힘의 정체는 무엇일까?

이동용 박사(항공기계공학), ACT뉴스 2016년 4월

 

    

 

우주를 구성하는 기본 요소로 시간과 공간과 물질의 창조, 그리고 빛으로 그 물질 세계를 완성하는 내용은 창세기 1장 첫째 날의 창조역사이다. 앞선 컬럼(빛은 무엇일까? Creation Truth Vol.23 No.10)에서 이 네 가지 요소들은 서로 연합되어 있으며 각각 독립적으로 생각할 수 없음을 설명한 바 있다. 여기서는 또 다른 요소로 우주에 존재하는 힘에 대하여 소개하려고 한다. 힘은 무엇일까?

 

물질세계에서 힘은 보이지 않는 실체로 공간과 물질을 통해서 서로 정교하게 균형을 이루며 만물을 붙들고 있다. 오늘날 우주에는 4개의 기본적인 힘들이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이 힘들은 표에 요약한 바와 같이 서로 매우 다르고 각기 고유한 특성을 가지고 있다.[1]

 

 

이 네 가지가 우주를 붙들고 있는 힘들이다. 그러나 천문우주 분야에 관한한 중력이 가장 중요한 힘이다. 중력은 다른 힘과는 달리 두 개의 기본적인 특성이 있다. 첫째 중력은 우주와 같이 천문학적으로 먼 거리에 상호 작용한다. 둘째는 우주에 존재하는 물체들 사이에 항상 당기는 힘으로 작용한다. 따라서 비록 매우 작은 힘 일지라도 우주의 거대한 스케일의 구조와 조화를 이해하는데 가장 중요하다.

 

대폭발(빅뱅)로 우주가 시작되었다고 생각하는 자연주의 과학자들은 비록 현 우주에 존재하는 이 힘들이 서로 뚜렷하게 다르고 고유한 특성을 가졌을지라도 과거 한 때 모두가 결합된 하나의 힘이었을 것으로 생각한다. 검증된 것은 없지만 빅뱅 초기에 우주의 온도가 엄청 높았을 것으로 보기 때문에 고온의 상태에서 약력과 전자기력과 강력들이 통합되어 하나의 힘의 상태였을 것으로 보는 것이다. 그리고 온도가 점차 낮아지면서 이 힘들이 서로 분리되었다고 생각한다. 처음에 강력이 먼저 분리되고 그 다음 전자기력이, 그리고 온도가 더 낮아지면서 약력이 떨어져 나오게 되어 오늘날과 같이 되었다는 것이다.

 

 

이 표는 오늘날 이론 물리에서 제안하고 사용하고 있는 시간과 온도의 스케일이다. 여기서 강력과 약력 그리고 전자기력의 통합을 추구하는 이론을 통일장 이론 또는 대통합 이론(GUT: Grand Unified Theories)이라고 부른다.[2] 여기에 중력을 더하여 4개의 기본 힘들을 통합하고자 하는 것이 바로 수퍼통합이론

(Super Unified Theory) 또는 소위 “모든 것의 이론(Theory of Everything)”이라고 알려졌다.[3] 하지만 지난 반 세기 동안 많은 학자들이 통합의 가능성을 제시해 왔지만 오늘날 물리학에서 대통합 이론이나 수퍼통합 이론 모두 실험적인 근거가 없다.[4] 사 초고온 상태에서 우주의 4가지 기본 힘이 통합될 수 있는 가능성이 입증된다 할지라도 그 자체가 우주가 그러한 역사를 거쳐왔다고 증명하는 것은 결코 아니다.

 

과학자들은 단지 우주에 존재하고 있는 힘들을 파악하고 그 힘들의 역할이 매우 중요함을 배워가고 있다. 입자물리에서 입자와 더불어 힘을 존재하게 하는 또 다른 실체(참고: Gluons, W&Z bosons, Photons, Gravitons 등)를 찾으려는 연구에 집중하고 있지만 왜 우주에 그러한 힘들이 존재하는지… 물질이 존재하기 때문에 힘이 존재하는 것인지 아니면 힘이 존재하기 때문에 물질이 존재하는 것인지 과학은 그 답을 주지 못한다.

 

하지만 구약성경 욥기에 “누가 지혜로 구름의 수를 계수하겠느냐 누가 하늘의 물주머니를 기울이겠느냐. 누가 티끌이 덩어리를 이루며 흙덩이가 서로 붙게 하겠느냐”(욥 38:37-38)라고 하나님이 욥에게 하신 질문을 통해서 힘의 기원에 대한 힌트를 찾을 수 있다. 또 신약성경 히브리서 기자는 창조주 예수님에 대하여 “이는 하나님의 영광의 광채시오 그 본체의 형상이시라 그의 능력의 말씀으로 만물을 붙드시며…”(히 1:3)라고 만물을 붙들고 있는 힘의 근원에 대하여 가르쳐 주고 있다. 과학자들이 힘에 대해서 연구할 수 있는 이유는 오직 그 힘이 우주에 존재하고 있기 때문이다. 어떻게 정교한 균형을 이루는 힘들이 만물을 붙들고 있게 되었는지 대해 과학은 답을 줄 수 없다. 그러나 지금까지 늘 사실로 드러난 성경의 가르침은 모든 기원의 문제들에 대해 정확한 답을 제공해 준다.

[1] Davies, Paul (1986), The Forces of Nature, Cambridge Univ. Press 2nd ed.

[2] Ross, G. (1984). Grand Unif ied Theories. Westview Press. ISBN 978- 0-805-36968-7.

[3] Stephen W. Hawking's Life Works: The Cambridge Lectures ISBN 1-55800-986-8 Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/The_Theory_of_Everything"

[4] Weinberg, Steven (1994), Dreams of a Final Theory, Basic Books, ISBN 0-679-74408-8