물질의 궁극적인 끝은 무엇인가요?

이동용박사(항공기계공학), ACT뉴스 2015년 8월

 

 

 

물질에 대하여 초보적이지만 체계적인 연구를 시작한 사람은 희랍 철학자 데모크리토스(Democritus 460-370BC)라고 할 수 있다. 그는 고체 덩어리 물질을 작게 깨뜨리고, 작게 깨진 것을 또 쪼개고, 그것을 또 쪼개는 과정을 계속하게 된다면 더 이상 나눌 수 없는 그 물질의 끝에 이를 것으로 생각하였다. 그는 더 이상 나눌 수 없는 그 궁극적인 알맹이를 아토모스(Atomos)라 하였고 오늘날 이것을 원자(Atom)라고 부른다.

 

 

 

19세기까지 과학자들은 모든 물질이 원자라는 더 이상 쪼갤 수 없는 궁극적인 알맹이로 이뤄졌다고 생각하였다. 과학기술의 발전으로 원자는 중앙에 핵이 있고 주위에 전자가 돌고 있으며, 중앙의 핵은 다시 양성자와 중성자가 강력히 결합된 것으로 알려졌다. 이 양성자와 중성자의 수에 따라 원소를 분류하고 체계화한 것이 바로 교과서에 나오는 원소주기율표(Periodic Table)이다.

 

그 후 20세기 중반에 이르러서 입자가속기가 개발되었고, 이를 통하여 양성자와 전자를 분리하는데 성공하였다. 이로써 더 이상 쪼갤 수 없다고 생각하던 원자설의 문제점이 드러난 것이다. 이어서 다양하게 개발된 입자가속기들을 통하여 원자핵을 다시 양성자와 중성자로 분리하였고, 또한 고에너지로 가속된 양성자빔(proton beam)을 서로 충돌시켜서 양성자를 더 작게 쪼개는 실험이 가능하게 되었다. 그 결과 양성자 빔의 충돌 실험에서 쪼개져 나온 알맹이를 쿼크(Quark)라고 부른다.

 

지금까지 입자물리 분야의 과학자들이 연구결과로 제시하는 표준모델은 쿼크입자 6개와 그들의 힘을 매개하는 입자

2개, 경입자 6개와 역시 힘을 매개하는 입자 2개로 모두 16개의 입자들이다. 그리고 이 16개의 입자들로 하여금 질량을 갖게 하는 또 다른 입자가 존재하는 것으로 기대해왔다. 이 입자가 소위 신의 입자 또는 마지막 입자로 알려진 힉스입자이다. 그런데 지난 2012년 7월 4일 유럽공동체의 고에너지 입자가속기 연구소(CERN) 과학자들이 그동안 미스테리로 알려진 힉스 입자로 보이는 입자를 찾았다는 발표를 하였었다(힉스입자에 대한 내용은 Creation Truth 09, 2012를 참조바람).

 

 

 

현재 힉스입자에 대한 연구는 과학계에 최대의 관심사이며 한창 진행 중이다. 결과는 더 지켜보아야 하겠지만 오늘도 첨단 입자물리학에서는 물질의 궁극에 대하여 계속 도전하고 있는 것이다. 지금까지 앞에서 언급한 여러 종류의 다양한 미립자들이 발견되었지만 이 발견들이 물질의 근원에 대한 답을 주기 보다는 오히려 물질 내부의 신비한 조화가 계속 드러나고 있음을 보여 주고 있다.[1-2]

 

일반적으로 가장 간단한 물질로부터 복잡한 물질로 스스로 진화해 간다고 생각하는 것이 자연주의적 발상이다. 자연주의 입장을 취하는 사람들은 먼지 보다 더 작은 티끌로부터 우주가 시작하여 은하계가 형성되었고 그 은하계로 부터 태양계, 그리고 지구와 같은 행성이 생겨났으며, 또한 생명도 우연히 출현하여 오늘 우리가 목격하는 바와 같이 존재하는 것으로 믿는다. 그러므로 모든 근원이 물질에서 비롯된다는 것이다. 그러나 이제까지 연구 결과를 통해서 볼 때 아무리 작고 간단한 입자 일지라도 그것이 저절로 생겨날 수 없으며, 입자 세계는 우연과 저절로의 관점으로 설명할 수 없는 필연적인 질서와 조화가 있음을 보여주고 있다. 오늘날 우리들은 최첨단 연구 덕택에 하나님의 창조의 신비와 지혜를 더욱 실감하게 되는 것이다.

 

(전 8:17) …하나님의 모든 행사를 살펴보니 해 아래에서 행해지는 일을 사람이 능히 알아 낼 수 없도다 사람이 아무리 애써 알아보려고 할지라도 능히 알지 못하나니 비록 지혜자가 아노라 할지라도 능히 알아내지 못하리로다.

(롬 11:33) 깊도다 하나님의 지혜와 지식의 풍성함이여, 그의 판단은 헤아리지 못할 것이며 그의 길은 찾지 못할 것이로다.

 

[1] Perkins, D.H., Introduction to High Energy Physics, Cambridge University Press, 2000.

[2] Veltman, M., Facts and Mysteries in Elementary Particle Physics, World Scientific Publishing, 2003