힉스입자를 발견한 것 같다고 난리다. 힉스입자에 대해 이해하려면 약간의 물리상식이 필요하다. 특히 소위 신물리학으로 불리는 양자론에 대한 대강의 이해가 필요하다.
19세기 말 독일의 플랑크라는 과학자가 당시의 독일 제철산업계의 요구로 용광로 온도를 정확히 알고 제어하기 위해서 용광로 속 펄펄 끓는 철의 색깔과 온도와의 관계를 연구하고 있었다.
연구방법은 대략 이랬다. 실험의 오차를 줄이기 위한 장치(특정한 색을 차단하기 위해 내부가 검고 거칠게 코팅된 장치)를 가열해 빛을 발생시키고 각 온도에 따른 빛의 성질이 어떻게 변하는지 실험한 것이다(흑체복사). 즉 프리즘을 이용해 각 온도에 따른 그 빛의 스펙트럼을 얻어냈던 것. 스펙트럼이란 우리 초등학교 때 삼각기둥 모양의 유리에 햇빛을 통과시키면 빨주노초파남보 무지개 색깔로 분광되어 나오는 빛을 말한다.
수천 번의 반복실험으로 나름 어떤 통계그래프를 작성했는데 그 그래프는 당시 일반적이었던 빛의 밝기는 진동수의 제곱에 비례한다는 ‘레일리 진스의 법칙’과 엄청 차이가 나는 것이었다. 이를 연구하다가 발견한 것이 바로 빛은 띄엄띄엄한 덩어리로 되어 있다는 것이다. 즉 빛은 입자일 수 있다는 것.
이어서 많은 과학자의 연구가 이어졌고 결국 전자, 핵 등의 아주 작은 소립자의 운동과 그 에너지는 당시의 과학 일반이었던 뉴턴의 법칙을 따르지 않는다는 것을 알게 되었다. 이에 대한 역학 즉 소립자들의 운동법칙을 ‘양자역학’ 또는 ‘양자론’이라 부른다.
실험도구와 기초과학의 발전과 더불어 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크 등의 천재 물리학자들의 과감한 가설과 반복실험, 그리고 그 증명으로 눈에 보이지 않는 작은 세계 즉 전자, 핵 등의 원자단위 이하의 소립자의 신비로운 본질이 서서히 밝혀지게 되었다.
당연히 물질의 기본단위인 원자의 구성에 대해서 연구하기 시작했고 현재 우리가 알고 있는 전자, 양성자, 중성자의 성질 더 나아가 이들은 쿼크로 이루어졌다는 것 등이 밝혀졌다.
또 재미있는 사실은 이들 소립자는 파동과 입장의 성질을 함께 갖고 있다는 것. 이거 이해하려면 참 어렵다. 왜냐하면 우리의 일상 세계에선 전혀 경험할 수 없기에 상상 속에서 이를 그려내야 하니 도무지 감이 잡히지 않는다. 하지만 세상의 모든 만물 역시 사실은 이들 소립자로 구성된바 그 해괴한 성질은 같다 할 것이다.
즉 너와 나 그리고 저 태양 및 별들까지 모든 것들이 파동이면서 입자라는 거다.(양자론에서 재미있는 말이 있다. ‘양자론을 이해하는 양자론학자는 세상에 없다’는 것. 그러니 우리도 대충 그렇다는 것만 알고 넘어가자.)
과학의 탐구는 끝이 없다. 결국 작은 소립자를 연구하면서 무한히 작은 점으로부터 탄생한 우주 즉 빅뱅으로 시작한 우주에 대해 양자론적 지식을 바탕으로 연구하기 시작했고 결국 과학자들은 세상에 공히 통하는 기본 법칙인 ‘표준모형’이라는 가설을 제시한다.
입자를 쪼개고 또 쪼개서 그 최초의 기본입자를 밝히고 설명한 것이다. 표준모형은 ‘우주 만물은 4가지의 기본적인 힘(약한 핵력, 강한 핵력, 중력, 전자력)에 따라 움직이는 12가지 기본 소립자가 어떻게 결합하는지에 따라 구성된다’ 는 가설이다…… 에구 어렵다. 아무튼.
이번에 유럽 CERN 양자 가속기를 통해 존재를 ‘거의’ 확인했다고 한 소립자 힉스입자는 좀 재미있는 놈이다. 우주탄생 즉, 빅뱅 때 잠깐 나타나 모든 만물에 질량을 부여하고 어디론가 쏜살같이 사라져버린 놈이다.
어떤 물건은 무겁고 어떤 것은 가볍다. 왜 그럴까? 마치 뉴턴의 사과같이 과학자들에게는 이런 의문이 작지 않은 스트레스였을 것이다. '결국 질량이란 것은 힉스란 놈의 짓이야…'라고 지금 팔순이 넘은 영국의 물리학자 ‘피터힉스’가 1964년에 예측했던 것을 2012년에 그 존재를 증명해낸 것이다.(아직 확신할 순 없지만…) 추가 실험을 통해 그 존재가 확실해지면 피터힉스의 노벨물리학상은 떼어 놓은 당상이다.
그럼 이제 장애인 문제를 포함한 현실적인 이야기를 해보자. 우리의 일상과 별 상관없는 기초과학적 작은(?) 발견으로 세상이 왜 이리 난리일까? 그렇다, 이 발견은 우리 실생활과 결코 무관치 않다.
세상에는 아래의 4가지 힘이 존재한다.
1. 약력, 즉 입자구조를 붕괴시키는 힘-핵폭탄, 핵분열 등
2. 강력, 입자들을 서로 잡아두는 힘이다. 양성자와 중성자가 서로 당기는 힘, 이거 엄청 센 힘이다. 그래서 강력이라 함.
3. 중력, 이건 다 아실 테고
4. 전자기력- 이 또한 일상에서 많죠? 전기, 모터 등.
이 4가지 힘은 도대체 어디서 온 걸까? 아무 힘도 가하지 않고 그저 존재할 뿐인데 왜 태양과 지구는 서로 당기고 있는 걸까? 아인슈타인이 질량은 곧 힘이라는데 그러면 그 질량은 어떻게 정해지는 걸까? 위 피터힉스에 의하면 바로 그 힘을 주는, 즉 질량을 주는 놈이 힉스라는 것이다.
지금 우린 전자기력을 통제하고, 약력 및 강력을 활용하는 시대에 살고 있다.(중력만 빼고) 반도체가 그렇고 컴퓨터, 스마트폰 등 현재 과학의 모든 생산물이 그 활용의 결과다.
그렇다면 힉스입자의 역할과 메커니즘이 밝혀지고 또 이를 제어할 수 있는 단계까지 발전한다면 또 어떤 일이 일어날 수 있을까? 아마도 우리가 꿈에서나 상상할 일들이 생길 것이다. 특히 우리 장애인들에겐 더욱 의미 있는.
중력을 거슬러 맘껏 우주까지 날아오르는 것은 물론 강물도 역류시켜 상류 지역의 가뭄도 해결할 수 있을 것이고, 무게가 가볍거나 0인 로켓을 만들어 빛의 속도로 우주여행을 할 수도 있을 것이다. 물론 자동차나 운송수단은 일거에 사라져버릴 것이다. 뭐 중력제어장치를 몸에 달고 목적지까지 둥둥 떠서 날아가면 될 터이니.
장애인들의 휠체어 같은 보조기기 등은 물론이고 장애인/비장애인을 가르는 것도 그 의미가 자체가 없어지는 그런 세상이 될 것이다. 날아다니는데 뭐 계단, 턱이 무슨 의미가 있겠는가. 피 터지게 이동권 싸움할 일도 물론 없겠지.ㅎㅎ
지금과는 다른 형태의 에너지 공장이 생겨날 것이고 현재의 전력생산을 위한 위험천만한 핵발전소 등도 완전히 사라질 것이다. 앞마당 나가듯 지구궤도에 오를 수 있는 바 우주의 청정 태양에너지를 맘껏 가져다 쓸 수 있을 터이니… 또 파고자 하는 땅의 질량을 0으로 만든 뒤 손쉽게 파고 들어가 지구 속 뜨거운 마그마 열기를 이용해 에너지를 생산할 수도 있을 것이다.
아니 어쩌면 그런 에너지조차 필요가 없어지는 세상일 수도 있겠다. 현재 우리가 사용하는 모든 에너지 대부분은 사실상 중력을 버텨내는 힘을 만들기 위한 용도 아닌가? 만일 개발될 힉스제어장치의 작동을 위한 자체 에너지 소모량이 크지 않다면, 그야말로 세상은 에너지 전쟁에서 완전히 해방된 요상하고 재미있는 신세계가 열릴 것이다. 이렇듯 과학의 발전은 소리 없이 우리의 삶과 철학을, 세상을 바꿔낸다.
씁쓸한 생각 하나, 사실 힉스입자를 떠나 지금까지 발전한 현대과학의 성과를 제대로 평등히 공유할 수만 있다 해도 세상 모든 장애인에게 가해지는 지금의 이 고통과 차별을 획기적으로 줄여낼 수 있을 것이다.
모든 과학적 성과들은 자본에 의해 자본을 위해 쓰인다. 아무리 첨단 과학이라 할지라도 그들의 돈을 위해 복무할 뿐이다. 1%의 잔치와 행복을 위해 99%는 그렇게 현대과학의 성과들을 지붕의 닭 쳐다보듯 마냥 바라만 볼 수밖에 없는, 아니 못 먹는 감 찔러볼 수조차 없는 세상… 그림의 떡 마냥 군침만 흘려야 하는 그런 자본주의 세상에 우린 살고 있기에…
