매장된 이더 물리에 대한 개인적 호기심 탐구 시리즈입니다.
아인슈타인의 상대성 이론, 소립자, 양자역학을 짚어보고, 궁극적으로 이더 물리를 파헤칩니다.
이전글 - [Aether 물리] #17 전하량, 메손, 바리온
기본입자는 블랙홀?
지금까지 살펴보고 있는 기본입자는 사실 그 존재가 모호합니다. 모델에 따라 존재한다고 가정되는 것들입니다. 그래서 소립자론으로 불립니다. 기본입자들은 구별할 수 있는 특성이 몇 개 없습니다.
"질량" "스핀" "전하" 뿐입니다.
위 특성이 같은 두개의 입자를 구별하는 것은 불가능합니다. 소립자론이 맞다고 해도, 모든 물질은 기본입자로 이루어져 있고, 그 입자들을 구별하는 특성은 질량, 스핀, 전하 뿐입니다. 이 말은 세상의 모든 것들은 구성 성분만 보면 크게 다를게 없다는 의미입니다.
빛도 빠져나갈 수 없다는 블랙홀도 기본입자처럼 구별할 수 있는 특징이 질량, 스핀, 전하뿐입니다. 이 특징이 일치하는 두 개의 블랙홀은 구별해 낼 방법이 없습니다. 별이 일을 다하고 블랙홀이 되면, 남는 특성은 질량, 스핀, 전하뿐입니다. 학계에서는 이를 두고 "블랙홀에는 털이 없다"라고 얘기하고, 이것은 무모 이론(no hair theorem)라고 합니다. 이런면에서 블랙홀과 기본입자는 비슷합니다.
블랙홀은 시공간에 구멍이 생긴 것이라고 얘기합니다.그렇다면 혹시 기본입자도 블랙홀일까요? 소립자론을 설명하는 주류 이론은 초끈이론(super string thoery)인데, 여기서 기본입자는 블랙홀이다라는 가설과 논문이 많이 발표되고 있습니다.
블랙홀이 생기는 이유는 별이 핵연료를 다 쓰면 자신의 중력 때문에 붕괴되기 시작하여, 별의 무게가 중심에 집중되어 중력이 커져서 중심마저 붕괴되어 시공간에 구멍이 뚫리기 때문입니다. 참고로 이것도 가설입니다.
여기서 잠깐!
블랙홀의 반대되는 개념으로 화이트홀이란 개념도 있습니다. 블랙홀이 빛도 빠져나가지 못하는 구멍이라면, 화이트홀은 에너지가 뿜어져 나오는 홀입니다.
기본입자도 블랙홀과 비슷한 상황입니다. 기본입자는 질량이 가볍지만 상대적으로 무게가 중심에 집중되면 시공에 구멍이 뚫립니다. 초끈이론에서는 기본입자는 물질이라기 보다는 구멍으로 봅니다.
파고들면 파고들수록 기본입자라는 것은 입자로 보기가 어려운 것 같습니다. 질량이 0이라고 하질 않나, 구멍이라고 하질 않나, 또 입자는 입자인데 파동성을 가지고 있다고 하질 않나... 이럴 바에 그냥 입자를 파동으로 보면 되는 거 아닐까요? 파동은 질량도 없고 형태도 없으니까요. 대신에 파동은 외부 에너지 흐름에 변하고, 때로는 에너지에 의해 딱딱한 형태를 띠기도 하니까요. Ocam's razor가 필요한 순간이라고 생각되네요.
참고책에서도 기본입자의 본질은 양자장이며, 알갱이가 아니라고 합니다! 정확히는 다음과 같이 적혀 있습니다.
에너지가 양자장의 어느 한 점에 집중되면 그것에 작은 디지털 파동이 생기는데 이것이 소립자다. 일단 생기면 우리는 그것을 입자로 인식할 수 있다. 예를 들어 전자에는 전자장이 있는데 그곳에 에너지가 집중되면 작은 디지털 파동, 즉 전자가 생기는 것이다.
주류 물리학에서도 기본입자를 진짜 입자가 아니라 그 본질은 파동으로 보는 거 같습니다. 더 자세히는 초끈으로 보는 것이겠죠. 기본입자를 정말 물질 덩어리로 보면 이해하기가 편할텐데, 물리학은 이를 용납하지 않는 방향으로 흘러가는 거 같습니다.
초끈이론에서 모든 기본입자는 중심에서 진동하는 "에너지 끈"의 표현물이다!
초끈이론으로 넘어가면, 기본입자 자체도 또다른 "기본" 초끈으로 되어 있다고 하니, 도대체 정말 기본 물질이라는게 있을까 싶네요.
참고
소립자 물리학은 다음 책을 참고하였습니다.
