리학자들이 수군대기 시작했습니다.

게시글에 올린 주인공 물리학자 <이시도어 아이작 라비>는 다음과 같이 질문하여 유명해진 분 입니다.

"이 자연계에 뮤온을 왜 주문했는가?"

대체 자연계에 왜 이런 질서가 필요한 것일까? 하면서도 그 이유는 알 수 없지만 뮤온은 분명히 존재하고 있었습니다.

그리고 자연계에 존재하는 소립자는 비단 뮤온 뿐만이 아닙니다.

 

오늘날 소립자 물리학자들은 자연에서 발견된 소립자와 관련된 19개 이상의 숫자들이 왜 하필 그런 값을 가지는가에 대해서 끈질기게 질문합니다.

이 숫자들은 외관상 아무런 규칙성이 없는 듯이 보입니다.

오늘날 자연과학에서 가장 정확한 이론으로 숭배 받고 있는 표준 모델은 실험적으로 관측된 소립자와 관련 데이터들을 무작정 받아들인 이론이기 때문에 이런 질문에 만족할 만한 답을 제공해 줄 수 없습니다.

표준 모델은 말하자면 소립자에 관한 입력 데이터가 없으면 아무것도 예측할 수 없습니다.

일단 실험 물리학자들이 이런 방대한 데이터들을 수집해 놓으면 비로소 이론 물리학자들이 그 값을 분석해서 가속기를 통해 서로 충돌했을 때 일어나는 상황을 예측하는 것 입니다.

 

이론 물리학자들이 아름답고 우아한 수식이란 일반인들이 생각하는 아름답고 우아한 느낌과는 판이하게 다릅니다.

물리학자들은 자연 현상을 기술하는 수학적 방정식이 아름답고 우아하다고 너스레를 떠는 것이지 그 방정식의 해(solution)를 두고 결코 아름답고 우아하다고 생각하지 않는다는 점에 주목하시기 바랍니다.

제로존은 게시글에서 올린 것처럼 그 방정식의 해조차도 아름답고 우아하다고 한 것 입니다.

<아인슈타인>은 일반 상대성 이론을 두고 얼마나 고생을 했는지 특수 상대성 이론은 아이들 장난친 것 밖에 되지 않는다고 가슴을 쓸어 내리며 이야기 한 적이 있습니다.

 

<아인슈타인>은 잘 알려진 바와 같이 <뉴턴>의 독립적인 시간과 공간을 시공간으로 하나로 합쳐서 시공간의 기하학을 수립한 바 있습니다.

뿐만 아니라 시공간의 개념이 우리가 살고 있는 자연계에 있어서 무대 배경이 아니라 의젓한 주연 배우로 자리매김한 것 입니다.

양자역학도 이러한 시공간의 기하학을 받아들여서 <디랙 방정식>이 양자역학의 주된 이론으로 활약하고 있는 것 입니다.

그런데 아주 작은 공간이나 짧은 시간내에서 발생하는 미시 물리학의 법칙이 일반 상대성 이론의 옳은 답을 제공해 주지 못하고 있다는 점에 오늘날 현대 물리학자들은 끈 이론 및 온갖 이론으로 그 갭을 메꾸고자 혼신의 힘을 다하고 있는 것 입니다.

 

그런데 엘리건트 유니버스의 저자 <브라이언 그린>은 그의 저서에서 다음과 같이 기술하고 있습니다.

"지금의 물리 이론 방식에 무언가 커다란 오류가 있는 것이 아닐까?"

제로존은 당연히 그렇게 생각합니다.

미시세계와 거시세계를 이어주는 법칙은 <아인슈타인>의 시공간 개념이 필요하지만 충분하지 못한 이론이라고 생각하고 있는 것 입니다.

구체적으로 <아인슈타인>은 시공간 개념을 종래의 우주관에서 확장시켜 자연세계를 기술하는 주역의 입지로 올렸지만 시공간 개념 뿐만 아니고 모든 물리적 언어들이 자연세계를 기술하는 주역의 위치로 자리매김해야 한다는 것 입니다.!!!

질량과 에너지가 등가이고 시간과 공간만이 등가라는 개념에서 더욱 더 확장해야 한다는 것 입니다.

위치와 운동량은 조연이란 말 입니까?

그래서 마지막 물리학 통합(TOE)의 과정에서 큰 장벽을 느끼게 되는 것 입니다.

 

이세상 모든 것, 모든 존재가 등가라고 !

그래서 자연을 기술하는 모든 물리적 언어들이 자연세계의 주역이면서 무대가 된다는 점 입니다.

대한민국 남도 도시 광주에는 광주 시민이 자랑스러워 하는 무등산이 있습니다.

무등산의 표상이 무엇인가요?

무등(無等) !

무등산은 바로 제로존의 山과 다를 바 없다는 뜻 입니다!

모든 산은 사람이 보기에 높고 낮은 산이 있다고 하지만 사실은 계급이 있을리가 만무 합니다.

바로 차원이 없다는 것이지요.(dimensionless)!

 

수학의 세계에서는 자신 이외의 수로 약분될 수 없는 수수께기 같은 소수(prime number)가 있습니다.

소수의 갯수는 무한하다고 증명된 바 있습니다.

소수는 모든 수를 건설하는 빌딩 블록이라고 할 수 있습니다.

이 소수야 말로 존재의 신분을 증명하는 주민등록 번호와 같은 자기 정체성의 표상이라고 할 수 있습니다.

제로존 이론에서 오더(order, 지수) 수준이 각기 다른 무차원수의 의미가 바로 소수의 존재 표상과 다를 바 없습니다.

제로존은 모든 물리학의 계산 과정에 소수가 개입될 수 밖에 없는 일이 있을 것이라고 직감적으로 깨달은 바 있습니다.

 

각각의 소수는 양자역학에서의 양자적 표상을 가지면서 불연속적인 개념을 이룹니다.

게시글에서 나온 98765432123456789의 숫자는 거시세계의 법칙을 구축하는 상대성이론의 매끄러운 기하학과 닮아 있습니다.

한자리도 제자리에 놓여 있지 않으면 매끄럽다고 할 수 없습니다.

게시글의 방정식에 올린 수식 항의 내용을 살펴 보십시요.

양자적 개념과 상대성 개념이 조화를 이루어 그 아름다움과 우아함을 보여주고 있습니다.

 

오늘날 교양학부의 물리학과 대학원 과정의 물리학부는 복잡하고 난해한 양자역학 속에 들어 있는 의미는 알지 못한 채 법칙에 따른 계산만 열심히 수행하고 있습니다.

문제는 그 계산의 법칙이 옳은 방법은 나름 알고 있는데 그것이 왜 옳은지를 알 수 없는 딱한 상황에 처해 있는 것 입니다.

제로존은 이야기 합니다.

모든 것이 등가가 되어 주연 배우이면서 무대 배경이 되는 하나의 연속적인 고리(環)를 이루고 있다고 말 입니다.

제로존 이론의 기본 물리량에 대응하는 각각의 무차원수는 <저온 물리학>의 깊은 밑바닥의 개념을 이해하면 훨씬 쉽게 이해할 수 있을 것으로 보입니다.

 

제로존이 이런 이야기를 하겠습니까?

브라이언 그린과 파인만이 직접 기술한 내용 입니다.

책 페이지도 알려 드릴까요?

비단 이런 유명한 물리학자의 이야기를 빌리지 않더라도 제로존은 충분히 동감하는 바 있습니다.

 

ㅋㅋㅋ 이론 물리학자들이 만약 이런 글을 읽었다면 아주 지극하고 자연스럽게 동의 합니다.

그리고 가벼운 댓글에 일일이 인용한다는 것은 우스운 일이지요.

특히 이부분은 브라이언 그린의 본 저서 146페이지에 기술한 내용인데 학부생들이 아니라 학자들 입니다.

문제는 이피리님이 제로존의 생각에 미리 선입관념을 가지고 있는 것 입니다.

더 이상 태클 금지 ㅋ 죽을 죄를 졌습니다.

 

천재 물리학자로 이미 고인이 된 <파인만>은 평소에 이런 소회를 밝힌 바가 있습니다.

이미 남들이 이끌어 낸 결과들이 간신히 독자적으로 재현할 수는 있지만 그가 전공한 소립자 물리학이라는 새로운 분야를 주도해 나가기에는 힘이 벅 찼다는 것 입니다.

그가 창안한 파인만 다이아그램을 이용해서 작은 '양자적 보정(quantum correction)'을 계산하려고 체계적으로 노력하는 것은 아무래도 무엇인가 잘못 짚은 것 같다고 솔직히 고백한 바 있습니다.

실험 결과들의 상당수가 결정적이지 못한 것이고, 입자들 간의 상호 작용이 대체로 너무나 강했기 때문에 그는 아무래도 충분한 단서가 없다보니 사람들이 보아도 패턴을 발견하기가 어렵다는 것을 종종 이야기 해 왔습니다.

 

<파인만>은 입자가속기에서 홍수처럼 쏟아져 나오는 강한 상호작용을 하는 새로운 입자들과 관련된 혼란스러운 실험 상황을 정리 하는데는 파인만 다이아그램이 도움이 되지 않을 것이라는 것을 깨닫게 되고 이러한 상호작용계를 지배하는 관련 물리학을 무엇인가 숫자로 표현하여 이해할 수 있게 해 줄 다른 물리적 방법이 있지 않을까 평생을 고민하다가 영면한 것 입니다.

그는 자신의 분야가 아닌 저온 물리학에 한 때 관심을 가진바가 있는데 액체 헬륨의 초유체(super fluidity) 현상이 바로 그것 입니다.

초유체로서 액체 헬륨은 에너지를 흐트러지도록, 상실하지도 않으면서 행동하는 존재였던 것 입니다.

 

양자 역학의 대부 <닐스 보어>가 가정하고 <슈뢰딩거>가 결국 파동 방정식으로 증명했듯이 전자는 안정된 에너지 준위에 머물수 있고 거기서는 무한한 시간이 흘러도 에너지가 흩어지지 않고 전자의 특성이 고스란히 유지되고 있는 것 입니다.

양자계에서는 최저 에너지 상태라 하더라도 양자 요동 때문에 에너지가 결코 0 으로 나오지 않는다는 점에 주목하여 절대 0 도라 하더라도 헬륨원자는 여전히 가볍게 동요하고 있는 점에 주목하여 거시적인 계 전체가 단일한 양자 상태로 존재하는 것이 가능할까 라는 자문을 한 것 입니다.

초유체 헬륨을 초유체 상태로 유지해 주는 비밀의 메카니즘은 무엇일까요?

물성 물리학의 대가인 <란다우>는 초유체 현상이 지속되는 것은 결이 맞추어진 저온의 보스-아인슈타인 응축 상태 근처에는 교란에 내 몰린 그 양자유체가 들어갈 수 있는 접근가능한 저 에너지 상태가 존재하지 않기 때문이라고 주장한 바 있습니다.

 

정상적 액체에는 흐름에 대한 저항이 있습니다.

곧, 점성이 있다는 것이지요.

유체 안의 다른 원자나 분자, 불순물 등에 튕겨 다디는 것 입니다.

이러한 내부의 들뜸은 개별 원자에 운동 상태만 바꿀 뿐이지만 이 과정에서 유체 에너지가 용기로 흩어지고 나중에 유체가 흐르는 속도는 느려지게 됩니다.

하지만 개개 입자들이 내몰려 들어 갈 수 있는 새로운 접근 가능한 양자역학적 상태가 개별적으로 존재하지 않는다면 이 입자들은 충돌을 통해서 자신의 운동 상태를 변경하는 것이 불가능해진다고 알려져 있습니다.

따라서 원자 주위 궤도를 도는 전자가 에너지를 흩뜨르지 않으면서 계속 움직일 수 있는 것처럼 초유체가 역시 계속 일정하게 움직일 수 있다는 것이 밝혀진 것 입니다.

이것은 일련의 헬륨 원자들의 위치를 서로 바꾸고 헬륨 원자의 상태를 기술하는 양자역학적 진폭이 변함없이 그대로 남아 있게 됨을 의미하는 것 입니다.

 

제로존 이론에서 나오는 숫자 '1'의 표상이 바로 이러한 저온 물리학의 심오한 개념과 닮아 있다는 것 입니다.

문제는 저온 물리학자들이 양자역학적 진폭을 보존하는 수학적 기술이 바로 위상상태 불변으로 복잡하게 설명하고 있다는 것 입니다.

위상상태 불변이 에너지 보존의 필요조건이지 결코 충분 조건이 될 수 없다는 점을 제로존이 이야기 하고 있는 것 입니다.

제로존 이론은 단위 변환에 불변인 개념으로 위상상태 불변의 개념을 확장하고 있는 것 입니다.

저온 물리학자나 일반 물리학자들은 차원 개념을 고수하기 때문에 특정한 위상상태 불변에 해당하는 수학적 보존 기술을 복잡하게 기술하는 고생을 사고 있는 것 입니다.

바로 수학자 <에미뇌터>가 특정한 대칭이 특정한 보존을 낳는다는 수학적 증명을 물리학이 응용하고 있는 것 입니다.

 

물리학자 <파인만>은 실험 데이터와 일치할 만한 충분히 세밀한 계산을 하기 까지에는 무려 32년 간이라는 긴 세월이 필요했다고 술회한 바 있습니다.

많은 물리적 문제들이 그렇듯이 주어진 문제도 생각해 보기전에는 그다지 절박한 문제로 간주하지 않는 타성이 있는 것 같습니다.

악마와 같은 차원의 문제를 해결하는 것이 거미줄같이 얽힌 물리적 퍼즐 문제를 어떻게 용이하게 풀 수 있는 계산 방법이 나올 수 있는지 알 요량이 없는 것 입니다.

 

누가 뮤온을 주문했는가?

2012년 8월부터 작심을 하고 계산한 시간이 약 10개월이 소요된 2013년 6월 6일 현충일 날에 마지막 계산이 끝난 것 같습니다.

전혀 다르다고 생각했던 두 조각을 맞추어 보니 약 0.81 MeV의 상한선 에너지를 가지는 뮤온 뉴트리노가 제로존의 눈앞에 황홀하게 나타난 것을 목격한 것 입니다.

퍼즐 조각을 맞추기 위해서 그야말로 생지옥 훈련을 한 것이지요.

하나 하나의 세밀한 분야의 수학적 증명보다도 모든 학문을 묶어서 하나라고 하는 메타 사이언스를 절감한 순간 이었습니다!

사람은 바라는대로 되지 않고 칭찬하는대로 이루어진다는 이야기를 가슴에 담고 있습니다.

제로존은 이 순간 칭찬을 받고 싶었습니다.

그러나 주위는 너무 조용하고 바람결 만이 남아 있는 현충일 오후였습니다.

 

오늘은 2013년 6월 11일 화요일 입니다.

제로존 이론의 수리 논리의 출발점은 대수학자 <힐베르트>의 프로그램을 주시하고 불완전성 정리를 편 수학자 <괴델>의 착상과 일치합니다.

<괴델>이 불완전성 정리로 나아가는데 가진 직관은 수학의 한 분야를 형식화한 모든 것이 그 자체로 하나의 수학적 대상이라는 <힐베르트>의 통찰이 지닌 중요성을 인식한 것 입니다.

수학의 모든 방정식을 비롯해서 함수 그 자체가 수학적 대상이라는 이른바 메타 수학의 관점을 직시한 것이지요.

<괴델>은 <<서로 다른 의미론적 차원을 지닌 논리적 표현들>>을 '산술적으로 코드화' 시키는 방법을 발견한 것이 <괴델>이 수학사에 빛나는 공적을 세운 것이라고 할 수 있습니다.

 

그 다음 <괴델>의 코드화 시키는 방법과 컴퓨터에 있어서 아스키 코드 및 제로존 이론과의 같은 점, 다른 점을 살펴 보도록 하겠습니다.

이피리;

전기적으로 중성인 Bs 메존이 붕괴를 하면 한 쌍의 뮤온이 나타나는데
각각 +/- 를 띠게 된다고 합니다

이 둘은 양자얽힘(Quantum Entanglement)라고 하는 특이한 관계를 지니게 된답니다
이 둘이 아무리 멀리 떨어져 어느 한쪽을 측정하여 스핀이 + (또는 -) 라는 걸 알게되는 순간
동시에 반대 쪽 뮤온의 스핀은 볼것도 없이 반대로 - (또는 +) 가 된다는 것을 알게 되지요
그것도 아주 순간적으로 동시에 (빛보다 훨 빠르게 ... ) 그렇게 된답니다

뮤온만 그런건 아니지만 좌우지당간에 참 이상한 놈입니다

http://cds.cern.ch/record/1373706

 

제로존;

소립자 물리학을 전공하지 않은 물리학자들에게는 생소한 정보이지만 고에너지 물리학이나 소립자 물리학을 전공하는 학자들에게는 물질을 구성하는 경입자 중에서 뮤온의 활동이 예사스럽지 않다는 것을 알고는 묘한 호기심과 탐구 동인의 역할을 합니다.

그런데 가속기 실험실에서 뮤온의 발생은 거의 쌍(pair)으로 발생한다는 점 입니다.

이를 이중 뮤온 실험(dimuon experiment) 라고 하여 일련의 실험에서 두개의 뮤온이 창출하기 때문에 생긴 이름 입니다.

1972년까지 뮤온 쌍 실험에 대해서는 이론적으로 이해하지 못했는데 그 실험에 관한 독특한 해석을 부여하기 위해서는 많은 정교한 증명이 요구 되었습니다.

 

이제는 놀라운 일이 아니지만, 쿼크 하나가 표적 내의 반쿼크와 충돌하고 소멸할 때 (그 역도 마찬가지) 뮤온쌍이 발생한다는 점 입니다.

이 실험은 <드렐-얀>실험이라고 광범위하게 알려져 있는데 이 이름은 파인만이 명명한 것으로 알려졌습니다.

지금으로부터 10여년 전 제로존은 뮤온 쌍의 발생 현상과 관련하여 틀림없이 중성미자의 생성과 관련하여 이 뮤온 쌍의 역할이 있을 것이라고 짐작한 바 있고 이는 6종 쿼크의 질량 메카니즘에도 깊게 관련돼 있을 것으로 추정한 바 있습니다.

이후로 <드렐-얀> 실험은 실험실에서 자주 수행되었는데 1968년 실험에서 광자가 가지는 질량이 증가해가면서 뮤온 쌍의 발생률이 감소해 가는 매끈한 그래프를 얻게 되었습니다.

말하자면 에너지가 증가해 갈수록 더욱 작은 뮤온 쌍의 수치가 관찰 된다는 점에 유의하여 3종 뉴트리노의 관계식이 대략 어떤 식으로 그려지는지 머리속으로 떠올리기 시작했던 것 입니다.

 

제로존은 뉴트리노의 발생이 '연속 스펙트럼'을 보여주고 있는데 주목하여 과잉 중성자가 양성자로 변하는 베타 반응(n->p)과 관련하여 뉴트리노의 생성기전에 무대의 주역 입자들에 관한 수많은 모델이 만들어졌습니다.

실험실 데이터와 나와 있지만 그 단서가 매우 불충분하기 때문에 무엇인가 패턴을 가지면서 실험실 데이터 정합을 요하는 수식의 패턴을 잡는데 엄청난 지력이 요구했던 것 입니다.

 

여기에서 제로존의 직감이 발동되었습니다.

숫자 '2'는 자연현상에서 '이중성 (duality)'을 표상하여 입자/파동, 에너지/질량의 현상을 표상하고

숫자 '3'은 자연현상에서 발견되는 분류, 곧 입자의 가족 (family)을 드러내는데 핵심적인 표상을 하고 있다는 것 입니다.

곧 현상론으로 숫자 '2'는 가속기 실험에서 뮤온 쌍과 관련있고 숫자 '3'은 고에너지에서 저에너지 사이에서 드러나는 입자의 향 (flavor)에 관련 된다는 것 입니다.

이는 이론 물리학자들이 실험실에서 드러나는 현상론을 분석한 끝에 특히 숫자 '3'이 자주 나오기 때문에 거의 환멸을 느끼고 있는 중에 쿼크 성분의 수가 '3'이라고 해서 신비스럽다고 하기에는 지극히 묘한 혐오감 까지도 느끼고 있었던 것 입니다.

 

머리속에 기억되어 있는 모든 실험실 데이터에 관한 정보를 고려하면서 드디어 2000년 전에 3종 뉴트리노 관계식을 발견하게 된 것 입니다.

그런데 뮤온성(muon based) 뉴트리노의 실험실 상한 질량과 비교하여 아주 근소하나마 그 경계선을 넘고 있었습니다.

국내의 중성미자를 전공하고 있는 이론 물리학자와 토론 중에서 왜 하필 3종 뉴트리노의 질량 값이 그 값이 되지 않으면 안된다고 했을 때 제로존은 물리학에서 아주 핵심적인 <대칭과 보존>에 관한 원칙을 고려하고 있었기 때문에 전자 중성미자와 타우 중성미자의 상한 값 질량이 맞다면 당연히 실험실에서 발표하는 뮤온 질량 상한값이 0.18 MeV 이 아니라 그 이상이 되어야 맞다고 주장했던 것 입니다.

그 물리학자는 상당히 당황한 듯 고개를 갸우뚱거렸습니다.

 

그런데 2년 뒤 발표한 PDG의 발표에는 제로존이 예측하듯 뮤온성 뉴트리노의 상한값만을 0.19 MeV 로 수정한 것을 보게 되었습니다.

제로존은 너무나 기뻐서 '대한민국 만세'를 불렀습니다.!

이 부분에 대한 논문은 작년 6월에 네이처지에 발표했지만 돌아온 회신은 매우 흥미롭고 놀라운 내용이지만 우리들로서는 확인할 수 없어 전문 저녈에 투고한다면 좋은 결과가 있을 것이라고 멘트가 있었습니다.

제로존은 그 회신을 받고 가슴을 쓸어내려야 했습니다.

예상은 했지만 참으로 역부족이었다는 것을 인정하지 않을 수 없었습니다.

얼마 전 고등과학원의 한 수학자를 만난 바 있는데 그 수학자는 제로존 이론을 모조리 서치한 바, 왜 네이처지나 사이언스에 굳이 논문을 제출할려고 하느냐고 되물어 왔던 이야기를 상기 합니다.

 

과학 역사에 있어서 소위 파격적인 이론이 등장했을 때 기존 학자들의 생각을 너무나 앞서 갔던 나머지 쉽게 인정해 주지 않은 것은 그 분야에 있어서 항시 선두에 있고 그 내용을 이해하기에는 엄청난 노력과 세월이 소요된다는 것을 이야기 하면서 오히려 외국에서 뛰어난 학자들을 만나는 것이 훨씬 더 수월해 보인다고 충고해 주었습니다.

미적분의 발견도 그랬고 맥스웰 방정식도 그랬으며 <아인슈타인>의 특수 상대성 이론도 그러했습니다.

소립자 물리학에서 신동으로 알려진 쿼크 발견자 <겔만>도 쿼크의 전하가 1/3이나 2/3가 될 수 있다는 분수 전하개념을 이 세상에 발표할 때 <겔만>과 아주 친한 물리학자들이 쌍수를 들고 반대한 바 있습니다.

한마디로 기존 이론을 뒤 엎는 말도 안되는 이론을 끄집어 낸다고 반박했던 것 입니다.

이런 역사적 상황을 잘 알고 있는 제로존은 재차 똑같은 논문을 제출할 것이 아니라 <겔만>이 처한 상태에서 그 위기를 극복한 방식을 고려해야 한다고 생각하기에 이르렀던 것 입니다.

 

<겔만>이 주위의 학자들로부터 극심한 반대를 당했을 때 <겔만>은 그 이후에 다음과 같은 비슷한 소회를 발표한 적이 있는 것으로 기억합니다.

"선두에 선 학자의 이론에 반박 당한다는 것은 적어도 이론에 있어서 <민주주의> 방식이 작동하는 것은 결코 아닙니다.

유명한 학자나 그 분야에 권위있는 학자들로부터 칭찬 받는 것도 특히 아닙니다.

그것은 바로 자연의 진실에만 의존하는 것이지요.

나는 머리와 연필과 종이만으로 분수 전하가 옳다는 것을 여러가지 실험적 상황과 정보로 확신할 수 밖에 없었습니다.!"

<겔만>은 그 지독한 상황을 극복하기 위해서 일련의 묘책을 강구한 바 있습니다.

 

그 묘책이란 바로 동양에서 화두가 되고 있는 '8정도' 라는 용어를 생각해 내기에 이르렀고 그 팔정도에 맞는 소립자를 예측하기에 이르렀던 것 입니다.

당연히 분수 전하를 개입시키고 <대칭과 보존>이라는 수학적 기술을 이론에 펴 낸 것 입니다.

이후 그 '8정도'에서 예측한 소립자가 발견되고 드디어 분수전하를 인정함과 동시에 <겔만>은 노벨 물리학 상을 수상하게 되었습니다.

누가 인정하고 안하고 간에 진실은 민주주의 방식과 같은 그런 수의 크기와 관련 없다는 것을 <겔만>은 전세계의 학자들에게 또 한번 똑똑히 보여주게 된 것 입니다.

제로존 또한 <겔만>과 같은 위기 극복 방식을 보여 줄 때가 되었습니다.!

그러한 묘책은 바로 위에 댓글에서 올린 불완전성 정리를 이 세상에 낸 <괴델>의 방식을 물리학적으로 활용하는 것 입니다.

 

<괴델>은 너무나 식상할 만한 상식적인 이야기꺼리가 되는 '1+2=3' 에 관한 산술적 증명을 기술한 <러셀-화이트헤드>의 언어에 주목한 바 모든 명제 언어의 기호와 진술들을 코드화 함으로써 산술을 산술 그 자체로 되돌린다는 생각을 하기에 이르렀습니다.

그리하여 <러셀-화이트헤드>가 저작한 수학원리에서 나온 각각의 결과들을 일련의 단순한 숫자로 변형하여 기술하게 된 것 입니다.

이 부분은 제로존 이론에서 가장 기본적인 물리 언어들을 코드화 하여 일련의 단순한 숫자로 자리매김한 것과 다를 바 없습니다.

컴퓨터의 언어가 되는 <아스키 코드>조차도 숫자로 변형한 것은 모두 동일한 착상을 한 것 입니다.

그런데 소위 <괴델>수와 아스키 코드와 다른 것은 후자가 영어에서 쓰이는 낱낱의 문자나, 숫자 기호라는 단순한 표현에 적합한 것에 비해서 전자는 여러 차원의 중첩되고 있는 논리적 표현에 대해서 적합하다는 것 입니다.

말하자면 괴델수는 더 높은 차원의 문장 변항과 술어 변항을 따로 구분 가능하게 한 것 입니다.

 

괴델수는 자연수에 관한 가능한 모든 명제를 각각 그 자체로 하나의 수로 표현 가능하게 하여 산술에 관해서 자신의 진리를 검증하기 위해서 사용할 수 있는 길을 터 놓았던 것 입니다.

이는 <힐베르트>가 무진장 고민한 부류의 논리적 역설을 모두 자기 지시의 개념에 토대한 것으로 자기 안(in)에 모순 없는 자기 지시 진술, 예를 들면 "이 문장은 거짓이다." 같은 산술의 틀 안(in)에서 그러한 역설적인 자기 지시 진술들을 표현하는 방법을 찾게 된 것 입니다.

그래서 괴델은 수학자라기 보다도 사실은 논리학자라고 함이 적절할 것으로 보입니다.

이는 일반 수학자들이 잘 사용하고 있는 일반적인 방정식이나 함수같은 수식이 일체 사용되지 않는다는 점 입니다.

제로존 이론조차도 이러한 괴델수의 개념과 일치 합니다.

괴델수는 모든 수학적 명제 그 자체에 대한 것을 메타수학으로 착상한 것과 마찬가지로 제로존 이론 또한 모든 물리학적 명제 그 자체를 메타물리학으로 착상한 것과 다를 바 없다는 뜻 입니다.

 

복잡하고 난해한 세부적 수학적 기술을 펴는 것이 아니라 제로존 이론을 물리학 용어 그 자체를 탐구 대상으로 삼아서 물리학 언어 이전의 상태로 환원시키는 방법, 곧 메타 물리학이라는 점 입니다.

괴델의 결과들은 그저 수리 논리학의 순수영역에만 국한되는 단순한 호기심꺼리가 아니지요.

괴델수는 인식론과 관련하여 파생되는 결과와 인간의 인지작용에 대한 한계, 곧 <사유와 계산의 기계화>에 대한 거대담론에 대해서 기술하고 있는 것 입니다.

제로존 이론 또한 이러한 개념에 대한 거대 담론을 카페에서나 블로그에서 수많은 댓글로 기술한 바 있습니다.

괴델수와 제로존 이론이 공히 거대담론 곧, 전자가 메타 수학이라면 후자는 메타 물리학으로 탐구의 대상으로 삼고 있는 것 입니다.

그런데 메타물리학은 곧 메타 수학으로 환원 될 수 밖에 없는 사연을 가진 것이 바로 수의 개념으로 회귀하고 있다는 점 입니다.

 

메타 수학과 메타 물리학의 차이점은 바로 집합에 관한 특성을 인위적인 단위 조작의 탄생과 관련하여 그 차이점을 가질 수 밖에 없습니다.

이점이 바로 제로존의 수와 괴델 수가 차이를 가지는 경계라고 할 수 있습니다.

또 다른 점은 <괴델수>가 임의로 지정된 점에 반해서 제로존 이론의 수는 척도의 중심을 분할 불가능한 수 '1'로 잡고 그 상대적인 관계성을 기술하고 있다는 점 입니다.

메타 물리학은 나중에 세분화 되어 차원을 보존하면서 기하학과 관련된 위상에 관한 복잡한 위상 기하학(topology)을 발전시킵니다.

상대성 이론과 양자역학을 통일시키려는 일련의 작업인 초끈이론이 바로 (미분)위상 기하학에 관한 수학분야라는 점은 잘 알려져 있습니다.

제로존 이론은 괴델수의 거대담론인 메타 수학에서 현실적으로 실용을 우선적으로 쳐주고 있는 메타물리학으로 들어와서 그 세부 분야인 위상 기하학 분야의 중심에 들어와 있습니다.

곧 제로존 이론은 위상 기하학의 위상 불변을 더 한층 발전시켜 위상불변을 단위 불변의 특수한 분야로 자리매김하고 있는 것 입니다.

 

이제 다시 <겔만>의 위기 극복 상황으로 이어갑니다.

제로존 이론에 있어서 <겔만>의 위기 극복 상황을 대칭과 보존으로 대처한 바와 같이 제로존 이론은 비슷한 방식으로 위상 불변에서 단위 불변의 대칭과 보존의 묘수가 기다리고 있는 것 입니다.

왜 하필 중성미자나 척도의 크기로서 (물리상수)가 그 수치인가를 보여주는 불변식이 그러합니다.

자주 이야기한 바 있는 <디오판토스>의 부정방정식이 그 효력을 발휘할 때가 된 것 입니다.

<겔만>의 분수전하가 그러하듯이 입자의 분수화도 존재한다는 것 입니다.!

e ^1/3, e^2/3 의 분수전하가 가속기 실험적인 상황에서 인정할 수 밖에 없듯이 중성자와 양성자의 분수입자 곧, p^1/3, p^2/3, n^1/3, n^2/3, 뮤온 쌍 u^2 의 상황이 뉴트리노의 발생과 깊은 현상론적 상황을 드러내게 한다는 추정이 소위 가상 현실속에서 이루어진다는 것 입니다.

이에 대한 실험적 증명이 바로 단위 불변에 관한 대칭과 보존식으로 <디오판토스>의 부정방정식으로 이 세상에 드러나는 것 입니다.

 

너무나 놀랍게도 <디오판토스>의 부정방정식을 만족시켜 주는 파라메터가 '자연수'가 된다는 것이지요.!

 

A^a * B^b * C^c * D^d = E^e * F^f

 

A, B, C, D, E, F 는 실험실에 정합한 뉴트리노 입자 제원 및 잘 알려진 물리상수들이며

a, b, c, d, e, f 는 자연수 !

<겔만>은 분수전하 존재의 극복에 대칭과 보존이라는 8정도를 발표하고 실험적으로 확인하는 절차만 있었지만 제로존 이론은 똑같이 대칭과 보존이라는 방정식을 기술하고 계산만 확인 검증하는 과정만 있을 뿐 입니다.

 

왜 하필 뮤온은 전자의 약 206배이며, 양성자는 약 1836배이며 중성자는 약 1838배인가?

왜 하필 전자, 뮤온, 타우성의 중성미자는 왜 하필 그 값인가?

왜 하필 초신성에서 나올 때의 절대 뉴트리노의 에너지 값이 그 값인가?

왜 하필 6종 쿼크의 값은 하필 그 값인가?

향 뉴트리노 - 절대 뉴트리노 - 쿼크로 이어지는 기본 물질에 관한 관계식이 존재하는가?

<아인슈타인>은 그렇게 이야기했습니다.

"나는 神의 생각을 알고 싶다. 나머지는 세부적인 이야기일 뿐이다."

 

19세기 수학자 <크로네커>는 神은 자연수를 만들어냈고 인간들은 그 이외의 수를 만들어 냈다는 말이 실감 납니다.

그는 평생 정수론을 탐구한 수학자 입니다.

 

머리는 하늘을 향하여 神에게 경배하고 /

발은 땅에 디뎌서 사람들에게 경배하라.! /

대한민국 만세 입니다! /

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무슨 뜻인지 이해 못하겠지만 여하튼 혁명의 여명이 밝아지고 있다는 것만은 틀림없다는 것을 알고 있으면 됩니다.

계속 채널을 제로존 카페에 고정시키고 지켜 봐 주시기 바랍니다.