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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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‘1’은 빛 알갱이 한 개

길이, 온도, 질량, 시간의 無차원화… 소립자에서 우주까지 대통합

양동봉 원장은 ”시간, 전류 등 7개의 단위를 하나로 통일했다”고 설명한다.

이를 통해 알 수 있는 사실은 단위 자체가 자연현상을 설명하는 것이고, 과학자들이 인위적으로 만들었다는 것이다. 따라서 그 단위의 개념과 기준은 시대에 따라 바뀐다. 한국표준과학연구원 방건웅 박사는 “지난해 인도에서 열린 아시아태평양 측정표준 협력기구 총회에서 물리적 단위를 자연 상수와 연관해 재정의 하자는 주장이 나왔고, 실제 2011년엔 질량의 정의를 바꿀 것”이라고 말했다.

예컨대 질량(kg)의 정의를 자연 상수의 하나인 아보가드로 상수로 표현하면 kg이란 단위는 사라지고, 숫자만 남는다는 것이다. 세계 과학계는 지금 단위를 ‘고정불변의 것’으로 생각하지 않고, 자연을 좀 더 잘 설명할 수 있는 방향으로 개정하고 있다.

양 원장의 발견이 놀라운 이유 중 하나는 7개의 단위를 모두 숫자로 바꾸는 데 성공했다는 사실이다. 예를 들어 그는 이미 1m를 3.335 640 951 981 520 495 755 767 144 749 2×10[-9]으로, 1kg은 1.356 392 666 244 510 898 295 876 032 956 4×10[50]이라는 숫자로 바꾸어놓았다. 마치 영화 ‘매트릭스’에 나오는 끝없는 숫자의 행렬을 연상케 한다. 그렇다면 이런 숫자들은 어떻게 발견했고, 의미는 무엇이며, 현재의 물리학을 어떻게 바꾼다는 것일까.

미터법(7개의 국제단위)을 통일하기 위해 양 원장은 c(광속)=h(플랑크 상수)=s(시간)=1이라는 공준(公準·증명이 불가능하지만 학문적 실천적 원리로 인정되는 것)을 정립했다. 양 원장은 이를 ‘제로존(Zero Zone) 이론’이라고 이름붙였다.



여기서 숫자 1이 의미하는 것은 빛 알갱이로 불리는 광자(光子) 한 개를 뜻한다. 따라서 광자 한 개와 빛의 속도, 우주에서 가장 작은 에너지 단위로 알려진 플랑크 상수, 그리고 1초가 같다고 보는 것이다. 광자 1개는 질량이나 속도, 시간과 거리(파장)가 모두 ‘1’로 등가(等價)를 이룬다는 설명이다. 다음은 양 원장의 설명.

“광자(photon)의 개수가 숫자이며 매순간 현상의 고유 진동수가 된다. 이 진동수는 숫자 1에 대한 연속성으로 자연의 수량화(quantification)가 된다. 자연의 수량화가 일정한 모임을 가질 때, 이것은 비연속성으로써 자연의 양자화(quantization)가 된다.”

이 같은 가정과 해석이 어리둥절하겠지만, 일단 받아들이기로 하자. 우리가 관심을 가져야 하는 것은 이런 가정으로 미터법이 어떻게 숫자로 바뀌고, 그것이 현대 물리학이 실험적으로 측정한 값과 어떤 관련이 있는지 확인만 하면 된다. 아인슈타인이 발견한 E=mc[2]이란 식을 이해하지는 못해도 현실에 광범위하게 응용하는 것처럼 말이다. 다만, 양 원장이 제시한 숫자 1은 ‘시간이 변해도 변하지 않는 것’ ‘세상에서 가장 작은 것’을 의미하는 것쯤으로 기억하자.

1kg과 1m를 더하면?

양 원장은 제로존 이론을 이용해 7개의 국제단위를 빛 알갱이의 개수로 표현하는 데 성공했다. 예컨대 길이를 뜻하는 미터(m)=αc[2], 질량을 나타내는 kg=βc[2], 온도(K)=ec[2] 등이다(기사 뒤에 표 첨부). 앞에서 언급한 1m=3.335 640 951 981 520 495 755 767 144 749 2×10[-9]을 다시 보자. 여기서 나열한 숫자는 ‘α’의 값이며, 1m 안에 이만큼의 광자가 들어 있다는 것을 뜻한다. 양 원장은 삼라만상(森羅萬象)이 빛 알갱이로 이뤄졌다고 가정하고 있으며, α, β 등을 ‘무차원 상수’라고 이름붙였다.

길이와 질량을 어떻게 이런 방정식으로 표현할 수 있는지에 대해서도 우리가 굳이 이해할 필요는 없다. 다만 물리학에 조예가 깊은 독자를 위해 오 교수의 설명을 덧붙인다. 일반 독자는 이 부분을 읽지 않아도 좋겠다.

“양 원장은 직관과 실험 데이터 분석을 통해 매우 간결한 하나의 공준을 발견했다. 자연의 복잡 다양한 현상을 표현하는 기존 미터법 단위 체계를 C(전하), V(전위), m(길이)의 3개 조합으로 분석했다. 이 때문에 나는 그가 물리학의 미시와 거시 세계를 관통해 기존 물리학계에 엄청난 충격을 줄 것이라고 믿는다.

또 하나, 그의 방법이 탁월한 것은 숫자 1을 모든 것의 비교 기준으로 삼아 해석과 계산의 원물질(Original Material)로 정의했다는 점이다. 계산한 숫자는 시공간의 크기 또는 고유 진동수(Hz)로 해석할 수 있다. 이는 우주의 모든 존재가 진동수만 다를 뿐 같다는 뜻이기도 하다.”

이번엔 양 원장이 말한 ‘무차원 상수’의 의미를 짚어보자. 우리말에 ‘차원이 다르다’는 뜻은 ‘서로 다른 용어끼리 호환이 불가능하다’거나 ‘서로 다른 용어로 표현이 불가능하다’는 것을 의미한다.

예를 들어 아버지, 어머니, 삼촌, 숙모는 차원이 같기 때문에 이들의 관계를 설명할 수 있다. 모든 관계를 아버지로부터 유도할 수 있기 때문이다. 그러나 아버지와 기쁨, 놀람, 파랑 등의 관계는 설명이 불가능하다. 차원이 다르기 때문이다.

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박성원 동아일보 신동아 기자 parker49@donga.com
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