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우리의 우주 물질계를 이루는 가장 기본적인 입자는 현재 표준이론(Standard Theory)에서 17개가 존재한다고 밝혀 놓았습니다. (이 표준이론은 여러 명의 노벨 물리학상 수상자를 탄생시켰지요.)

소립자인 쿼크(Quark)는 Up, Down; Charm, Strange; Top, Bottom 여섯 가지이며(아래 보라색 박스), 경입자(Lepton)는 전자(Electron), 중성미자(中性微子 Electron Neutrino); Muon, Muon Neutrino; Tau, Tau Neutrino 여섯 가지(아래 초록색 박스)입니다. 쿼크와 경입자는 물질을 구성하는 입자입니다. 또한 입자 사이를 매개하는 광자(光子 Photon), 글루온(Gluon), Z Boson, W Boson(빨간색 박스), 그리고 물질에 질량을 제공하는 힉스 보존(Higgs Boson)이 있습니다.

 

Elementary Particles (17 Particles)

Quarks.png

 

위의 입자와 입자 매개체들은 이미 체른(Cern) 입자가속기로 그 존재가 입증된 것들입니다. 최근에 발견된 Higgs Boson은 그것을 처음 창안한 Higgs 박사에게 노벨 물리학상을 안겨 주었지요.

 

위의 표를 보면, Up 쿼크의 전하가 양전하로 2/3, Down 쿼크는 음전하로 -1/3입니다. 가장 가벼운 원소인 수소 원자의 핵은 양성자 1개와 중성자 1개로 이루어지고 그 가장자리를 전자 1개가 돌고 있지요. [전자 궤도의 정확한 표현은 구름과 같은 형태이며, 하이젠베르크(Heisenberg)의 불확정성 원리에 따라 전자의 속도와 위치를 동시에 파악하기가 불가능하며, 그냥 전자의 위치에 관한 확률분포만 알 수 있을 뿐이지요.]

Up 쿼크 2개와 Down 쿼크 1개가 결합하여 +1의 전하를 띈 양성자가 되고, Up 쿼크 1개와 Down 쿼크 2개가 결합하여 전하가 0인 중성자가 됩니다. Charm, Strange, Top, Bottom같은 2, 3세대 쿼크는 입자가속기로 입자를 서로 충돌시켜 만들어낼 수 있으나 그 수명이 지극히 짧기 때문에 자연상태에서는 잘 관측되지 않습니다. 그래서 108개의 원소로 이루어진 원소주기율표상 자연상태에서 존재할 수 있는 원자 내부의 원자핵들은 사실 Up 쿼크와 Down 쿼크로 이루어져 있다고 할 수 있습니다.

 

그런데 유리구슬을 쿼크 크기만큼 잘게 쪼개듯이 이런 쿼크들을 그만큼 더 잘게 쪼개면, 모든 것은 진동하는 초미세의 끈이 되어버립니다. 그 끈은 진동하는 에너지입니다. 이를 초끈(Superstring)이라 부릅니다. 초끈들은 Tensor(수리기하학적 개념)라는 개념으로 쿼크의 에너지 배열을 설명하는데 수학적으로 가장 잘 들어맞아서 이론적으로 발견된 것이며, 아직 현대과학 수준으로는 초끈들을 직접 관측할 수는 없습니다. 하지만 1980년대 이후로 과학계에서는 초끈이론을 점차 정설로 받아들이고 있습니다. 그 초끈들은 초극미한 11차원 공간(물리적 공간 10차원 + 시간 1차원) 안에서 진동합니다. 물론 그런 초극미 세계를 벗어나면, 우리의 우주는 아인슈타인이 제안했듯이 4차원 시공간(물리적 공간 3차원 + 시간 1차원)을 이루는 것처럼 관측됩니다.

 

즉, 이 우주의 모든 삼라만상을 이루는 궁극은 진동하는 에너지라는 것입니다. 이 시점에서 과거 우리 조상들의 이기일원론(理氣一元論), 이기이원론(理氣二元論) 등의 논쟁이 비록 과학적인 토대는 결여되었어도 전혀 허탄한 허구만은 아니었다는 것이 되는군요.

결국 이 우주의 삼라만상은 공즉시색(空卽是色), 색즉시공(色卽是空)이 되는 건가요?

 

아래 그림들은 컴퓨터 그래픽으로 재현한 원자(아마 양성자가 4개인 베릴륨), 양성자, 초끈들입니다. 단, 원자 그림에서처럼 전자는 원자핵을 그처럼 가까이서 돌지는 않습니다.(그건 작은 그림에 전자와 원자핵을 함께 함께 그려넣어서 그런 것이고.) 실제로 원자핵의 크기가 축구공만 하다면, 한 점 크기만한 전자는 얼마쯤 떨어져서 돌고 있을까요? 만일 축구공(원자핵)이 강남역에 있다면, 전자 궤도의 반지름은 강남역에서 북한산만큼이나 멉니다. 즉, 강남역에 있는 축구공 크기의 원자핵을 한 점 크기의 전자가 북한산과 수원의 외곽을 돈다는 것이지요. 원자 하나만 보더라도 공간이 텅텅 비어 있지요? 그런데 왜 우리는 사과든, 책상이든, 돌이든, 바위든, 쇳덩어리든 손으로 만질 때 뭔가 물질을 직접 만진다는 촉각을 느끼는 것일까요? 그건 실제로 우리 손이 그런 물질을 접촉하는 것이 아니라, 그런 물질의 원자가 형성하는 장(Field)을 손의 신경이 받아 전기신호로 뇌에 보내고, 두뇌가 그것을 해석하는 것일 뿐이지요. 아마 자석의 자기장을 생각해보면, 장(Field)의 개념이 애해가 되실 겁니다. 즉 구체적인 무엇을 직접 접촉한다고 뇌가 해석하지만, 실제로는 장과 장이 느끼는 파동(Wave) 에너지일 뿐이라는 것을.

 

원자 (Atom)

원자.png

 

 

양성자 (Proton)

양성자.png

 

 

초끈 (Superstrings)

초끈들.png

 

 

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