진공이란 무엇인가
독서 전 상념:
一石선생(Einstein)을 기억해야 할 것은 사고실험에 있다. 논리적 생각으로만의 실험을 통하여. 時空의 상대성을 밝힌 것이다. 여기서 빛은 그 실험의 기준이라고 할 수 있다. 매질도 없이 심연(진공 포함)을 나아가는 빛의 속도가 언제 어디서나 동일하다는 가정 속에 오늘날의 우주관은 세워진다. 만약 빛의 속도가 상대적이라면 시공은 절대적일 수 있을까?
호킹박사는 신이 없다고 하고 [만들어진 신]의 저자인 도킨스가 이를 지지하는데 갑자기 의문이 든다. 진공이란 무엇인가? 진공에 공기도 없는데 그야말로 아무것도 없는가?
예전에 빛을 매개하는 에테르를 가정하였지만 그 존재는 검증되지 않았다. 따라서 빛은 매개물 없이 이동하는 파동이라고 한다. 1초에 지구를 7바퀴 반 도는 속도로.
진공이 무엇인지? 네이버에 물어보면 제대로 대답하는 내용이 없다. 진공이라고 해서 아무것도 없는 게 아니고, 암흑입자와 무슨 반입자 같은 것이 있다고는 하는데, 두루뭉실하다. 입자가 만일 없다 해도 중력이 작용한다면 아무것도 없는 것은 아닐 듯, 왜냐하면 물질과 에너지는 형태만 다른 것이니까.
히로세 타치시게 & 호소다 마사타가, 진공이란 무엇인가.
81쪽/ 진공은 전자기력의 장이나 중력의 장을 발생시킨다…… 그러한 장은 매질을 필요로 하지 않는다. 전자기장이나 중력장은 그 자신이 홀로 선 (독립된) 존재이다. 빛은 전자기장의 진동이다. 진동이 전달됨에 따라 힘이 전해진다. 진공은 그 안에 빛의 파를 포함할 수가 있는 것이다. 중력장은 어떤가. 진공은 물질을 놓아둠으로 인해 기하학적인 성질을 바꾼다……. 물질이 놓이면 진공에 변형이 생긴다. 이것이 중력장이다. 이 변형이 전파됨에 따라 중력이 전해진다.
84쪽/ 진공 중에 소립자(물질)를 놓아보면 진공은 그 중에 4개의 힘(강력, 약력, 전자기력, 중력)의 장을 발생시키는 속성을 나타낸다…… 진공으로부터 소립자가 발생하거나 소립자가 진공 속으로 사라지는 일이 있는 것이다……. 이러한 현상은 장의 이론(Field Theory)이라는 학문체계 속에서 취급되고 있다. 진공이 그 성질을 완전히 바꾸는 –상전이(相轉移)라 부름- 경우도 있다.
88쪽/수소원자는 중심에 양성자가 있으며 그 주위를 전자가 회전하고 있다. 따라서 양성자와 전자 주변에는 전자기장이 발생한다. 여기에 감마선이 들어오면 감마선 에너지가 물질화되어 전자와 양전자의 쌍이 발생하는 것이다. 양성자와 전자 사이는 빈틈투성이지만 그 빈틈에는 ‘진공과 거기서 발생한 전자기장’이 있고, 그 전자기장의 에너지가 물릴(전자와 양전자)로 전환되는 것이다.
106쪽/ ’양자역학적 진공’의 성질을 정리해보자 (1) 진공이란 마이너스 에너지가 충만되어 있는 바다이다. 이 전자는 마이너스 에너지를 가지고 있으므로 관측에 걸리지 않는다…… (2).….. (3)…… (4)……
109쪽/ 오늘날에는 ‘물질의 궁극적인 요소는 쿼크와 경입자’라고 인식되어지고 있다.
111쪽/ 쿼크는 전하 외에 적(赤), 녹(綠), 청(靑)이라는 빛의 삼원색에 대응하는 색을 갖는다. 전자나 양성자의 전기량을 ‘전하’라 했듯이, 쿼크의 삼색을 ‘색하(色荷)’라고 하자.
112쪽/ 전자기력은 전하를 가진 입자(경입자와 쿼크) 간에 광자를 교환함으로써 전달된다. 이에 반해, 강한 힘의 전달은 색하를 지닌 입자(쿼크)간의 글루온(Gluon: 교착자) 교환으로 이해할 수 있다. 여기서 주의할 점은 광자 자신은 전하가 제로인 중성입자이지만, 글루온은 8종류의 색하를 갖는다는 것이다.(백색은 ‘색하불활성’)
115쪽/ 약중간자가 작용하는 하량이란 경입자에도 쿼크에도 공통되는 것임에 틀림없다. 그것이 약하라는 것이다…… 약중간자의 종류도 하나 줄어서 3종류가 된다.(상(上, 反上), 하(下, 反下)를 상과 하로 대별하고 2 * 2 = 4 에서 下에서 下는 ’약하불활성’)
123쪽/ 이상진공(異常眞空)은 ‘전하’도 ‘색하’도 모두 제로이지만 ‘약하’는 갖는다.
132쪽/ 입자, 반입자가 그 중간에 있는 인력 때문에 응축된다고 생각하지 않더라도 새로이 ‘힉스입자’를 도입하여 그것이 진공을 응축시킬 수도 있다…… 만일, 힉스입자가 발견된다면, 진정한 의미로서 통일이론이 검증되는 것이 된다. 힉스입자는 게이지 대칭성을 정확하게 유지하면서 게이지 입자(약중간자)에 질량을 부여하기 위해서 영국의 힉스가 도입한 스핀 0 입자이다.
138쪽/ 네가지 힘의 요약
156~7쪽/
감상:
암흑에너지, 이 용어를 신문에서 보니, 예전에 고민했던, 진공이 떠오른다. 자세히 알아보니, 진공이 정말 비어있는 것이 아니었다. 진공 안에도, 또 무언가가 있다. 우주의 탄생과도 얽혀있는…… 空이란 말보다는 虛가 더 어울리는 개념이다.
진공이 단지 무엇인지 궁금해서 '진공이란 무엇인가' 란 책을 읽었는데 우주의 나이가 137억 광년 이란 것까지 알고야 말았다. 고작 100년도 못 사는 인간이 우주 탄생 직후 (38만년후) 의 흔적까지 확인하고 있다. 그리고는 이 우주 외에 또 다른 우주까지 상상한다. 이 광대 무변한 우주의 끝은? 가장 미소한 소립자의 세계에서 저 끝없는 천공을 요리하는 과학의 깊은 세계에서 눈을 돌려 진영논리로 모여 선악을 논담하는 소위 우리 지식인들의 수준을 생각하면 우리는 아직 문맹국에 불과한 것이 아닐까?
현재 자연은 100여개의 원소로 이루어져 있다. 초기 우주는 수소 등의 단순한 원자들로 시작하였으나 초신성등의 초고온에서 고비중의 원소들이 합성되었다나. 그리고 그 폭발로 전우주에 다양한 원소들을 공급하였다. 그런데 우리 몸을 이루는 유기물들은 이러한 별에서 공급된 원소로 이루어졌으니, 우리가 바로 ‘별의 왕자님’이라고 한다.
(2010년)
