3-39. 과학의 천지창조 : 빅뱅 이론 3 - 힘. 입자와 공간을 만들다.

[하늘바다]

철학이야기 : 다시 쓰는 유레카
(1부. 우주 / 3장. 우주 시뮬레이션)

   39. 과학의 천지창조 : 빅뱅 이론 3

   (4) 강입자의 시대(Hardron era. 10의 -32초 ~ 1만분의 1초)

   우주가 팽창하면서 온도가 낮아지고 마지막까지 결합되어 있던 약력과 전자기력이 분리되었다. 물리학이 정의하는 네 가지 힘이 분리되었다는 것은 각각의 힘을 전달할 물질들이 탄생하였다는 의미이다.

   나는 철학적 직관에 의해 물질의 생성원인을 급팽창의 반대급부인 급수축의 작용이라고 정의하였다. 최초의 에너지가 급수축을 통하여 물질을 만들었다.

   전자기력의 매개입자인 광자가 만들어져 좁아터진 우주를 헤집고 다닌다. 어마어마하게 높은 에너지를 머금은 광자는 전자와 양전자를 만들며 사라진다. 이를 쌍생성이라 한다.

   강력의 매개입자인 글루온도 이미 만들어졌고 이들에게 영향을 미칠 쿼크와 같은 비교적 무거운 입자들도 만들어진다. 어쩌면 글루온의 강력한 힘이 쿼크를 만들었을지도 모른다. 아무튼 글루온의 영향으로 쿼크와 쿼크가 합쳐져 양성자와 중성자가 만들어지기 시작한다.

   아직 초고온의 밀집 상태이기 때문에 입자들이 뭉치고 폭발하는 과정이 반복된다. 입자들의 폭발에는 약력이 작용한다.

   힉스입자가 힉스장으로 변해 기본 입자들에게 질량을 부여하는 요술을 부리기 시작한다. 질량에는 중력이 작용하고, 중력은 아직은 우주가 너무 좁아서 힘을 발휘하지 못하지만 오랜 시간이 지난 후 거대해질 우주 공간 사이에서 별들과 물질들을 다스릴 준비를 하고 있다.

   이 시기를 강입자의 시대라 한다. 우주의 시간은 어느덧 1만분의 1초만큼 흘렀다.

   올림픽 때 선수들이 거의 동시에 들어오면 사진 판독을 한다. 통상 올림픽 경기의 사진은 1천분의 1초 단위로 찍히기 때문에 아주 미세한 차이로도 누가 먼저 결승점을 통과했는지 대번에 알 수 있다. 그러나 우주는 다르다. 대폭발 후 대통일 시대, 급팽창을 거쳐 강입자의 시대까지 우주가 세 번이나 환골탈퇴를 하였지만 시간은 고작 1만분의 1초가 흘렀다. 사진판독기로도 판정 불가한 시간에 우리 우주는 세 번이나 옷을 갈아입은 것이다. 1만분의 1초라는 눈깜짝할 시간보다도 훨씬 작은 시간 동안 우리 우주는 우주를 구성할 모든 준비를 마쳤다.

   그런데 어떻게 이런 것이 가능할까? 이것은 마치 텔레비전에 전원을 꼽는 것과 같다. 전원을 연결하면 순식간에 텔레비젼 화면에 영상이 켜진다. 우주가 마치 이런 식으로 확 켜졌다는 느낌을 지울 수 없다.

   (5) 입자와 반입자의 탄생 (1만분의 1초 ~ 1초)

   강입자의 시대가 끝났어도 우주가 아직 작기 때문에 우주에 빈 공간은 없다. 모든 물질이 우주에 가득 녹아 있는 형태이다. 1만분의 1초에서 1초까지 비교적 긴 시간동안 우리 우주는 그 크기를 계속 키워나가면서 약간의 공간이 생기고 드디어 입자와 반입자를 만들기 시작한다. 전 우주에 걸쳐 이런 일들은 순식간에 일어난다. 최초의 우주에서는 모든 입자들이 쌍으로 만들어졌다. 모든 재료가 녹아 있는 아주 아주 뜨겁고 끈끈한 젤리와 같은 형태의 우주로 생각해보면 이해가 쉬워진다. 스푼으로 사과 모양으로 젤리를 떼어낸다면 원 젤리에는 반사과모양이 남겨졌을 것이다. 포도 모양을 떼어내면 반포도모양이 생긴다. 입자엔 반입자, 쿼크엔 반쿼크, 전자엔 반전자가 생긴다. 이를 전체적으로 물질과 반물질이라 한다. 모양은 똑 같지만 성질은 반대이다. 입자와 반입자가 만들어지긴 했지만 아직 우주가 너무 작아 활동을 할 수 없다.

(2016년 5월. 남양성모성지에 불두화가 피어있다. 별들을 뭉쳐 놓은 것 같은 우주를 닮은 모습에 가톨릭 성지에 부처님 꽃이라 더욱 아름답게 느껴진다)

[행복이]

잘 읽었습니다.