나는 누구인가 7. 현대과학으론 아직 풀지 못한 존재의 비밀은 무엇일까?

 

 

 

게이지 대칭

 

과학자들은 네 가지 힘을 어떻게 통일할지 막막하기만 했다.

이때 자연스럽게 유행하기 시작한 것이 있다.

그것은 바로 동양 철학의 태극이다.

혹시 자연계는 태극처럼 대칭으로 되어 있는 것은 아닌가?

이런 생각은 게이지 대칭을 입자 물리학에 접목하게 됐고

오늘날 가장 정답에 가깝다고 여겨지는 표준모형을 불러오게 하였다.

 

소립자의 세계를 관측하면 마치 잔잔한 호수에 돌멩이를 던지는 것과 같은 변화가 발생한다.

여기저기 온통 파동뿐이고

그래서 원래의 호수 표면을 알 길이 없다.

고전물리학에서 입자로 기술하는 방식은 더 이상 통하지 않기에 어쩔 수 없이 양자역학의 확률적 방법을 써야 하는데

그만큼 정확도는 떨어질 수밖에 없다.

 

출렁이던 호수를 다시 잔잔하게 만들려면

어떤 힘들이 교류하며 대칭을 잡아줘야 한다.

대칭을 잡기 않으면 균형이 깨져 다시금 출렁일 것이다.

여기서 대칭을 잡게 해 주는 게이지 입자들이 필요하게 됐고

이것을 대입하여 힘의 원리를 정리한 것이 표준모형이다.

 

자, 이게 게이지 입자들이 대칭을 잡아 호수 표면이 잔잔해졌다.

바람이 멈춘 고요한 호수, 여기엔 어떤 변화도 찾아볼 수 없다.

질량이 완전히 사라진 것이다.

만일 어디선가 바람이 불어준다면 대칭이 깨지면서 다시 파도(질량)가 넘실댈 것이다.

이처럼 지량이란 입자들이 대칭이 깨지면서 발생한 굴곡진 변화의 산물이다.

 

여기서 커다란 모순이 발생한다.

익히 알 듯이 표준모형은 기초 입자들의 대칭을 기반으로 하는 이론이다.

이론대로 되면 호수 표면이 태극처럼 균형을 잡으면서 파도를 잦아들게 할 것이다.

파도가 멈추면 질량 역시 사라져 버린다.

 

질량은 우리 3차원 우주를 구성하는 질료이며 대들보이다.

따라서 질량이 없이는 빅뱅도 없고 수많은 은하와 별들, 그리고 생명도 기대할 수 없다.

이런 문제 때문에 표준모형이 처음 나왔을 당시에 과학자들의 주목을 끌지 못했다.

동양철학의 태극을 멋대로 끌어다 쓰다

삼천포로 빠졌다는 비판들도 생겨났다.

 

여러분들이 그 시점에 처해 있다면

어떻게 이 문제를 해결할 것인가?

만일 그것을 해결한다면 노벨상을 타게 될 것이다.

여기서 등장한 것이 바로 자발적 대칭성 깨짐이다.

호수가 잔잔하게 유지되고 있다가 그것이 현실로 드러나게 될 때

저절로 대칭성이 깨지면서 질량이 생겨난다는 이론이다.

다시 말해 삼라만상 모든 것이 대칭을 이루어 질량이 없다가

어ᄄᅠᆫ 고차원 존재의 개입 내지 3차원에 의해 비로소 질량이 생겨나 현시로하된다는 얘기이다.

 

 

슈뢰딩거의 고양이처럼 우스꽝스럽고 기괴한 설명은

과학자들의 큰 관심을 불러오게 되었고

결국 이것을 입자물리학에 처음으로 도입한 난부 요이치로는 2008년에 노벨 물리학상을 수항하게 되었다.

 

갑자기 물리학이 이상한 나라의 앨리스가 된 느낌이다.

하지만 앞서 얘기했듯

소립자의 세계는 4차원과 접경이 있고

그렇기에 3차원적 사고로 이해하기 어려운 일들이 수없이 발생한다.

2차원 평면 세계에서 사각뿔을 접하는 것처럼.

 

그런데 산을 하나 넘으면 또 산이다.

[자발적 대칭성 깨짐]이 발생한다고 하면서 얼렁뚱땅 넘어가면 과학이 아니다.

대칭성이 깨지면서 어떻게 질량이 생겨나는지에 대한 뚜렷한 모델을 제시해야 할 것이다.

 

여기서 등장한 것이 잔잔한 호수에 던져질 돌멩이다.

돌멩이만 호수에 던져지면 대칭성이 깨지고

한쪽으로 쏠림 현상이 일면서 질량이 생겨날 것이다.

일단 물보라만 일어나면 질량이 생기고, 이로써 3차원 우리 우주를 만들어 낼 수 있게 된다.

 

 

돌멩이가 필요하다고 처음으로 외친 이가 힉스이다.

그래서 힉스 돌멩이

다시 말해 힉스 입자라 부른다.

이때부터 힉스 입자를 찾기 위해 천문학적인 돈을 쏟아붇기 시작했다.

미국에선 20여 년 전에 2조 원가량을 투자하고도 그 재정적 압박을 이기지 못해 포기하고 말았다.

 

하지만 누군가 이 일을 계속하지 않으면

인류의 발전은 멈출 것이다.

그래서 유럽연합이 무려 10조원을 들여 둘레가 27km에 이르는 관측 장비를 만들었다.

그것이 바로 2008년 9월 10일,

마침내 공식 가동에 들어간 유럽 원자핵 공동연구소의

대형 강입자 충돌기이다.

 

 

그러면 이 시점에서 질량이 어떻게 만들어지는지 살펴보자.

질량은 4차원에 대한 저항값이다.

누차 말하지만 질량은 어떤 구체적 실체가 있는 것이 아니라

[저항값을 지닌 정보 덩어리]를 말한다.

 

질량이 없는 잔잔한 호수, 이것은 4차원과 접하는

이를테면 국경 같은 것이다.

잔잔한 상태로 있으면 질량이 없다.

질량이 없다는 얘기는 4차원에 달싹 붙어 있다는 뜻이다.

 

그런데 누군가 이것을 흔들면 저항값이 생기면서 질량이 붙게 된다.

이렇게 되면 3차원으로 떨어지게 된다.

 

과연 누가 있어 이것을 흔들 것인가?

 

우리 우주가 실험실 안의 한 공간이라면

그런 방법도 일리는 있을 것이다.

하지만 138억 년에 이르는 광대한 시공간을 창조하려면

그와 같은 방식으로는 어림도 없다.

 

4차원의 누군가가 호수를 들어서 저항값인 질량을 갖게 해야 한다.

만일 어떤 인격적 존재가 거대한 돌멩이를 던진다든지

아니면 손을 마구 휘저어 대칭성을 깬다면

그가 우리에게는 조물주가 될 것이다.

하지만 자연 법칙에 그런 조물주가 등장하는 것은 결코 아름답지 않다.

아마 존재하는 법칙 가운데 최악의 그림이 될 것이다.

 

 

그렇다면 4차원의 어떤 현상에 의해 저절로 대칭성 깨짐이 일어나야 한다.

그러려면 호수와 맞닿아 있는 4차원의 한 지점에서 진동이 일어나야 한다.

그 진동이 순간에 그치지 않고 지속적으로 일어나야 한다.

잠깐 일어나다 멈추는 진동이라면

우리 3차원은 수포와 같은 짧은 수명을 갖게 될 것이다.

 

4차원 징동...!

이것은 [빅뱅 시에 받은 충격파]에서 찾을 수 있다.

 

4차원의 한 단면이 빅뱅에 의해 쪼그라들자

마치 원래 상태를 회복하려는 면역작용 같은 것이 일어난다.

이것이 3차원과의 경계면에 지속적인 진동을 일으켜 댄다.

이제 잔잔했던 호수는 일순 일그러지면서 저항값

즉 질량이란 것이 생겨난다.

 

이때 3차원 질량의 세계에 별로 쓸모없어 보이는 입자도 나타난다.

그것이 한 개일수 있고 여러 개 일 수 있다.

바로 힉스 입자이다.

힉스 입자는 4차원 진동에 의해 질량이 생겨나는 과정에 이쪽저쪽에 끼지 못해 남게 된 흔적 같은 것이다.

힉스 입자가 어떤 구체적 역할을 할 것이 아니다.

 

요컨대 빅뱅에 이해 생겨난 4차원 진동

이것이 자연의 대칭성을 깨고 질량을 부여하게 된다.

 

 

이때 우리가 주목해야 할 것이 있다.

우리가 알고 있는 질량이란 것

이것은 결국 0에서 나왔다는 점이다.

4차원에서 질량을 준 것이 아니라

없던 질량이 생겨난 것이다.

쉽게 말해 0에서 1, 2, 3이 나왔다는 얘기이다.

 

삼라만상을 유라고 보면 불가능한 일이다.

하지만 삼라만상이 공이고 정보라면 가능하다.

정보가 3차원적 해석을 내리게 되면서 질량이 나오고

결과적으로 세상이 좀 더 실감 있게 그려지게 된 것이다.

 

정보...!

삼라만상 모든 것의 실체는 정보이다.

질량으로 인해 마치 어떤 실체가 있는 것처럼 착각하고 있을 뿐이다.