3-41. 과학의 천지창조 : 빅뱅 이론 5 -빛이 생기다.

[하늘바다]

철학이야기 : 유레카 3
1부. 우주

3장. 우주 시뮬레이션

   41. 과학의 천지창조 : 빅뱅 이론 5

   (7) 빛이 생기다. 우주 대전쟁 (3분 ~ 38만년)

   3분부터 38만 년까지는 우주 대전쟁의 시기이다. 우주는 계속 팽창해 입자와 반입자들이 움직일 수 있는 공간도 제법 넓어졌다. 입자가 (+) 라면 반입자는 (-)이다. 입자와 반입자가 만나면 그 둘은 당연히 상쇄된다.
   입자와 반입자의 쌍생산과 쌍소멸, 온도에 의한 운동량은 남아 있기 때문에 입자들은 소멸되고 에너지는 빛으로 남게 된다. 드디어 빛이 만들어졌다. 그러나 아직도 우주는 좁고 물질은 꽉차있는 상태라 빛은 자유롭게 이동하지 못한다.

   전쟁이란 단어를 사용하였다. 싸움이다. 싸움에는 승자와 패자가 있기 마련이다. 이 최초의 우주전쟁의 승자는 입자이다. 입자와 반입자가 같은 수로 만들어져 쌍소멸 하였는데, 놀랍게도 입자만 남아, 그 남은 입자로 은하를 만들고 태양을 만들고 지구를 만들고 나를 만들었다. 과학자들의 계산에 의하면 10억분의 1의 확률로 입자가 남았다고 한다. 반입자 10억 개에 입자 10억 1개.

   왜 하나가 남았을까?
   이 이유를 물리학에서는 '대칭성의 자발적 붕괴 (Spontaneous Symmetry Breaking)'이론으로 설명한다. 이에 대한 사전적 의미는

   "물리계는 큰 대칭성에 대해 불변이나, 진공은 그 부분적인 대칭성에 대해서만 불변인 경우 우리는 대칭성이 자발적으로 붕괴되었다고 한다."

이다. 짜증나게 설명이 더 어렵다.

   2008년 노벨 물리학상은 일본인 3명에게 주어졌는데, 바로 대칭성의 자발적 붕괴에 관한 내용이다.
고바야시 마코토(小林誠)와 마스카와 도시히데(益川敏英)는 "자연적 쿼크가 적어도 3개 이상 존재할 거라 예상하는 대칭 붕괴의 원리의 발견"에 관한 내용으로, 난부 요이치로(南部陽一郎)는 "아원자 물리학의 자발 대칭 붕괴의 메커니즘에 관한 발견"에 관한 업적이었다.

   한국말인데도 한국어가 아닌 단어를 나열해 놓은 것 같은 이 어려운 내용이 중요한 것은 [대칭성의 자발적 붕괴로 일어나는 비대칭]이 바로 [물질 우주를 만든 원리]이기 때문이다.

   어려운 단어가 나와 또 신경질이 난다. 우리는 지금 우주 창조를 이해하려는 것이다. 과학자들은 수십 년을 연구해서 겨우 찾아내었는데 우리는 겨우 문장 하나로 우주 창조가 너무 쉽게 이해되면 오히려 그것이 이상하지 않겠는가? 여기서 이해를 못했으면 [우리 우주는 아주 작은 비대칭, 불균형에 의하여 형성되었다] 정도로 이해하고 그냥 넘어가도 된다. 우주는 완전하지 않다. 그 불완전이 별과 은하의 생성 원인이다.

   그래도 입자와 반입자가 똑같은 수가 만들어져서 똑같이 상쇄되었는데 어느 한쪽만 남았다는 것은 말이되지 않는다. 혹시 반물질의 우주가 별도로 존재하지는 않을까? 위치나 운동량의 비대칭은 이해한다 해도 똑같이 만들어진 입자와 반입자의 개수가 차이나는 것은 도무지 이해할 수 없다.

   어쩌면 과학과 종교의 대립을 주제로 한 영화 천사와 악마(Angels & Demons; 2009)나, 물질과 반물질의 반응을 이용한 초(超) 광속 우주전함으로 우주를 여행하는 유명한 공상과학(SF) 시리즈물인 스타트랙(Star Trek)에서와 같이 반물질이 우리 우주내에 존재하거나 혹은 우리 우주와 똑같은 우주가 하나 더 있는지도 모른다. 그래서 혹시 우리 우주와는 반대로 반물질이 남아 반물질의 세계로 만들어 진 우주가 있을지도 모른다고 생각하는 과학자들도 있고, 우리 우주 내에서 반물질로 만들어진 은하나 별이 있을지도 모른다고 생각해 열심히 반물질로 이루어진 별을 찾는 과학자들도 있다. 만약에 반우주가 존재한다면 거기엔 또 다른 내가 있다. 만약에 그와 내가 만나면 우리는 격렬한 반응을 하며 엄청난 빛만 남긴 채 소멸될 것이다.
아무튼 이 최초의 우주 전쟁의 결과 물질의 세계가 만들어지는 원인이 되었다.

(물질과 반물질이 만나면 쌍소멸되고 빛만 남는다.)

(수소(hydrogen)와 반수소( anti-hydrogen))