제2장: 세상을 구성하는 근본적 형태와 움직임 (8)
시공간을 이루는 가장 근본적인 힘(특징/형태와 움직임)
그렇다면 원자핵은 전자가 자체적인 스핀을 갖는 것과 같이 하나의 스핀을 갖고 있어야 할 것입니다. 원자핵을 이루고 있는 양자들의 개별적인 스핀이 아닌 이 양자들이 서로 어떤 상호작용을 통해 하나의 원자핵 스핀을 형성해야 하는 것입니다.
이를 알아보기 위해 원자핵이 어떻게 구성되어야 하는지를 원자의 확률적/실체적 시공간 특징을 토대로 구성해 보겠습니다. 위에서 정리했던 내용(특히, 순환으로 정리한 그림)이 실질적으로 원자를 구성하는 근본적인 시스템이라면 이에 따라 구성한 원자의 형태가 지금까지 알려진 것과 같아야 하기 때문입니다. 그리고 만약 같다면 지금까지 정리한 내용을 토대로 원자핵이 어떻게 구성되어 있을지에 관해 보다 정확히 알 수 있음과 동시에 타당한 신뢰를 가질 수 있을 것입니다.
일단 원자핵이라는 실체적 형태와 크기는 운동량(확률적 시공간/파동)을 가지고 있음으로써 자체적인 시간을 가져야 할 것입니다. 이는 원자가 자체적인 파동을 가지고 있음으로써 주위에 퍼져 있는 파동과 상호작용할 수 있어야 하는 것으로 한 위치에서 유지되는 파동을 끊임없이 형성해야 함을 의미합니다. 이를 위해서는 일단 원자라는 실체적 시공간의 기준이 되는 원자핵의 운동량(파동)이 상대적으로 작은 질량과 크기를 가진 입자를 잡아 주위에서 구 형태로 존재하게 하여 지속적이면서 반복적인 움직임을 형성해야 함을 의미합니다. 즉, 원자핵과 전자는 각각 전하를 가져야 하는 것으로, 원자핵은 -전하를 띈 전자를 끌어들일 수 있는 +전하여야 하는 것입니다. 이는 전하를 띈 원자핵과 전자는 입자로서 단독으로 존재할 때 안정적임을 의미합니다. 그렇지 않으면 원자가 되기도 전에 불안정한 존재로서 붕괴될 것이기 때문입니다.
(다만 원자처럼 확률적 시공과 실체적 시공이 온전히 중첩(두 개의 상태가 하나로 공존/두 상태가 동시에 존재)되어 존재하지 못한다. 만약 원자가 관측되지 않아 파동으로 존재하게 된다 해도 원자를 구성하고 있는 양자는 서로를 빛을 통해 관측하고 있는 것이다. 즉, 파동이면서 입자인 것으로 원자는 파동일 때도 입자를 유지할 수 있으며, 원자일 때도 파동을 유지할 수 있는 것이다. 반면 양자는 외부의 영향이 파동인지 입자인지에 따라 파동 또는 입자로서 딱 하나의 상태로만 존재하게 된다.)
실제로 원자핵은 +전하를 띈 양성자로서 다른 양자보다 크고 무겁습니다. (중성자보다 조금 가볍지만 어차피 같이 원자핵을 이룬다.) 또한, 양성자와 전자는 단독으로 존재할 때 안정적입니다. (과학적으로 양성자와 전자의 붕괴가 관측된 적이 없다.) 그렇기에 수소 원자는 하나의 양성자가 전자를 가지고 있는 상태로서 안정적인 원자를 구성하고 있는 것입니다.
여기서 양성자는 가지고 있을 수 있는 전자의 수가 정해져 있어야 하며 원자핵은 하나의 양성자가 아닌 여러 개의 양성자가 결합될 수 있어야 합니다. 위에서 설명했듯 모두가 수소 원자로 존재하면서 같은 시공간 형태와 움직임을 가진다면 이는 하얀색에 세상에 하얀색의 존재를 증명하는 모순에 빠지기 때문입니다. 만약 하나의 양성자가 전자기적인 특징과 함께 어떤 한계 없이 모든 전자를 가질 수 있다면 최대한 퍼져 있는 상태를 유지하는 확률적 시공간에 위배되며, 모두가 같은 크기와 형태의 원자핵을 이루고 있다면 질량으로 기준을 형성하는 실체적 시공간에 위배되는 것입니다. 그리고 실제로 모든 존재는 하나의 양성자로서 하나의 전자를 가지고 존재하지 않습니다. (모든 존재는 수소 원자로 이루어진 원소가 아니다.) 지금 우리가 살고 있는 이 우주와 자연은 1개 이상의 양성자가 하나의 원자핵을 이룬 채로 1개 이상의 전자를 얻어 다양한 질량과 에너지를 가진 원소로 구성되어 있습니다. 이는 중력, 전자기력과 함께 원자핵에서 같은 전하에 대한 전기적 척력(전자기력)을 상쇄하고 여러 개의 양성자를 원자핵이라는 하나로서 묶는 힘과 그 힘을 담아내는 존재가 있음을 의미합니다.
*하나의 양성자가 가질 수 있는 전자의 수가 정해져 있다는 것은 원자에게 실체적 시공간(공간)으로서 존재하는 양성자의 수에 따라 확률적 시공간(시간)으로서 파동을 형성하는 전자들의 총 운동량(원자핵을 중심으로 돌고 있는 전자의 수와 상태)이 정해져 있는 것을 의미한다. 즉, 공간과 시간은 서로 하나인만큼 하나의 시간이 무한한 공간을, 하나의 공간이 무한한 시간을 담아낼 수 없는 것이며 균형이 존재하는 것이다.
이 존재는 양성자와 전자가 이미 존재하는 상황에서 또 다른 전기력을 가지지 않아야 하기에 전하를 갖지 않을 것이며, 전자기력을 이겨내고 같은 +전하를 가진 2개 이상의 양성자를 붙여야 하는 만큼 양성자와 함께 존재할 때 굉장히 큰 힘을 가져야 할 것입니다. 여기서 이 힘은 모든 존재를 이루는 원자의 원자핵(기준)에 적용되어야 하는 만큼 가장 강력한 힘으로서 작용될 것입니다. 만약 이 힘이 전자기력과 중력보다 약하다면 원자는 자신의 시공간을 유지할 수 없을 것이기 때문입니다. 동시에 수많은 시공간들이 이 강력한 힘으로 인해 하나로 뭉쳐지면 안 되기 때문에 일정 범위를 넘어서면 서로 결합되는 힘에 저항하는 전자기력이 더욱 강하게 작용될 것입니다. 이는 강력한 힘이 전자기력보다는 매우 작은 범위에서 보다 강한 힘으로서 존재하면서도 일정 범위를 넘어서면 전자기력보다 약하게 작용됨을 의미합니다.
그리고 이런 힘을 발휘하면서도 전하를 가지고 있지 않은 입자는 단독으로 있을 때 불안정해야 할 것입니다. 존재한다면 어떤 방식으로 든 실체적 시공간으로서 자신만의 위치와 크기(중력)를 가짐과 동시에 확률적 시공간으로서 다른 파동과 함께 상호작용(전자기력)을 할 수 있어야 하기 때문입니다. 어떤 전하도 갖지 않은 채 주변의 전하를 띄는 양자와 어떤 전자기적 상호작용도 하지 않은 존재는 확률적 시공간을 실체적 시공간으로서 증명하지 못한다는 점에서 시공간의 특징에 모순되는 것입니다. 이 존재는 가지고 있는 공간(실체적 시공간)에 비해 시간(확률적 시공간)이 매우 작거나 없는 것으로서 매우 불안정한 상태를 갖는 것이며 불안정한 상태로서 자체적인 시간(확률적 시공간)을 갖게 됩니다. 이 불안정한 상태는 시간과 공간이 불균형을 이루고 있는 상태로 인해 발생되기에 시공간의 특징(균형)에 따라 맞춰 변화될 것이며, 이 변화를 일으키는 힘 또한 존재할 것입니다. 이 힘은 기본적으로 불안정한 중성의 입자를 시공간 균형(특징)에 따라 붕괴시키는 만큼 전자와 양성자로 붕괴시킬 것입니다. 동시에 이 힘은 중성입자가 불안정한 상태를 이루어 이 입자가 근본적으로 존재할 수 없는 것이 아닌 중성인 자신의 시공간을 유지함으로써 존재하게 하는 근본적인 힘으로서 존재할 것입니다.
그리고 이 힘은 강력한 힘(중성자가 두 양성자를 하나로 결합시키는)보다는 약합니다. 만약 강력한 힘보다 강하다면 모든 존재는 원자핵에서 중성 입자가 갑자기 붕괴하여 양성자가 되고 양성자끼리 발생되는 척력으로 인해 원자핵은 분열될 것이기 때문입니다. 단 1개의 양성자만이 원자를 이룰 수 있는 것으로 이는 위에서 설명했던 시공간 특징에 위배됩니다.
또한, 이 힘은 전자기력보다 강할 것입니다. 만약 이 힘이 전자기력보다 약했다면 애당초 중성 입자(양자)를 불안정하게 하는 힘은 존재하지 않았을 것이기 때문입니다. 전하 존재하지 않는 중성인 입자가 양성자(+)와 전자(-)로 붕괴된다는 것은 +전하와 -전하가 결합되어 있는 중성을 이루고 있는 상태를 깨트릴 수 있을 때 가능한 것입니다. 무엇보다도 이 힘은 중성 입자들을 없애고 전하를 띈 전자와 양성자를 만든다는 점에서 전자기력을 존재하게 하는 기반으로서 근본적으로 더 강한 힘이어야 합니다. 전자기력이 더 강해 중성 입자가 양성자, 전자로 붕괴되지 않는다면(이 힘이 존재하지 않았다면) 이 우주에서 전자기력을 증명할 수 있는 전하는 BigBang 이후 빠르게 사라졌을 것이며 아무것도 존재하지 못했을 것입니다.
그리고 이 중성입자는 양성자와 함께 원자핵을 이루어야 하기에 양성자와 강력한 힘으로 붙어 있을 때만이 안정적일 것이며 전자는 묶지 못할 것입니다. 양자적 상호작용을 의미하는 강력히 전자와는 이뤄지지 않는 것인데, 이는 양성자와 중성입자가 같은 양자로 이루어져 비슷한 질량/에너지, 크기를 가지며 전자는 그 특징이 완전히 다른 양자임을 의미합니다. (양성자와 중성자가 결합될 때 왜 중성자는 안정되는지는 뒤에서 추가 설명)
그렇다면 여기서 추가 질문이 생깁니다. 만약 위와 같이 약력과 전자기력으로 전하들이 유지되면서 각각 양성자와 전자가 하나씩 모여 수소 원자를 이룬다면 이 원자들은 서로 전자기력으로 밀어낼 것입니다 원자가 더 많은 양성자와 전자를 갖지 못하는 것입니다. 강력이 (거의) 발생되지 못하는 것으로, 한번 형성된 대부분의 (수소) 원자는 지금 우리 주변에 존재하는 더 무거운 원소를 형성하지 못한 채 자신의 상태를 계속 유지하면서 서로 멀어지기만 하는 것입니다. 즉, 원자들을 하나의 위치에 모을 수 있으면서도 모아질수록 더 큰 힘을 갖게 되는 중력이 필요한 것입니다. 시공간 특징에 따라 우주의 모든 존재(원자)는 시공간을 유지할 수 있으면서 성장을 가져야 하기에 기본적으로는 전자기력보다 약하지만 시간이 지나 원자들이 한 위치에 응축될수록 점점 힘이 커지는 것입니다. 그러다가 전자기력(원자 간 척력)을 이겨내게 되고 원자들을 구성하는 양자들이 서로 입자인 상태에서 부딪히게 되면서 핵융합과 핵분열이 발생되는 것입니다. 이때 발생되는 핵융합과 핵분열은 기존의 강력한 척력을 통해 높은 에너지(파동) 상태로 유지되었던 실체적 입자들의 모습(원자의 모습)이 한순간에 무너져 버린 것으로 이 높은 에너지는 사방으로 방출됩니다.
이렇게 더 무거운 원자핵이 만들어지게 되고, 이를 강력한 힘으로서 유지시키는 것입니다. 이러한 작용이 지금의 다양한 원자를 만들고 유지시키는 근본적인 존재(시스템)인 것입니다. 강력한 힘(강력), 약한 힘(약력), 전자기력, 중력은 하나의 시공간(우주)을 형성하면서 각각의 존재가 증명될 수 있는 것입니다. 각각이 상반된 특징을 가진 채 끊임없이 서로 상호작용하여 확률적/실체적 시공간과 함께 4차원 시공간을 담고 있는 우주를 이루고 있는 것으로서 각각의 힘이 필연적으로 존재하고 있는 것입니다. 서로가 상반된 특징을 가진 채 끊임없이 상호작용하는 것이 존재라는 개념의 근본으로서 이를 담아낼 수 있는 존재는 다시 한번 순환이 됩니다.
*위의 그림에서 공간의 강함에 대한 정의를 내린다면 다음과 같다. 우주의 근본적인 특징에 따라 만들어진 자연과 신체에서 강함이란 곧 본능으로서 당연하게 원하는 것이다. 이 본능이 없었다면 지금의 자신은 존재할 수 없었던 것으로, 이 본능은 항상 자신의 유지와 성장을 근간으로 삼고 있으며 생명의 특징이 된다. 이는 공간을 구성하는 질량이 존재 자체로 갖고 있는 특징으로서 이 특징과 같은 방향(한 위치에 모이게 하는 작용)을 가진 중력과 강력에 따라 공간의 수축과 이 수축을 유지하는 것이 곧 공간의 강함이 됨을 의미한다. 즉, 공간의 강함이란 끊임없이 뭉치면서(중력) 분열되지 않는 것(강력)이며, 순환에 따라 강력과 중력이 실체적 시공간을 이루는 입자들을 증명하는 힘이기도 한 것이다.
그렇다면 상반된 형태와 움직임에 따라 시간의 강함이란 끊임없이 분열되면서 서로 멀어지는 것을 의미할 것이다. 그리고 실제로 전자기력과 약력은 끊임없이 분열되어 서로 멀어질 때 존재할 수 있다. 그래서 언제나 전자기력과 약력은 스스로의 존재를 보다 안정적으로 증명하기 위해서 최대한 중력(한 위치에 고정시키려고 하는 힘)에 저항할 수 있는 상태를 유지하고 그 힘을 성장시키는 것이다. 즉, 시간의 강함은 더욱 분열되고(약력), 움직이고, 변화되는 것(전자기력)이며, 약력과 전자기력이 확률적 시공간을 이루는 에너지를 증명하는 힘이기도 한 것이다. 이렇게 시간과 공간의 강함이 순환하면서 서로 상호보완하여 이 세상은 유지되면서도 성장(변화)하는 것이다.
여기서 우주라는 시공간에게 유지와 성장을 하는 순환을 보면, 유지함으로써 자신의 공간(형태)을 증명하고 성장(방향)이라는 변화를 끊임없이 이루면서 시간을 증명하고 있는 것이다. 그리고 현재 우주의 모든 존재들은 끊임없이 빛을 퍼뜨리면서 공간을 팽창시키면서도 블랙홀이라는 가장 강력한 존재로서 하나로 수축되고 있다. 시간(빛)에 따른 공간의 팽창과 공간에 따른 시간의 팽창이 동시에 이루어지고 있는 것이다. 지금 우리가 보는 우주의 시간과 공간은 이렇게 서로를 증명하면서 순환하기 때문이다. 그리고 이보다 근본적인 이유는 순환에 따라 존재할 수 없다. 이는 우주 또한 자연과 신체가 가진 순환의 모습처럼 어떤 순환 과정을 통해 성장(변화)함으로써 또 다른, 새로운 우주를 만들고 계속 이런 과정이 반복됨을 의미한다. (자세한 내용은 5장 ‘4차원 시공간 순환파’에서)
*시공간의 움직임과 형태에 따라 만들어지는 근본적인 힘과 이 힘들의 상호작용 그리고 이 힘들을 담당하는 입자들을 순환의 모습에 따라 정리한 그림이다. (중성자와 양성자를 묶는 강력한 힘 = 강력, 중성자가 양성자와 전자로 붕괴되는 힘 = 약력)
그림에서 볼 수 있듯이 서로가 상반된 형태와 움직임을 가진 채 하나로 순환하여 시공간을 이루고 있다. 이는 모든 존재가 서로에게 필연적인 존재로서 서로에게 증명하는 방향으로 작동된다. 때문에 순환보다 근본적인 무엇인가는 존재할 수 없으며 하나로 순환함으로써 존재가 성립된다.
그리고 위의 모든 내용은 전부 과학적으로 검증된 사실입니다. 원자핵은 양성자가 홀로 존재하거나 양성자와 중성자가 강력으로 붙어 존재하고 있습니다. 중성자는 양성자와 강력을 통해 하나로 묶여서 존재하고 있으며 2개 이상의 양성자가 같은 전하(+)로서의 전자기력을 이겨내고 붙어있는 것은 중성자와의 강력 덕분입니다. 그리고 모든 물질들이 강력으로 붙어버리면 실체적 시공간만이 존재하는 것으로서 모순되므로 1.3펨토미터 이내의 거리에서만 강력이 전자기력보다 강하게 작용됩니다. 또한, 자체적인 전하를 가짐으로써 전자와 함께 전자기력을 이뤄 중성상태의 원자를 만들 수 있어야 하는 전자와 양성자는 단독으로 존재할 때 안정적입니다. 그러나 자연계에서 자유양성자는 온전히 유지되면서 존재할 가능성이 극도로 적습니다. 우주에는 양성자보다 매우 많은 수로서 빽빽하게 존재하는 고에너지의 중성미자들과 전자, 수많은 빛의 파장(전자기력을 띄는)들이 지속적으로 양성자와 상호작용하기 때문입니다. 그리고 중성자는 양성자라는 질량을 1:1로 묶을 수 있어야 하는 만큼 양성자와 비슷한 질량으로서 존재합니다. 그리고 이 질량을 이루는 입자와 에너지는 양성자와 같은 쿼크로서 결합 조건만 다른 채로 이루어져 있는 데, 이는 중성자 없이는 양성자 또한 존재할 수 없으며 같은 양자적 특징을 가지고 있음을 의미합니다.
(양성자는 업쿼크 2개, 다운 쿼크 1개 /중성자는 업쿼크 1개, 다운쿼크 2개)
그리고 중성자는 단독으로 있을 때(자유 중성자) 원자핵을 이루지 못하며 매우 불안정한 상태를 가집니다. 이 불안정한 자유 중성자는 곧 15분 이하의 반감기를 가지고 베타 붕괴를 갖게 됩니다. 베타붕괴는 약력에 의해 발생되고 중성자는 양성자와 전자, 중성미자로 붕괴됩니다. 즉, 중성자는 붕괴되어 양성자와 전자로서 원자를 이루던가 양성자와 결합되어 더 무거운 원자를 이루야 하는 것입니다. 이런 중성자의 운명으로 인해 중성자와 양성자로 이루어진 원자핵은 전자와 함께 전자기력을 통해 자체적으로 시공간(이중성)을 유지하고 증명하는 원자가 되는 것입니다. 그리고 이 원자들은 중력으로 모이게 되면서 다양한 형태와 움직임을 이루는 것입니다. 위의 내용에 따라 모든 존재를 이루는 기본 힘 중 강력이 제일 강한 힘으로서 작용되며 그다음으로는 약력, 전자기력, 그리고 중력 순으로 강한 힘이 됩니다.
*약력의 힘 자체는 전자기력보다 강하다. 그러나 매개하는 입자가 매우 무겁다 보니(W/Z보손의 질량은 양성자 질량의 37~39배 정도이다.), 상호작용 거리가 짧아지는 바람에 전자기력보다 약해진다. (약력의 힘 자체는 강력의 2.7% 정도이다. 전자기력은 0.95% 정도)
이렇게 우주는 시간과 공간의 균형에 따라 양자들이 다양한 원자를 이루어 시공간의 균형을 이룰 수 있게 끔 만들어져 있으며, 순환에 따른 시간/공간의 특징에 따라 이 시스템은 서로 상반된 형태와 움직임을 가진 힘과 입자들로 이루어져 끊임없이 상호작용하는 것입니다. 그리고 순환에 따라 전체 우주를 담아내는 시스템은 언제 어디서든 확인 가능할 것입니다. 하나의 원자가 전체 우주의 모든 시스템을 설명할 수 있어야 하는 것으로 이 원자의 기본적인 형태와 움직임은 다음 그림과 같습니다.
사진출처:http://wiki.hash.kr/index.php/%ED%8C%8C%EC%9D%BC:%EA%B2%BD%EC%88%98%EC%86%8C, _%EC%A4%91%EC%88%98%EC%86%8C, _%EC%82%BC%EC%A4%91%EC%88%98%EC%86%8C%EB%A5%BC_%EB%82%98%ED%83%80%EB%82%B8_%EA%B7%B8%EB%A6%BC.jpg
이 세상을 이루고 있는 원자는 가장 기본적인 형태와 움직임으로 수소원자를 이룬다. 위의 그림은 수소원자의 실체적 시공간만을 표현한 것으로 수소 원자는 동시에 파동으로 존재한다. 수소원자의 파동 모형은 수소원자의 오비탈을 보면 알 수 있다.
수소원자를 파동함수로 표현 : 수소원자 오비탈의 모습
