[스크랩] 추석 풍경과 현대 자연과학 이론과 기술

추석 풍경과 현대 자연과학 이론과 기술

 

 

 

황금 연휴로 이어진 추석 잘 보내셨습니까?

 

오랜만의 나들이로 추석을 잘 보낸 분들도 있을 것이고  여러가지 사정으로 방콕에만 계신 분들도 있었을 것으로 생각됩니다.

 

어제 오늘이 다른 과학 기술 문명의 발달로 인해서 이번 고향으로 향하는 여로와 귀로에서 휴대폰이나 차량 등에 탑재된 놀라운 네비게이션 기능의 위력을 절감했으리라고 생각됩니다.

 

현대의 네비게이션은 전 지구 단위의 시스템 'GPS(Global Positioning System)' 을 응용한 대표적인 예로, 예나 지금이나 인간은 자신의 위치를 알려 한다는 것을 보여주는 좋은 증거가 되고 있습니다.

 

네비게이션에 탑재된 이론은 상대성 이론인데 인공위성이 사용하는 방정식은 다음과 같습니다.

 

 

인공위성에서 받은 전파가 만드는 구면은 위와 같은 방정식으로 나타내는데 점(a,b,c) 는 구의 중심, r 은 구의 반경, 그리고 좌표 (x,y,z) 는 네비게이션의 장소를 나타내고 있습니다.

 

4개의 인공 위성이 위 방정식을 사용해서 연립 방정식을 만들고 컴퓨터가 이 연립 방정식을 풀어서 자동차 위치를 알아냅니다.

 

그 뿐만 아니라 네비게이션에는 경로 검색 기능이 있는데, 이때 수학의 그 악명 높은 <4색 문제>의 그래프 이론이 응용되고 있습니다.

 

이외에도 컴퓨터 그래픽을 사용해 지도를 입체적으로 표시하는 시스템 등 네비게이션에는 수학과 컴퓨터를 활용한 기능이 가득차 있습니다.

 

네비게이션에서 가장 중요한 점은 뭐니 뭐니해도 정밀도 인데 이때 정밀도 (네비게이션 오차 10m 이내)를 보존하는 것이 상대성 이론 입니다.

 

주행중인 승용차 안이나 방콕에 있는 사람들은 아이팟으로 들을 수 있는 mp3 파일처럼 인터넷을 통한 디지털 파일 배포는 CD나 DVD와 같은 물건을 과거의 유산으로 만들어 버렸습니다.

 

1초의 음을 최소한 4만개 이상으로 나눈 디지털이 만든 현대 자연 과학 기술의 마법을 현재 우리는 즐기고 있는 것 입니다.

 

이런 자연과학 기술의 눈부신 발전의 베일에는 자연 과학자들의 피와 땀이 반영되고 있다는 것에 우리는 무한한 존경심을 표해야 할 것 입니다.

 

특히 수학이론이 그렇습니다.

 

일본 에도시대의 천재 수학자로 원주율을 계산해 세계적으로 유명한 <다케바 가타히로(1664 ~ 1739)>는 다음과 같은 이야기를 전해 준 바 있습니다.

 

"산수에는 마음이 있고 그 마음을 따를 때 편한함을 느낀다.

 

그러지 않을때는 힘들다."

 

1914년 영국 런던으로 건너가 캠브리지 대학  <하디>의 개인 지도를 받은 바 있는 영감이 넘치는 수학자 <라마누잔>은 32세의 짧은 생애를 통해서 무려 3,252개의 수학 공식을 발견한 바 있습니다.

 

이중에서 하나의 수학 공식을 소개하는데 이 수학 공식을 어떻게 해서 발견했는지 아무도 모릅니다.

 

 

그러나 그 수학공식이 맞는지 틀리는지 옆집 아저씨, 아주머니를 위시하여 누구나 확인하는데는 결코 어렵지 않습니다.

 

가령, a = 3/7^1/2, b = 4/7^1/2 라면 이 공식에 대입해 보면 10^3 + 9^3 = 12^3 + 1^3 이 나와서 <라마누잔>이 발견한 수식의 진위를 누구나 신속하게 검증할 수 있을 것 입니다.

 

제로존 이론 또한 관련된 수식의 발견은 거의 불가능하지만 컴퓨터 계산 방법만 배우면 검증은 초등학생이라도 신속하게 확인할 수 있습니다.

 

수학자 <오일러>가 발견한 '오일러 상수(Euler’s constant) γ'가 입자에 질량을 입히는 힉스입자(Higg's particle) 및 약력을 매개하는 3개의 보손입자 z,w (+/-)  등과 관련된 수식이 좌변입니다.

 

좌변과 등가로 이어지는 우변은 전자의 기본 전하e, 전하 C, 중성자 n, 양성자 p, 뮤온 μ 사이에 아주 흥미로운 대칭인 관계 수식이 존재한다는 것을 제로존이 오래전부터 <힉스메카니즘>을 예의주시한 바, 방대한 데이터베이스를 분석하는 과정에서 우연히 발견한 것 입니다.

 

너무나 간결하고 아름답다고 생각합니다.(좌변의 전체 수식 및 기호가 가지는 물리학적 의미는 아직 논문 제출전이라 공개하지 않았습니다.)

[출처] 추석 풍경과 현대 자연과학 이론과 기술 (제로존 이론 공식 카페) |작성자 제로존

제로존 ;

수식을 밥묵듯이 활용하고 있는 이땅의 수많은 과학자들은 수식에 표현되는 '등호, 이퀄(=)'은 기차가 달리는 두개의 레일처럼 비유하고 있습니다.

이론에서 수식이 레일로 이어져 있다는 것이지요.

레일이 일단 깔리면 레일이 끝나는데까지 누구나 여행할 수 있습니다.

그러나 레일이 놓여져 있지 않은 장소는 여행이 불가능 하거나 불편합니다.

오늘날 자연 과학의 이론들은 너무나 세분화, 전문화 돼어 있지만 서로 다른 자연 과학 이론들 사이에는 이런 이퀄의 레일이 끊어져 있습니다.

 

이번 추석 황금연휴에도 그러하듯이 자연 과학 기술의 눈부신 발전으로 우리는 승용차 등 운송 수단을 이용하여 마음만 묵으면 일단은 물리적으로 가능하다는 것을 잘 알고 있습니다.

인류는 최초의 운송수단이 바다로 향하는 범선을 발명하고 나중에 광활한 육지를 닦아서 차량으로 먼길까지 여행하게 되었습니다.

그리고 드디어 하늘을 나는 비행기를 발명하여 전세계 어느 지역이라도 하루 이틀이면 여행할 수 있는 시대가 펼쳐 졌습니다.

인류는 이에 더 나아가서 멀고 먼 우주의 행성에까지 발을 뻗치게 되었습니다.

오늘날 인류 문화 문명의 한계는 인류의 지성이 확장되면서 도대체 어디까지인가를 조심스럽게 질문하고 있습니다.

이제 물리적인 접속을 떠나서 서로 다른 문화 문명을 가진 이질적인 마음들을 접속하는 길로 열리게 될 것으로 생각됩니다.

 

게시글에서 올린 내용과 같이 일본의 천재 수학자 <다케베 카타히로>의 말이 그렇습니다.

산수에는 마음이 있고 그 마음을 따를때 편안함을 느낀다고 하지 않았습니까?

이번 황금 연휴의 추석에는 제로존이 아예 작정을 하고 연구에만 전념하기로 했습니다.

따라서 이 기간 중에는 가능한 어떤 전화도 받지 않고 밖으로 나가지 않도록 한 것 입니다.

연휴기간 동안 아침 6시에 취침하여 오후 3~4시경에 기상하여 거의 책상을 떠나지 않았습니다.

하루 두끼 정도의 식사로 때우고 그야말로 정신이 없을 정도로 계산하는 시간으로 어떻게 시간이 흘렀는지 모를 정도 였습니다.

 

오늘 월요일, 이제 생각해 보니까 저번주 밖으로 병원 오는 일 이외에는 나오지 않아서 오늘 처음으로 밖을 나온 셈 입니다.

연휴 기간동안 친척들 만날 일도 있었지만 김실장만 보내고 아예 사회와 단절해 있었던 것 입니다.

참 별일이지요?

책상 앞에 앉아서 계산을 하고 있으면 그렇게 편안하고 행복할 수가 없었습니다.

이번 연휴 기간 동안 집중적으로 목표로 삼은 것은 예전에 계산된 기본 물질 입자의 제원을 재확인 하면서 실험실에서 발표한 힉스 입자가 어떻게 관련되어 있는지를 뿌리를 뽑겠다는 생각뿐이었습니다.

 

오늘은 2013년 9월 24일 화요일 입니다.

회사에서 이틀 연가를 내어 9일간 내리 황금 연휴를 즐긴 사람들중에는 더러 명절 증후군에 시달리고 있는 사람들도 있을 것 입니다.

그러니 적절히 여가를 이용하고 하던 업무를 계속하는 것이 정신 건강에도 좋을 것 같습니다.

따라서 삶의 과정에서 스스로 체험한 바 무엇인가의 자신만의 비젼을 찾아내는 것이 얼마나 중요한 일인가를 절감해 볼 수 있을 것 입니다.

지금 이 시간까지 무엇인가의 자신의 비젼을 제대로 구축하지 못한 사람들은 여가의 의미가 실종되고 자주 무력증에 빠져서 특히 명절 증후군에 빠질 개연성이 높을 것 같습니다.

 

가을은 독서의 계절이라고 하지 않습니까?

업무에 시간을 낼 수 없다는 사람이나 매일 하는 일 없이 방콕에만 있는 사람들은 한번 정도는 자신만이 즐거이 읽을 수 있는 책을 찾아서 독서하는 순간을 가져보면 어떠할까 생각해 봅니다.

아주 운 좋게도 어떤 책을 읽다가 자신의 삶의 방향을 결정해 주는 계기가 될 수 있는 계절이 될 수 있을지도 모르겠습니다.

사람의 일생 중에서 가장 중요한 일중의 하나가 직업의 선택이라고 합니다.

그런데 그 직업의 선택이 아주 순간적인 사건으로 결정되는 것이 적지 않은 것 같습니다.

제로존도 아주 오래전 일로 기억이 생생합니다만은 동네 친구와 집에서 잡담을 하다가 순간적으로 판단한 일이 있습니다.

제로존 이론 연구도 아주 우연한 대낮의 사건으로부터 연유하게 된 것 입니다.

 

사람들은 가끔씩은 자기가 살아온 경험의 궤적을 비추어 보아서 지금까지의 생활 방식에서 딱히 달라질 것이 없을 것 처럼 생각하는 경향이 있는 것 같습니다.

그런데 제로존이 다양한 종류의 책을 읽으면서 느낀 소회중에서는 전혀 불가능하다고 생각하는 사건이 일어날 수 있는 유무형의 인연이 순간적으로 발생할 수 있다고 생각해 봅니다.

단적으로 말해서 사람은 내일 일을 감히 장담할 수 없다고 이야기 하지 않습니까?

제로존은 이러저러한 지금까지의 생활 패턴으로 방에 혼자 있다고 생각하는 경우가 많다고 생각하는데 그런 상태에서 제로존이 항상 생각하는 것은 제로존 주위에 눈에 보이지는 않지만 보이지 않는 무엇인가의 존재가 항시 존재해 있다는 느낌을 강하게 받은 순간이 적지 않습니다.

이런 생각은 오래전부터 자주 해 왔기 때문에 그래서 그런지 흡사 친구와 대화하는 것처럼 혼자 중얼중얼 독백하는 경우가 많습니다.

 

아주 오래전에는 꽃에 물을 주면서 꽃에게 말을 걸곤 했는데 희한하게도 꽃이 제로존의 말을 알아듣는 것처럼 느낌도 받았습니다.

요즘은 애완견 모롱이, 초롱이, 똘이와 가족처럼 자주 대화를 합니다.

특히 김실장이 자는 시간에 제로존은 대화를 많이 하는데 가만히 생각해보니까 제로존 집의 애완견은 자기가 사람처럼 생각하고 있지 않는지 생각을 자주 합니다.

수의사가 아니라서 잘 모르겠지만 애완견이 사람의 눈과 제법 오랜 시간 마주쳐 보는 순간을 생각하면 특히 그런 생각이 듭니다.

특히 초롱이는 자기를 이뻐해 주는 말을 하면 눈에 미소가 가득찬 것이 확연히 들어 옵니다.

 

사람의 눈으로 볼 수 있는 사물의 크기는 대략 한계가 있기 때문에 공중에 떠 다니는 아주 작은 미립자는 볼 수가 없을 것 입니다.

이런 상황을 염두에 두고 제로존은 연구하다 휴식할 때 애완견 모롱이, 초롱이, 똘이에게 엉뚱스럽게도 물어봅니다.

"모롱아, 니 뉴트리노 아냐? 알면 살짝 그 정보를 가르켜 줄 수 없냐?"

그러면 모롱이는 약간 우습다는 듯 빤히 쳐다 봅니다.

전자 1개의 크기 제원이 약 9.1*10^-31kg 정도가 되니까 현재 인류의 과학 정보로 알아 낸 전하(charge, 전기를 띤 힘)를 띤 가장 작은 소립자가 바로 전자 입니다.

소수점 아래로 동그라미가 30개나 붙으니까 그야말로 상상도 할 수 없는 크기 스케일이지요.

구 소련의 생화학자 <오파린>은 우리가 알고 있는 생명 현상을 말하기를 생명없는 소립자들의 행동거지와 다를 바 없다는 취지의 가설을 오래 전에 발표한 적이 있습니다.

 

<오파린>은 가설을 염두에 두고 우리 인간들의 눈으로 볼 수 있는 스케일 한계적 측면만을 생각해 봅니다.

전자의 크기도 그러하지만 이보다도 대략 백만배(1/10^6)나 작은 무게 크기를 가진 중성미자를 살펴 봅니다.

얼마나 작길래 태양의 핵반응에서 생긴 중성미자는 지금 이 순간에도 1초에 약 4백개조(10^14) 이상이 우리 몸을 뚫고 지나 갑니다.

우리 몸에 수없는 벌집을 만들어 놓고 관통해도 우리는 아무런 일도 없는 것처럼 호흡하며 살아가고 있습니다.

그런데 지금 이 글을 읽고 있는 제로존 가족의 머리속에는 이런 가능한 질문이 당연히 제기될 수도 있습니다.

전자의 크기도 상상할 수 없을 만큼 작은데 이 전자보다도 백만배나 작은 소립자인 중성미자의 크기를 어떻게 사람들이 계산해내고 있는가 하는 의문 말 입니다.

 

모롱이나 초롱이, 똘이 눈에는 그 중성미자가 보일까요?

태초에 神이 사람을 창조한 후 오랜 시간 후에 사람들은 자기 존재에 대해서 스스로 의문을 품고 있다가 자연의 전반적인 설계 방식에 대한 외부적 질문으로 이르게 되었습니다.

그것이 바로 하늘을 향한 천체 관측에 관한 역사적 사건이 초래된 것 입니다.

저 멀리 더 멀리 있는 우주의 천체 조각물에 대한 상상과 더불어 멀리 볼 수 있는 망원경이 그래서 발명된 것 입니다.

그러다가 생물학자들은 이와 반대로 작은 규모의 세계를 관측하기 위한 현미경도 발견되었습니다.

말하자면 사람이 직접 볼 수 있는 눈의 한계를 확장시킨 역사적인 사건들이 그렇습니다.

사람들, 이 사람들 중에서 아주 특수한 업무를 맡고 있는 미시 규모의 세계에 대한 성질을 연구하는 이른바 소립자를 전공하는 학자들은 사람이 볼 수 있는 눈의 한계를 확장할 수 있는 방법을 오늘 이 시각까지 연구해 왔던 것 입니다.

 

이 상상할 수 없는 미시 규모의 물체를 눈으로 직접 보는 방법을 강구해 왔던 것 입니다.

역사적 진보는 철학의 인식론과 함께 과학의 영역에서는 실재론, 실증론이 발전되어 왔던 것 입니다.

제일 먼저 그 작디 작은 중성미자를 직접 눈으로 본 학자가 바로 미국의 레인즈와 코원 팀들이었습니다.

그들은 <볼프강 파울리>가 과학적 이성을 가지고 상상력을 동원해서 생각해냈던 중성미자의 존재를 이탈리아의 이론, 실험 물리학의 대가인 <페르미>의 이론을 적극적으로 해석해서 실제로 그 중성미자를 눈으로 본 것 입니다.!

실험에 능숙한 이론 물리학자 <페르미>는 중성자가 붕괴하여 양성자와 함께 중성자를 내 놓는 이른바 베타 붕괴 이론을 이 세상에 내놓은 바 있습니다.

<페르미>는 이 엄청난 이야기를 네이처에 투고하게 되었습니다.

 

<페르미>의 첫 논문을 받아 본 네이처지의 편집자들은 말도 안되는 소리를 한다고 학술지에 게재하기에는 적절치 않다고 거절하고 말았습니다.

점잖게는 실제와 거리가 먼 추론을 담고 있다고 거절 사유를 밝힌 것 입니다.

이런 사건을 역사적 배경으로 삼고 이후 뉴트리노의 행동 반경에 관한 사건들이 쭉 이어져 나왔습니다.

미국의 레인즈와 코원 팀들은 <페르미>의 논문을 제대로 이해한 후 베타 붕괴와 반대의 사건이 일어나는 역베타 붕괴에 관한 스토리를 엮어내서 이를 실험적으로 해석하는 방식으로 이 작고 작은 크기 스케일의 중성미자를 실험실 관측으로 보게 된 증명을 해 낸 것 입니다.

 

이들의 실험적 해석은 대략 다음과 같습니다.

역베타 붕괴 반응을 고려한 바, 반전자 뉴트리노와 양성자가 상호 작용하여 중성자가 전자를 내놓는다는 것 입니다.

이 경우 양성자 하나가 없어지고(원자 번호가 하나 줄고) 대신 양전자 하나가 나오는데 이 양전자는 금방 주위의 원자에 있는 전자와 만나 쌍소멸을 한다는 스토리가 그것 입니다.

쌍소멸을 하면 2개의 감마선을 내 놓는데 이 감마선은 다시 주변 원자의 전자와 상호 작용을 계속해서 전자와 광자가 만들어져 쏟아지게 된다는 잘 알려진 현상론을 활용하는 것 입니다.

그러면 전자와 빛의 샤워가 계속 일어나서 실제로는 그 광자를 광전관으로 관측해 낼 수 있다는 것 입니다.

제로존이 위에서 작디작은 중성미자를 직접 눈으로 볼 수 있다는 이야기에서 이때 사람의 눈으로 본 것이 다름 아닌 매질이 되는 물체와 광전관이었다는 것 입니다.

사람의 눈의 한계를 확장하여 광전관의 계측기구가 바로 사람의 눈을 대신해 준 확장된 눈이었다는 것 이지요.

 

사람이 하늘을 향해 저 멀리 우주에 떠 있는 대상물을 본 것은 사람의 눈을 대신한 망원경처럼 말 입니다.

현미경의 역할도 마찬가지 입니다.

망원경과 현미경을 이용해서 관측한 것을 우리는 이렇게 이야기 합니다.

"직접 내 눈으로 똑똑히 봤다니까!"

여름 휴가철 물놀이에 나가서 놀이를 하다가 한쪽 신발을 물속에서 잃어버릴 때 우리는 그 신발을 찾기 위해서 직접 잠수해서 눈으로 찾는 행동 말고도 발을 통해서 잃어버린 신발을 찾아내곤 합니다.

이때 눈이 된 것은 바로 발이라고 할 수 있습니다.

마찬가지 사연으로 전자보다도 백만배나 작은 미시 규모의 입자 크기를 직접 눈으로 보고 계산하는 방식 이외에 사람들은 직접적인 눈과 손 대신에 이를 대체하는 방법을 교묘한 방법으로 대체해 주는 방법의 지혜를 얻어 낸 것 입니다.

 

제로존 이론에서 눈이 된 중요한 역할은 바로 제로존 이론의 출발 공준이 대체해 주었습니다.

얼핏 보기에 우스꽝스러운 제로존 이론의 출발 공준은 그야말로 무시무시한 눈이 되어 준 것 입니다.

세상 모든 이론의 기본 척도인 자(尺)가 바로 눈이 된 것 입니다.

물질의 기본을 이루고 있다는 기본 물질의 구성에 전자와 전자 가족들인 뉴트리노 가족들이 있다고 여러번 언급한 바가 있습니다.

거듭 이야기 해서 진부한 바 있지만 사람들은 이 작디작은 전자의 크기 제원을 이런식으로 해서 9.1*10^-31kg 을 가졌다고 잘 알려져 있습니다.

그 보다도 백만배나 작은 중성미자의 최대 질량 한계도 정확히 계산해서 알아낸 바 있습니다.(대칭성 보존)

제로존 이론은 그 놀라운 눈이 되어 준 제로존 이론의 출발 공준을 교묘하게 활용해서 이 작디작은 중성미자보다도 더 작은 소위 절대 뉴트리노의 질량 제원을 알아내기에 이르렀습니다.

 

뉴트리노를 전공하는 소립자 물리학자들에게 친숙한 뉴트리노(flavor neutrino)의 질량보다도 더 작은 절대 뉴트리노(absolute neutrino)가 초신성이 폭발하기 이전에 이미 질량을 가지고 있다는 것을 약정된 기호로 써서 3개의 뉴트리노가 바로 게시글 등에 올린 절대 뉴트리노 m_1, m_2, m_3 의 존재가 바로 그렇습니다.

제로존이 물질을 이루고 있는 전자 가족과 쿼크 가족, 그리고 향 뉴트리노와 절대 뉴트리노 입자들의 질량 제원을 계산해 냈다는 것은 오늘날 자연 과학 사건 사상 불가사의한 이야기로 들릴 수 있을 것 입니다.

그런데 이 계산해냈다는 제로존의 이야기를 어떤 방식으로 해서 세상 사람들에게 납득할 수 있는 방안에 대해서 정말 오랫동안 무진 노력해 왔습니다.

수식은 당연하고 어떤 방식으로 그 꼼짝할 수 없는 증거를 들이대는 방식에 대해서 최소한 10년 이상 소요하여 숙고에 숙고를 거듭해 왔습니다.

이제 그 해결의 방안을 이 세상에 내 놓을 때가 된 것 같습니다.

<페르미>와 같은 위대한 학자도 아니고 해서 먼저 뜸을 떠 본 경험도 있습니다.

 

신속 정확하게 전공 학자를 위시하여 모든 사람들이 검증할 수 있는 새로운 수리 물리학적 증거 방식이 바로

Multi-variate Cross Check Algorithm Solution (MCAS) 입니다.

이론적 측면과 함께 실험적 현상론으로 잘 구축된 (well - established) 실험적 데이터들을 모조리 만족시키는 방식으로 데이터들을 bottom up 방식으로 쌓아 올려서 종국에는 손바닥만한 크기에 수식을 다 잡아 넣는 것 입니다.

지하, 지상 모든 수식의 레일이 모두 하나의 수식 레일로 연결시키는 방식이 선보이게 될 것 입니다.

인류 과학의 가장 성공한 모델이 바로 QED (양자 전기역학) 인데 이 모델에서 지금껏 가장 이론치와 실험치가 부합하여 측정된 물리량이 일반인에게 생소한 <g-factor> 로 전자의 자기 모멘트에 관한 값으로 소수점 아래 13자리까지 측정되어 있습니다.

 

이론물리학자 <파인만>, <도모나가>, <슈윙거> 등은 이 실험값과 잘 부합되게 요리조리 잘 조합한 이론인 <재규격화 이론>으로 노벨 물리학상을 수상한 바 있습니다.

작년, 올해에 걸쳐서 CERN(유럽 공동원자핵 연구소) 에서 발표하여 세계 언론의 1면 톱기사를 장식한 힉스입자에 관한 보도를 접해 본 분들이 있을 것 입니다.

제로존 이론은 힉스 입자의 제원(대략 125.9GeV) 등과 초끈 이론에서 잘 활용되고 있는 <오일러>의 감마 상수를 이용하여 g 인자를 유도해 보이는 논문이 추후 제출될 것 입니다.

얼마전에 게시글에 올린 t 쿼크 값이 PDG(Particle Data Group, 2013년 7월 12일 14:21)에서 발표한 값과 정합할 때 놀란 것은 그만한 사연이 있었던 것 입니다.

이번 추석 연휴기간 제로존이 방콕에 있었던 사연이 그렇습니다.

 

누가 이런 이야기를 했다지요?

사실이 소설보다도 훨씬 기묘하다고.

 

오늘은 2013년 9월 25일 수요일 입니다.

1914년에 발표된 <조지웰스(George Wells), 과학소설로 유명한 미국 소설가, 문명 비평가>의 소설 '해방된 세계'에서 그는 원자폭탄의 비밀이 1933년 한 물리학자에 의해 풀린다고 예언한 바 있습니다.

그 책이 출간 후 19년이 지나 1933년 이론 물리학자 <레오질라드>는 동료 물리학자들이 행하고 있는 고급 정보를 알아내고 실제로 원자폭탄이 맹글어 질 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

그는 황급히 미국으로 달려가서 <아인슈타인>에게 그 사실을 알렸는데, <아인슈타인>은 처음에는 고개를 살래살래 흔들면서 부정적인 답변을 내 놓았습니다.

그러나 <레오질라드>의 진지하고 상세한 설명을 듣고 나서 자신이 무엇을 해야 할지 행동에 나서게 된 것 입니다.

 

1930년대 <아인슈타인>은 원자핵에서 얻을 수 있는 에너지는 너무나 작은 양이라서 무시무시한 폭탄이 될 수 있을 가능성에 대해서 생각해 보지도 못했던 것 입니다.

오늘날 우라늄 원자핵 하나가 가지고 있는 에너지는 10^12 배(수조 배)까지 증폭이 가능하다는 것은 너무나 잘 알려져 있습니다.

핵의 연쇄 반응(chain reaction)에 대한 물리적 메카니즘이 바로 그것 입니다.

오늘날 모든 물리학자들이 잘 사용하고 있는 격언들은 다음과 같습니다.

"금지되지 않은 일은 반드시 일어난다."

 

제로존은 오래전부터 자신에게 일어나고 있는 심상치 않은 사건에 대해서 여러 각도로 조사해 본 적이 있습니다.

왜 이런 일이 아주 평범한 범부인 내게 일어나는가에 대해서 생각한 바, 틀림없이 예전에 누군가는 그런 예언을 한 사람이 있을 것으로 생각하여 흰 깃대가 꽂힌 집들도 찾아가 보고 서점을 들러서 관련 서적을 백방으로 찾아 본 적도 있습니다.

다음 이야기는 그냥 전설따라 삼천리 같은 이야기로 가볍게 읽어 주시기 바랍니다.

그런데 아주 흥미롭게도 그런 책? 한권을 읽게 되었습니다.

그 책에는 제로존이 처음 연구를 하던 계기의 세자씩 7줄의 21자 내용이 나와 있는 것을 보고 화들짝 놀란 적이 있습니다.

게다가 처음 대전에서 일을 도모하기 시작했다는 말도 나왔습니다.

밤을 새워서 밑줄을 긋고 읽어 본 후 가까운 지인에게 보여 주었는데 그냥 아무말 없이 지냈으면 좋겠다고 이야기 해서 오늘 이 시각까지 입을 봉하고 있을 뿐 입니다.

 

천체 물리학자 <스티븐 호킹>이 아주 흥미로운 이야기를 들려주었더군요.

"두개의 서로 다른 대상을 연결시키려면 바라보는 관점을 바꾸어야 한다.

실제는 법칙, 숫자를 동일시 하는 본질적인 해석 안에서 찾아야 한다 !"

그리고 그는 제로존이 직접하고 있는 데이터 검색 방식에 관해서도 소름 끼치게 이야기 하고 있습니다.

"궁극의 이론은 실제로는 서로 다른것 처럼 보이는 이론들의 연결망일 수도 있다.

한 이론의 연쇄 고리를 충분히 쫓아가면 어떤 범주의 관찰 결과를 예상 가능한 이론들의 무한 연쇄가 존재한다.

이 세상에 궁극 이론이 실제로 존재할 수 있는 가능성 중의 하나이다."

 

<아인슈타인>의 이야기를 빼 놓을 수 없겠지요.

그는 다음과 같은 말을 남겼습니다.

"어린아이를 이해시키지 못하는 이론은 아무짝에도 쓸모 없다."

어떤 유명한 수학자는 이렇게 이야기 해서 제로존의 마음을 뜨겁게 했습니다.

"고차원 연산에 대한 지식이 늘면 늘수록 아무 상관없어 보이는 대상들간에 놀라운 연관성을 새롭게 발견하게 된다."

 

神과의 대화라는 책을 써서 베스트셀러가 된 한 저서에서는 이런 이야기가 나옵니다.

"펜이 저절로 움직이기 시작했다....

내가 받아적는 속도보다 훨씬 더 빨리 대답이 나오는 바람에 그것을 쫓아가려고 안간힘을 썼다.

생명은 파동이고 진동이며 가장 위대한 개념은 가장 위대한 체험으로 전환시키는 것이다.

앎만으로는 충분하지 않다.

영혼은 체험하고자 한다.

말은 가장 비효율적인 전달자다.

내가 말로 교류하는 일은 거의 없다.

내가 쓰는 교류 형식은 바로 '느낌'이다.

그것이 바로 영혼의 언어인 것이다."

 

힉스입자 존재 확인 뉴스에 ...

 제로존 ;

먼저 영국 이론 물리학자 <피터 힉스>박사님에게 참으로 진심을 다해 경의를 표합니다.

흡사 제로존 자신의 입장처럼 눈시울이 뜨거워지고 금방이라도 눈물이 쏟아질 듯 합니다.

발견 당시 검은 머리가 50년이란 그 수많은 세월이 흐르는 동안 흰 눈을 맞았군요.

힉스 입자에 대해서 처음 제로존이 알게 된 것은 연구 초기 시절 교양 과학 서적을 통해서 알게 되었습니다.

처음 힉스 입자를 대했을 때의 느낌은 무덤덤했습니다.

너무나 추상 이론적이라서 그 입자를 실험실에서 발견해 내는 것이 솔직히 쉽지 않았다고 생각했기 때문 입니다.

그 입자 하나를 발견해내기 위해서 동료 물리학자들이 얼마나 많은 애를 쓰고 있는가에 대해서 절절히 다가오지 않았기 때문 입니다.

 

그런데 제로존이 정식 교과서가 아니라 제로존 이론을 공부하느라고 관련 입자 물리학 교양 과학 서적을 읽을 때마다 약방의 감초처럼 힉스 입자에 대한 이야기가 마무리를 하고 있다는 것을 차츰 차츰 눈에 들어오기 시작했습니다.

그도 그럴 것이 10 여년 전에만 하더라도 소립자 물리학의 표준 모형에서 드러난 입자들의 상관관계라든지 제반 해석에 관한 내용들에 치중했고 힉스 입자를 발견해내기 위한 고에너지 가속기의 도움이 절실하다는 것쯤만 수박 겉 핥기식으로 알게 되었던 것 입니다.

힉스 입자의 발견이 왜 그렇게 중요한지에 대해서 본격적으로 관심을 갖기 시작했던 것은 전직 페르미 연구소 소장이었던 실험 물리학자가 쓴 국내에서 출간된 <神의 입자>라는 저서를 읽는 순간부터였습니다.

처음에 입자 이름 앞에 '神'이라는 형용사를 붙일 때 쫌 심드렁했습니다. 일반적으로 외국 사람들은 조그만한 사실도 확대 해석하고 쫌 풍이 심한 것으로 생각했기 때문 입니다.

 

이런 확대 해석 풍조는 조금만 긍정적으로 생각을 더해 보면 확실히 외국 사람들은 동료들의 사소한 일에도 격려를 해주고 칭찬을 아끼지 않는 그들만이 가진 문화 사조였다는 것을 차츰 차츰 알게 된 것 입니다.

특히 어떤 일을 열심히 하다가 마땅히 좋은 결과를 얻지 못하고 의기소침하고 침울해 있는 동료들에게 어깨를 두드리고 격려해 주는 사회적 풍조는 정말 국내에서 보기 드문 문화라는 것이지요.

이런 격려의 문화는 추후 우리들도 참으로 본받아야 한다고 생각합니다.

특히 <피터힉스>의 경우 그의 논문이 처음 소개될 때는 소립자의 표준 모형이 자리잡기 시작했던 격랑치고 암울했던 과정이었으므로 거의 동료 물리학자들로부터 무관심으로 일관했을 가능성이 많은 것으로 추측됩니다.

간혹 동료 물리학자들로부터 '소설을 쓴다'는 모욕도 들었을 것이고 또 실제로 이와 유사한 모욕스러운 이야기를 듣기도 했습니다.

 

그런데 표준 모형이 성공하기 시작하면서 차츰 한숨을 돌린 소립자 물리학자들이 그런 성공이 있었던 원인과 배후를 캐기 시작했던 것 입니다.

전세계적으로 이런 배후캐기의 가장 밑바닥에는 힉스 입자의 존재가 필요하다는 것을 한명, 두명, 세명 인식하기 시작한 것 입니다.

이런 배후캐기의 물결이 서서히 퍼져나가는 과정에서 입자 가속기 실험을 주도하고 있는 지도자적 위치에 있는 물리학자들이 드디어 마음이 동했던 것 입니다.

마음이 동했다는 것은 그런 힉스 입자를 발견해 내기 위해서는 어마어마한 새로운 가속기 실험이 필요하다는 것을 인지하게 되었다는 뜻 입니다.

한마디로 모험인 것이지요.

이런 모험은 입으로 말하는 것이 아니라 엄청난 자본과 자원이 소요된다는 말과 다름 없습니다.

 

가속기 실험의 지도자적 위치에 있는 사람들이 돈줄을 꽉 쥐고 있는 정치하는 사람들을 설득해야 되는 그 과정이 정말 쉽지 않습니다.

실제로 그 실험을 해서 돈이 펑펑 쏟아지는 것도 아니고 해서 소위 정치하는데 엄청난 자존심이 구겨지고 설득하는 과정의 세월이 흘렀습니다.

드디어 힉스 입자를 발견해내기 위한 고에너지 가속기 실험의 장치가 실현되기 시작했습니다.

이런 과정의 세월의 이야기를 거의 대부분 동료 물리학자는 말할 것도 없고 과학에 호기심이 있는 일반인들의 관심속에서는 이미 망각해 있었습니다.

제로존도 마찬가지였고요.

이런 내용을 나름 소상히 알게 된 것은 神의 입자 라는 책을 얼마나 읽었던지 그 책이 너덜너덜 겉표지가 날아갈 정도 였을 때 였습니다.

 

당연히 제로존이 神의 입자라는 쪽에 관심을 둔 것은 아닙니다.

전번에 산 책이 하도 너덜너덜해서 다시 새책을 사고 밑줄을 긋고 본격적으로 정독하는 과정에서 왜 동료 이론물리학자들이나 실험 물리학자들이 힉스 입자의 존재에 대해서 광분하는지를 이해하게 되었습니다.

제로존의 입장이 아닌 표준 모델의 큰 성공을 가슴에 지닌 동료 물리학자들의 입장에 서서 볼 때 이론 물리학자 <피터 힉스>가 이야기 한 그 입자 이름 앞에 '神'이라는 형용사를 붙히는데 대해서 그야말로 동감을 해도 좋다는 내면의 울림이 있었습니다.

그러나 ..... 그런 공감의 내면 울림이 있었음에도 불구하고 제로존은 또 한쪽의 휑한 마음을 솔직히 시인하지 않을 수 없었습니다.

<피터 힉스>가 말한 그야말로 神의 입자의 존재가 실험적으로 확인되었다고 하더라도 그로부터 물리학자들의 작업이 완료된 것이 아니라 그야말로 이제부터 물리학이 가야하는 작은 시작이 개시된다는 생각이었습니다.

 

어느 순간부터 <힉스 입자>가 정말로 존재할지 모른다는 생각이 피어오르기 시작했고 왜 소립자 물리학자들이 엄청난 관심을 가질 수 밖에 없는 진정한 사연을 깨닫기 시작할 때 제로존은 이미 그 이후의 일에 대해서 본격적인 가동을 하고 있었습니다.

그것은 기본 물질 입자에 대한 제대로 된 질량과 상호 관계에 대한 수식의 발견이 더 필요했던 것 입니다.

표준 모델이 참으로 위대한 것은 여러가지 이유도 있지만 수백개가 넘는 실험실에서 쏟아져 나오는 입자 무리들을 단 12개의 기본 입자군으로 <<단순화>>한 것에 더 무게를 둔 것 입니다.!

이거 정말 쉬운 일 아닙니다.!!!

피와 땀과 눈물로 밤샘을 하면서 이 위대한 업적을 일구어 낸 물리학자들의 노고가 있었다는 것을 제로존은 잘 알고 있습니다.

그들의 노고에 대한 영광을 더 높히 내세우기 위해서는 그런 입자들의 상관 관계에 대한 정보를 알아서 아주 간략한 수식에 대한 노력이 필요했습니다.

 

기본 물질 입자에 대한 상관 관계를 알아낸다고요?

이런 일은 그야말로 하늘에 계신 神이나 할 수 있는 일이지 그야말로 상상도 할 수 없는 일 입니다.!

기본 입자중 전자 가족들이 있는데 이를 렙톤 가족이라고 합니다.

렙톤 가족중에 실험 물리학자 <마틴 펄>이 발견한 타우 입자는 전자와 뮤온과 달리 그 입자 질량 제원이 상대적으로 불확도가 높습니다.

게다가 3종의 중성미자 입자는 질량 상한치만 알려져 있을 뿐 인데다가 믹싱(mixing)된 입자들의 성질에 대해서 알기 위해서는 우주론쪽으로 정보를 확장해 나가야 합니다.

나머지 기본 물질 입자인 쿼크 6종 또한 질량 제원에 대한 불확도 또한 높습니다.

특히 light quark 인 d,u,s 쿼크의 질량에 대한 신뢰도가 극히 낮습니다.

이들의 기본 물질 입자의 상관 관계를 알아낸다고요????

 

우주론에서 초신성이 폭발한 가운데서 새로운 별의 씨앗이 되는 물질이 생성되는데 그 물질의 한 중심에 암흑 에너지나 암흑 물질의 후보가 되는 중성미자 입자군이 있습니다.

뉴트리노를 지상에서 관찰하기 전에 초신성에서 이미 만들어질 수 있다는 이 뉴트리노군을 입자 물리학자들은 또 다른 기호를 써서 m1, m2, m3 라고 지칭하고 있습니다.

이들 입자군이 오실레이션(입자들의 내적 진동하는 성질)을 하여 전자성, 뮤온성, 타우성 뉴트리노라고 알려져 있는 것 입니다.

이미 카페에서 우리나라 실험 팀이 그동안 잘알려져 있지 않았던 타우뉴트리노와 전자뉴트리노 간의 변환 관계 비율을 발견한 적이 있다고 언급한 바 있습니다.

 

이미 오래전부터 뉴트리노 입자군과 쿼크 입자군 사이에 흥미로운 관계를 파악하고 있었던 제로존은 그 관계식을 이용하여 m1, m2, m3 입자군의 질량 제원과 그 상관 관계 구조를 파악하는데 PDG의 다른 입자군의 정보를 컴퓨터에 넣어서 다양한 시뮬레이션과 분석을 하는데 온 힘을 다 기울였습니다.

그 분석에서 나온 수식의 질량 제원이 제대로 들어맞기 위해서는 가장 필요한 단계가 2007년 8월 신동아에서 발표한 미터법 7가지 단위 및 조합단위의 수치 및 제반 물리상수를 거의 이론적으로 정확하게 계산해둘 필요가 있습니다.

여기에는 아~ ! 중력 상수까지 다양한 수학 상수들의 관계 구조에 대한 계산이 전제되어야 하는 것 입니다.

그야말로 빅데이터 개념이 활성화되지 않으면 불가능한 일 입니다.

수백가지의 수학, 물리학 상수 및 기본 관련 입자 제원에 관한 전문 요원이 아니면 불가능한 일 입니다.

이 전문 요원이 바로 제로존 혼자 뿐 입니다.

 

중력 상수가 왜 하필 그 수치인가?

미세구조 상수가 왜 하필 그 수치인가? 등등

이 질문에 답하기 위해서는 꼼짝달싹할 수 없는 기본 입자들의 상관 관계 구조를 실험 데이터와 모두 정합성을 확인해 두지 않으면 함부로 이야기 할 수 없습니다.

작년에 이 작업이 모두 완료된 바 있습니다.

2013년 올해 초 제로존은 게시글에 2013년이 참으로 놀라운 기적의 해가 될 수 있다는 요지의 이야기를 한 적이 있습니다.

얼마 전 2013년 7월 12일 14:21 분에 PDG가 발표한 입자 편람 정보를 보고 나서 제로존이 대한민국 만세 라고 외친 적이 있습니다.

그 사연을 글로 이야기 하기에는 너무나 벅찹니다.

 

PDG의 발표를 격정의 환호속에서 읽은 다음 자신에 찬 제로존은 이제 그 기본 물질 사단을 만들어 낸 힉스 입자의 제원 분석에 들어간 바 있습니다.

실험 데이터로 알려진 힉스 입자의 질량 제원을 컴퓨터로 그 데이터를 연쇄적으로 따라 나가다 보니까 <톰슨>의 단면적 상수가 드러나기 시작했습니다.

<톰슨>의 단면적 상수를 다시 분석해나가다 보니까 불확도가 대단히 낮아서 매우 정밀한 값을 알 수 있는 수소 스펙트럼의 정보와 관련된 보어 반경이 나오기 시작했고 급기야 물리상수 중에서 제로존이 알고 있는최고의 정합도를 지닌 리드베리 상수로 이어졌습니다.

이를 역으로 계산하면 힉스 입자의 제원에 대한 불확도 계산을 개선할 수 있다는 것을 확신할 수 있었습니다.

아~, 힉스 입자가 존재할 수 있구나 하는 확신을 가지면서 그날 이제 내일 병원 가야되겠다는 생각으로 일단 자리를 나섰습니다.

 

다음날, 진료가 끝나고 난 후 다시 힉스 입자의 데이터에 관한 데이터 분석을 숨도 쉬지 않고 맑은 정신으로 추적해 나갔습니다.(날 아무도 건드리지 마!)

놀라운 일이 생겼습니다!!!

힉스 입자가 그 놀라운 물리상수에 연결돼 있다는 것을 발견하게 된 것 입니다.!

그 놀라운 물리상수란 태초 이후 가장 성공한 과학적 이론으로서 표준 모델을 사용해서 성공시킨 놀라운 실험과 이론의 극적인 결합 바로 g 인자(g-factor)라는 상수였습니다.

이 수치는 지금까지 이론 실험의 성공으로 나온 상수로서 소수점 아래 13자리까지 알아낸 놀라운 수치 입니다.

이론 물리학자 <파인만>과 <도모나가>, <슈윙거> 등이 재규격화라는 이론을 만들어 계산해 낸 전자의 자기 모멘트의 정보 수치인데 이를 계산해내어서 노벨 물리학상을 받은 적이 있습니다.

국제 특별기구 CODATA에서 발행하는 물리상수 리스트 전부에서 가장 불확도가 낮아서(10^-13) 가장 정확한 수치 정보를 제공해 주고 있는 그 유명한 물리 상수 입니다.

 

이 g 인자에 관한 수치를 실험치와 맞추기 위해서 얼마나 힘든 계산의 세월을 소요했는지 극소수 관련 전문가도 익히 잘 알지 못합니다.

<파인만>은 기존 입자 실험 데이터와 정합시키기 위해서 g 인자 계산을 역으로 추측해 낸 것 입니다.

본인은 널리 이야기하지 않았지만 여러 서적을 읽는 가운데서 30여년의 세월이 소요되었다는 것을 알게 되었습니다.

한마디로 <파인만>은 실험치 수치를 끼워 맞추기 위해서 엄청 고생을 한 것이지요.

이 g 인자를 알아내기 위해서 처음 착수한 것은 <전자 자체 상호작용>과 관련된 계산에서 무한대를 피하는 방법을 궁리하다가 이른바 <재규격화(renormalization)> 라는 이론을 발견하게 되었고 이 이론을 정식화 하면서 g 인자에 대한 실험과 정합한 수치를 계산해내게 된 것이지요.

그런데 파인만 뿐만 아니라 다른 두 사람도 똑같은 재규격화 이론을 발견하여 그 공로로 노벨 물리학상을 수상하게 된 것 입니다.

 

여기서 제로존이 파인만의 이야기를 하는 과정에서 실험실 수치를 끼워 맞춘다고 했지요.

그런데 실제로 그 실험치를 끼워 맞춘다는 말이 복잡한 계산을 해보지 못한 물리학 아마추어들은 도저히 이해가 될 수 없습니다.

말이 끼워 맞춘다는 것이지 실험실 데이터를 촘촘히 박아 논리를 엮어나가서 최종 실험치와 맞추는 작업이란 그야말로 로또 당첨되는 확률과 비슷 합니다.

그건 그렇고 .....

<<힉스 입자에서 g 인자가 유도된다>>는 사실에 제로존은 또 한번 밤을 새우게 되었습니다.

이 이야기는 아주 전문적인 이야기로 올리지 않을려고 하다가 게시글에 힉스 입자의 이야기가 나와서 올리게 된 것 입니다.

축하 합니다 !

축하 합니다 !

얼마나 고생을 하셨습니까? 피터 힉스 박사님!

 

힉스 입자의 존재는 이제 의심의 여지가 없이 사실로 판명될 것은 물리적 시간 뿐입니다.

이 존재의 파급 효과는 제로존 이론이 그 이후의 일에 더 흥미가 있을 것이라 생각됩니다.

빅뱅의 초기를 연구해야 하던 인플레션 이론을 발표하여 우주론의 퍼즐 풀기에 일단은 성공을 한 장대한 이야기가 이어져 나갈 것 입니다.

곧 우주 전체의 크기 및 허블 상수를 통한 관측 실험에서 우주의 임계 밀도와 실제 우주 밀도가 일치된다는 놀라운 이야기가 그것 입니다.

여기서 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체 및 허블 상수를 통한 대략 137~138억년과 관련된 샌디지의 발표가 맞았다는 것을 이야기 할 차례 입니다.

182억년과 무슨 관련이 있는지에 관한 내용,

아울러 우주 상수 오메가와 람다에 관한 이야기가 전개되겠지요.

소립자 물리학에서 우주 임계 밀도의 정확한 계산이 나온다면 세상은 또 얼마나 한바탕 환호의 축제가 될런지 모릅니다.