뮤온의 세계

뮤온은 전자와 전하량은 같지만, 질량은 전자의 207배 정도 되는 입자이다. 뮤온은 지구 밖의 우주에서 오는 복사선이 대기 중에 있는 원자와 충돌할 때 발생된다. 보통 실험실에서 느리게 움직이는 뮤온의 수명은 약 2.2 마이크로 세컨드(10의 마이너스 6승 초) 정도 된다.

실험실이 아닌 우주 복사에 의해 생긴 뮤온은 빛의 속력에 아주 가까운 속력으로 움직인다. 알려진 바에 의하면 이러한 뮤온의 속력은 빛의 속력의 약 99.97% 정도 된다. 따라서 실험실에서 측정한 뮤온의 수명과 뮤온의 속력을 곱하면 뮤온이 붕괴되기까지의 거리는 약 660m 정도가 나온다. 이 정도의 거리는 대기 중의 높은 위치에서 발생한 뮤온이 지표면까지 도달하기에는 너무나 짧은 거리이다.

하지만 예상외로 우주 복사에 의해 대기의 높은 위치에서 발생한 뮤온 중 상당수가 지표면에 도달하는 것이 관측된다. 그 이유는 무엇일까?

이 미스터리 같은 현상은 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 해결될 수 있다. 빛의 속력에 가까울 정도로 빠르게 움직이는 입자는 시간이 늘어나게 되면서 뮤온의 수명이 더 증가하게 되는 것이다. 이것이 바로 뉴턴의 근대 과학에서 가장 중요한 전제 사실인 시간의 절대성이 붕괴되는 가장 좋은 실험적 예가 된다.

빛의 속력에 가까운 빠르기로 운동하는 뮤온이 이동한 거리를 상대성 이론을 적용하여 계산하면 약 27,000m 정도 된다. 이 거리는 뮤온이 생성되는 지표면 위의 일반적인 높이보다 훨씬 더 커서, 우주 복사에 의해 발생한 뮤온이 지표면에 충분히 도달할 수가 있는 것이다. 이러한 이론적인 계산 결과는 1976년 스위스 제네바에 있는 유럽 입자 가속기 연구소에서 실험적으로도 증명되었다.

전자같이 아주 작은 뮤온에게도 어떤 상황이냐에 따라 그 세계가 달라진다. 즉 세계는 상대적이라는 뜻이다. 이렇게 보이지도 않을 정도의 입자의 세계도 상대적인데 우리 인간의 세계는 어떤 것일까? 나 아닌 다른 사람의 세계는 내가 이해할 수 없는 완전히 다른 세계일 수 있다. 나의 기준과 생각으로 그 사람을 이해한다는 것은 어쩌면 불가능한 것인지도 모른다. 내가 이해가 되지 않는다고 해서 그 사람을 미워하는 것은 무슨 의미가 있을까? 내가 생각하는 것과 그 사람이 다르다고 해서 그가 비난을 받아야 할까? 나의 기준과 그 사람의 기준이 다르다고 해서 비판받아야 하는 것일까? 뮤온의 세계도 이렇게 상대적일진대 하물며 나와 다른 사람의 세계는 이해할 수 없는 것이 어쩌면 당연한 것인지도 모른다.