물질의 궁극원자 아누 4장 궁극원자 아누

「물질의 궁극원자 아누」의 4장 궁극원자 아누를 정리한다.

 

4. 궁극원자 아누

초끈과 스파릴래

초끈 이론의 등장은 입자에 대한 개념을 극적으로 바꾸었다. 이전까지는 모든 기본 소립자들을 부피와 크기가 없는 점입자로 취급했다. 그러나 초끈 이론은 모든 소립자를 1차원적인 끈의 진동으로 설명한다. 소립자들을 어떻게 해서든 확대해서 볼 수 있다면, 실제로는 진동하는 작은 끈을 보게 될 거란 이야기이다. 예를 들어, 바이올린의 현이 진동수에 따라서 온갖 종류의 화음을 만들어내는 것처럼 물질들도 결국 이와 같이 진동하는 끈이 만들어내는 화음과 같다는 것이다. 

 

아누의 그림을 보면 세 개의 굵은 나선과 일곱 개의 미세한 나선이 아누 표면을 둥글게 감고 있다. 두꺼운 세 나선은 삼중나선을 형성하면서 나란히 회전을 하며, 일곱 개의 미세한 나선도 칠중나선을 형성하면서 나란히 감겨 있다. 표면적으로는 이들 나선들이 서로 나란히 감겨있지만, 아누의 내부에서는 새끼줄을 꼬듯이 서로 반대 방향으로 감겨 있다. 이 나선 하나하나는 다시 스파릴래(Spirillae)라고 하는 코일구조로 이루어져 있다. 초끈과 스파릴래는 끈의 개수와 세부구조에서 차이가 있지만, 진동하는 1차원의 선이라는 점에서는 기본적으로 매우 비슷하다. 

 

《아누의 그림》

출처- 물질의 궁극원자 아누 p.104

 

양자요동과 플랑크영역

1994년에 초끈이론을 발전시킨 M이론이 등장했는데, 이것은 제2차 초끈 혁명이라고 불리고 있다. 이 M이론은 기존에 있던 다섯 종류의 초끈 변형이론들을 하나로 통합시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. M이론은 10차원의  초끈 이론에 차원이 하나 더 보태진 11차원의 이론이다. 가장 특이한 점은 초끈이론은 소립자를 1차원의 끈으로 설명하지만, M이론은 소립자를 2차원의 막이 둥글게 말려 양끝이 닫힌 튜브 모양으로 설명한다는 점이다. 1차원의 단순한 끈보다는 튜브 모양의 끈 모형이 아누의 스파릴래에 더 근접하는 형태임을 알 수 있다. 초끈이론은 막(Membrane) 이론이나 P 차원의 막으로 된 P-brane이론 등으로 전환되고 있는 중이다. 

 

만약 아누가 초끈에 해당한다면, 당연히 아누의 크기는 초끈의 크기인 10⁻³³cm 일 것으로 추정된다. 그것은 플랑크 단위의 길이이고, 초끈의 숨겨진 차원에 해당되는 크기이다. 플랑크 영역은 정상적인 시공 개념이 붕괴되는 지점이며, 양자요동이 일어나는 영역이기도 하다. 플랑크 길이 10⁻³³cm는 양성자보다 무려 10²⁰배나 작고, 고에너지 입자물리학이 실험으로 탐구할 수 있는 영역보다도 10 ¹⁵배 이상 작은 크기이다. 

 

초공간

초끈 이론을 대표하는 초공간 이론들에 따르면, 무한히 복잡한 유형으로 나타나는 물질과 힘들은 실제로는 서로 다른 형태를 갖는 초공간의 진동일뿐이다. 물질 또는 초끈은 시공과 분리하여 생각할 수 없으며, 공간은 휘어지고 뒤틀리며 여러 차원이 작은 영역 속에 말려 있을 수도 있다. 그렇다면, 시공을 평탄한 점들의 연속체로 여기는 우리의 사고방식도 바뀌지 않으면 안 된다. 시공이 휘어질 수 있다는 생각은 이미 아인슈타인의 중력 이론(일반상대성 이론)에서도 나타난다. 아인슈타인은 물질을 시공의 꼬임, 진동 혹은 뒤틀림으로 볼 수 있다고 생각했다. 기존의 중력 이론들은 입자를 점입자로 다루어 양자역학적 효과들을 고려하지 않았지만, 초끈 이론에서는 입자를 확장체, 즉 끈으로 보고 있으므로 양자역학적 효과들을 고려하지 않을 수 없다.  

 

미니 블랙홀

초끈만큼이나 기이하고 알 수 없는 것이 있다면 그것은 분명 블랙홀일 것이다. 블랙홀이라는 명칭은 1969년 존 휠러에 의해서 처음으로 사용되었다. 그렇지만 블랙홀의 존재는 이미 그 이전부터 예측되고 거론되어 왔다. 1783년 존 미첼은 「런던 왕립협회 물리학 회보」에 발표한 논문에서 충분한 질량과 밀도를 갖춘 별은 중력장이 강해서 빛조차도 그 별을 빠져나오지 못할 것이라고 지적했다. 빛이 그 별을 빠져나오지 못한다면, 그 천체는 우리에게 검은 공동으로 보일 것이다. 이 검은 공동이 오늘날의 블랙홀에 해당되는 것이다. 블랙홀은 아인슈타인의 중력 방정식을 통해 도출된다. 

 

라야센터

신비학의 여러 문헌들에서도 블랙홀과 유사한 개념의 용어가 등장하는데, 라야(Laya) 또는 라야센터

(Laya Center)가 그것이다. 미국 캘리포니아의 신지학회 회장이었던 푸루커는 「오컬트 용어집」에서 이 라야 또는 라야센터를 다음과 같이 정의하고 있다. "라야센터의 의미는 소멸하는 지점이다. 라야는 산스크리트어 어근 'li'에서 왔는데,  이는 '용해하는', '분해하는', 또는 '사라지게 하는'이라는 의미를 지니고 있다. 라야센터는 어떤 사물이 하나의 계(界)에서 사라졌다가 또 다른 계에서 다시 나타나는 신비스러운 지점이다. 어떤 의미에서 라야센터는 하나의 도관이나 통로라고 생각할 수 있는데, 이 통로를 통하여 상위 초월 영역의 생명력이 하위의 계 또는 하위의 질료상태로 쏟아져 들어간다." 

 

라야센터는 물질이 소멸하는 지점이며, 이는 블랙홀의 개념과 동일한 것임을 알 수 있다. 더 나아가 라야센터는 두 개의 세계(예를 들면 정상적인 시공간과 특이 시공간)를 연결하는 일종의 웜홀에 해당한다. 

 

블랙홀의 이론 중에 대머리 정리라는 것이 있는데, 블랙홀 내부에서는 질량을 제외한 모든 정보가 소실되어 사라진다는 것이다. 라야 또한 동질성으로 나아가는 일종의 용광로이다. 질료가 변형을 일으켜 사라지는 지점, 회전하는 블랙홀, 복소수의 세계, 그곳은 질료가 열반에 들어가는 곳이다. 라야센터, 곧 원자는 상위계와 하위계를 연결하는 지점, 즉 웜홀이다. 

 

최근에 물리학자들이 초끈 이론의 끈 상태가 블랙홀과 상당히 유사하다는 점을 감지함에 따라 양자 블랙홀은 새로운 주목을 받게 되었다. 기본적인 끈 상태와 블랙홀은 매끄럽게 교대로 전이를 일으키고 있기 때문에, 이들은 변형되지 않고 구별될 수 없다. 물리학자들이 점차 초끈을 블랙홀과 연관 짓거나 블랙홀을 일종의 끈 상태로 간주하기 시작했기 때문에 언젠가 블랙홀보다는 블랙 스트링이라는 말이 쓰이는 날이 오게 될지도 모른다.