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발굴 특종 | 한국 재야 과학자의 제로존 이론, 세계 과학사 새로 쓴다!

길이, 온도, 질량, 시간의 無차원화… 소립자에서 우주까지 대통합

  • 박성원 동아일보 신동아 기자 parker49@donga.com

길이, 온도, 질량, 시간의 無차원화… 소립자에서 우주까지 대통합

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  • 우주의 고유한 숫자 발견
  • 빛의 속도(c)=플랑크 상수(h)=시간(s)=1의 의미는?
  • “세상은 광자(光子, photon)로 만들어졌다”
  • “아인슈타인 한계 뛰어넘어 물리학계에 엄청난 충격!”
  • “노벨 물리학상은 물론 우주의 원리를 밝힐 수도…”
  • 첨단 컴퓨터, 맞춤형 신소재 설계 등 막대한 경제 효과 기대
  • 향후 우주의 나이, 질량, 지름, 밀도 등도 발표 예정
길이, 온도, 질량, 시간의 無차원화… 소립자에서 우주까지 대통합
‘신동아’ 8월호가 발행되는 2007년 7월17일은 한국의 과학계뿐 아니라 세계가 기억해야 할 날이 될지도 모르겠다. 75년 전 신동아는 창간호에서 ‘조선민족의 전도(前途)의 대(大)경륜을 제시하는 전람회요, 토의장이요, 온양소’가 되겠다고 다짐했는데, 그런 염원이 제대로 실현되는 날이 될 수도 있다.

지금부터 신동아는 15년 동안 ‘미친 듯’ 수만장의 수식(數式)을 써내려간 한 과학자의 이야기를 풀어 나갈 것이다. 이 글이 조그만 계기가 되어 조만간 그가 세계의 석학들로부터 과학의 역사를 새로 썼다는 평가를 받는다면 그건 대한민국의 경사이자 신동아의 자랑이 될 것이다. 그의 꿈이 이뤄지길 간절하게 기원한다.

“양동봉 원장은 물리학의 복잡한 수식을 모두 수치로 변환한다. 이를 통해 누구라도 쉽고 신속하게 방정식의 진위를 검증할 수 있다. 이는 수학자 라이프니츠, 괴델, 그리고 노벨물리학상을 수상한 파인만을 위시해 수많은 선대 물리학자가 시도했던 꿈의 검증 방식이다.”

단국대 부총장이자 전기전자공학 박사인 오명환 교수는 양동봉(梁東峰·53) 표준반양자물리연구원장이 발견하고 정립한 이론에 대해 이렇게 평가했다.

오 교수는 한국과학기술연구원(KIST) 부원장과 삼성그룹의 미래기술위원회 초대 위원을 역임했으며, 지난 6월엔 세계정보디스플레이학회 펠로상을 수상하는 등 세계가 인정한 학계 권위자다.

도대체 양 원장이 어떤 것을 발견했기에 오 교수가 이토록 극찬을 아끼지 않은 것일까. 우선 오 교수가 “물리학의 복잡 난해한 수식을 수치로 변환, 누구라도 쉽고 신속하게 검증할 수 있는 방법을 발견했다”는 말의 뜻을 알아야 한다. 이는 방정식의 좌변과 우변을 단순히 수치로 바꿔놓을 경우, 방정식의 진위는 쉽게 가려진다는 말이다.

예컨대 이런 문제를 풀어보자. 질량이 200kg(m2)인 우주선이 지구의 중심으로부터 지구 반경의 두 배가 되는 궤도를 돌고 있을 때 중력(N)은 얼마나 될까. 단, 지구의 질량(m1)은 약 5.98×1024kg이다.

읽기만 해도 골치 아픈 이 문제를 어느

물리학자가 F=G(m1m2/r[2])라는 공식으로

풀었다고 가정하자. 이 식이 맞는지, 틀리는지 검증하는 방법은 여러 가지겠지만, 핵심은 등호(=)를 만족해야 한다.

그런데 이렇게 하면 어떨까. 좌변과 우변 방정식에 단위로 등장하는 힘(N)이나 질량(kg) 또는 길이(m)를 수치로 바꾼다면? 그럼 좌변이든 우변이든 수치만 남을 것이고, 그 둘이 똑같은 숫자인지 확인만 하면 되지 않겠는가. 가령 좌변이 7.2349687…×10[41]이라는 숫자로 나온다면, 우변도 이런 숫자가 나오는지 보면 될 것이다.

이처럼 지금까지 과학자들이 발견한 단위를 수치로 나타낼 수 있다면, 그 어떤 방정식도 즉각 진위를 밝힐 수 있다. 이것이 오 교수가 언급한 ‘꿈의 방정식’이자, 세계적인 이론물리학자 데이비드 린들리가 말한 “물리학자들이 시도하는 본질적인 목표는 물리량(단위)에 숫자를 붙이는 것이고, 그 숫자들 사이에서 상호관계를 발견하는 것”이다.

그렇다면 단위를 어떻게 숫자로 나타낼 수 있을까. 미터(m)는 미터이지 이걸 숫자로 어떻게 바꾼다는 것일까.

과학계는 측정표준의 기초를 이루는 질량(kg), 길이(m), 시간(s), 광도(cd), 물질량(mol), 전류(A), 온도(K)의 7개 국제단위를 쓰고 있다. 과학자들은 이런 기본단위를 사용해 자연의 세계를 설명한다.

그런데 우리가 당연한 듯 받아들이는 이런 물리량이 사실은 세밀한 실험으로 찾아낸 것이고, 실험값은 계속 변한다는 사실을 알고 있는 사람은 많지 않다. 1m는 프랑스 파리에 보관된 이리듐 백금 합금으로 만든 1m 원기(原器)가 기준이었다. 그러나 과학이 발전하면서 지금은 빛이 진공에서 약 3억분의 1초 동안 진행한 거리를 1m로 정의한다.

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박성원 동아일보 신동아 기자 parker49@donga.com
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