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

“3종 뉴트리노 관계식, 질량 밝혀 … 노벨상 0순위”

  • 방건웅 한국표준과학연구원 책임연구원·공학박사 gwbahng@kriss.re.kr

“3종 뉴트리노 관계식, 질량 밝혀 … 노벨상 0순위”

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“3종 뉴트리노 관계식, 질량 밝혀 … 노벨상 0순위”

미국 시카고 근교에 있는 페르미 국립가속기 연구소. 이곳에서도 중성미자 질량을 어림짐직할 뿐이다.

다시 말해 에너지와 공간이 등가(等價)임을 의미한다. 공간이 에너지로 가득 차 있고 공간의 형상이 국소적으로 뒤틀릴 때 전하가 발생한다고 가정할 수 있다.

여기엔 자연에 대한 인간의 이해를 깊게 하는 철학적 의미가 담겨 있다. 공간 그 자체가 에너지이며, 이것이 국소적으로 불균일하게 되면 전하가 발생하고 질량도 공간이 뒤틀린 것에 다름 아니라는 추정을 가능케 한다.

더 나아가면 공간이란 우리가 착각하고 있는 것일 뿐 실제로는 에너지만이 있는 것이라고 할 수도 있다. 결국 우주에 남는 것은 에너지로 가득 찬, 혹은 에너지 그 자체인 공간과 이 공간이 불균일하게 되면서 드러나는 갖가지 형상으로 구성돼 있다고 볼 수 있다. 이러한 경우 ‘초끈 이론’에서 주장하는 것처럼 우주는 단순히 파동으로 구성돼 있을 뿐(진동하는 끈)이라는 결론이 매우 설득력 있게 다가온다.

제로존 이론의 출발점은 광속과 플랑크 상수를 1로 두고 여기에 시간의 단위인 초(秒)도 같은 값으로 둔 것에서 비롯한다. 광속은 항상 일정한 것으로 알려져 있으며 따라서 시간이 일정하다면 거리는 항상 일정하다.

달리 말해 초를 1로 둔다면 광속은 공간의 기본단위가 될 수 있다. 플랑크 상수는 인간이 측정할 수 있는 에너지의 한계이며 따라서 양자역학적으로 에너지의 최소 기본 단위가 될 수 있다. 이 때문에 소립자 물리학에서 사용하고 있는 광속과 플랑크 상수를 자연단위계에서도 1로 두고 출발한다.



새로운 우주의 모습

제로존 이론이 자연단위계와 다른 점은 시간의 단위인 초(s)도 1로 둔 것이다. 여기서부터 최적화 과정을 거치고 여러 자연상수와 정합성 등을 종합적으로 검토하면서 그 누구도 이루지 못했던 모든 단위를 통합할 수 있는 숫자단위계를 구축했다. 시간과 공간이 광속을 매개로 하여 서로 연결돼 있으므로, 시간이 정해지면 공간이 그에 따라 동시에 정해진다는 이론이다. 달리 말해 시간과 공간은 본디 분리될 수 없는 것이라는 결론에 이르게 된다.

상상을 돕기 위해 달리 설명하자면 결국 우주는 액체 같은 에너지가 갖가지 형상으로 모습을 드러낸 것이다. 그 형상은 파동에 의해 결정될 뿐이다. 제로존 이론에 의해 도출된 숫자체계는 이러한 설명을 뒷받침한다. 이 파동들은 일정한 형태로 요동치고 있는데 그 일정한 패턴이 결국에는 자연상수라는 모습으로 드러난다.

인간을 포함한 자연은 이러한 현상의 일부다. ‘잣대가 스스로를 잴 수 없는 것’처럼 인간은 이러한 파동의 근원이 어디인지를 알 도리가 없다. 이것이 상대적인 관점에서 잣대를 들고 측정하는 관찰 행위에 의존하는 과학의 한계다.

다만 우리가 우주의 모습을 짐작하는 최상의 방법, 달리 말해서 가장 해상도가 높은 방법은 잣대를 통해 드러나는 자연상수들 간의 관계식을 찾아내는 것이다. 그 관계식이 간단하면 간단할수록, 그리고 출발 기준이 되는 기본 단위가 작으면 작을수록 그만큼 해상도가 높다고 할 수 있다.

제로존 이론은 이와 같이 간단한 관계식의 일부를 처음으로 찾아낸 것이다. 이것으로 각종 입자의 질량과 관계식을 알아냈으며, 전자의 질량과 전하량이 등가라는 것도 제시할 수 있었다.

앞으로 제로존 이론의 결과인 숫자 단위계를 널리 활용하게 될 때 공학적인 측면에서, 특히 컴퓨터 공학에서 일어날 변화는 예상하기조차 어렵다. 마치 레이저가 처음 발견됐을 때 그 누구도 이것이 어느 정도까지 활용될지 짐작하지 못했던 것과 유사하다.

자연 현상을 설명하는 출발점은 물리 상수로 알려진 자연상수다. 자연상수는 기초과학의 꽃으로서 그 중요성은 이들과 연관된 분야에 노벨상이 여럿 수여된 것만을 보아도 알 수 있는 일이다.

한 시대를 구분하는…

예를 들어 양자역학과 관련이 깊은 플랑크 상수, 조지프슨 상수를 비롯해 폰 클리칭 상수와 관련된 분야에 노벨상이 주어졌다. 자연의 모습은 궁극적으로 자연상수들 간의 관계식으로 표현된다.

제로존 이론에 의해 새로이 밝혀진 관계식은 자연의 새로운 모습을 보는 수단으로서, 그리고 단위들 간의 총체적 상호 관계를 처음으로 밝혔다는 점에서 귀중한 가치를 지니고 있다.

이 관계식과 이를 바탕으로 도출된 숫자단위계를 적극 활용한다면 단위 간의 새로운 상수뿐 아니라 지금까지 밝혀지지 않은 새로운 물리상수를 발견할 가능성이 매우 높을 것으로 추측된다.

이것은 기초과학의 획기적인 발전을 의미할 뿐만 아니라 연구 방법론에 있어서도 과학사의 한 시대를 구분하는 변화를 가져올 것으로 예상한다.

▼ 논문 제출처 : The European Physical Journal C (Review of Particle Physics)

▼ 논문 제목 : 1. Equation on 3 Types of Neutrino based on Relations among Major Particles (Date Submitted, 26-May-2006)

2. New Gauge Symmetry and Conservation Principle (Date Submitted, 21-Dec-2006)

▼ 현재 상태 : Under Review

▼ 최종 심사자 : Hagiwara, K



신동아 2007년 8월호

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방건웅 한국표준과학연구원 책임연구원·공학박사 gwbahng@kriss.re.kr
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