0의 출현
서양수학사에 따르면, 그리이스에서 BC500전후로 수의 체계가 나타기시작한다. 알렉산드 시대이전 BC300경에, 0의 부호가 나타난다. 인도에서는 BC300수의체계가 나타나고, AD876년의 석각에 0의부호가 나타난다.중국의 開元占經(개원점경)의 天竺九執歷經(천축구집력경)속의 기록에, 인도의 '0'의 부호가 처음에는 점이였다가, 나중에 '0'으로 대치되었고한다.
기원후9세기 경에 활동한 인도의 수학자 마하비라는 '어떤수에 0을 곱하면 0이도고, 어떤 수에서 0을 빼면 그 수는 작아지지 않으며, 어떤 수를 0으로 나누면, 무한대가 된다'라고 하였다.
이로서 0을 포함한 10의 글자는 아라비아상인을 통해 서양에 전파되었다.
0는 수학적으로 '아무것도 없음' 을 뜻한다. 즉,수학적 無는 '0(zero)'이다.
헤겔과 하이데거에게의 무
헤겔(G.W.F.Hegel :1770~1831)은 칸트의 '모순은 진리를 가로 막고 있으면서, 모순이 가로막고 있는 곳에서는 진리의 길이 더 이상이어지지 않는다' 는 칸트철학을 형식주의,주관적 관념론으로 비판하고, '내부적인 자기 모순의 부정은 실재이고, 모순은 현실적이며, 모순은 모든 사물의 핵심이다', '
주관적 관념론을 뛰어 넘어 객관적 관념론으로, 궁극적으로는 절대적 관념론으로 나아가야하는 데, 그러기 위해서는, 객관과 주관이 서로 교호(교호)하는 또는 상호 매개되어 있다고 보는 것이 변증법이라는 것이다'
그는, ‘무=없다’이지만 세계를 구성하는 여러 요소 중에 무라는 개념이 빠지면 뭔가가 텅 비게 된다는 점에 주목했다.
무는 존재하는가 존재하지 않는가?
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“우리는 힉스 입자 ‘그림자’를 본 게 아닙니다. 진짜(real) 입자를 봤습니다.”
24일 대전컨벤션센터에서 만난 롤프 호이어 유럽입자물리연구소(CERN) 소장은 힉스 입자를 정말 찾았느냐는 질문에 이렇게 답했다. 한국과의 연구 협력 방안을 논의하기 위해 고등과학원 초청으로 방한한 그는 이날 한국물리학회 봄 학술대회에서 기조강연을 하기도 했다.
3월 CERN은 우주를 이루는 기본 입자가 질량을 갖는 과정에서 만들어지는 힉스 입자를 발견했다고 발표했다. 하지만 지난해 7월 “힉스 같은 입자를 관측했다(observe)”고 발표한 바 있어 논란이 됐다.
이에 대해 호이어 소장은 “지난해 7월이라면 그림자를 봤다고 표현해도 되겠지만 지금은 입자의 성질까지 충분히 조사된 만큼, 힉스 입자라는 사실을 확인했다”고 강조했다.
힉스 입자는 1964년 피터 힉스 영국 에든버러대 교수 등 6명의 이론물리학자가 예측한 것으로, 현재 물리학자들이 생각하는 가장 완성도 높은 물리학 이론인 ‘표준모형’에서 발견하지 못한 마지막 입자다.
호이어 소장은 “이번 발견으로 물리학이 완성됐다기보다는 시작된 것”이라며 “우리가 발견한 힉스가 유일한 힉스일지, 여러 힉스 중 하나일지는 앞으로 밝혀 내야 한다”고 말했다.
우리가 볼 수 있는 우주의 물질과 힘은 일부에 불과하다. 우주의 비밀을 쥐고 있는 미발견 입자가 많다는 이론도 있는데, 이들은 훨씬 더 큰 에너지를 이용해야만 관찰할 수 있다. 그중에는 우주 전체 물질의 5배에 달하면서도 전혀 관측되지 않고 있는 ‘암흑물질’도 있다.
호이어 소장은 “힉스의 성질을 밝히는 과정을 통해 암흑물질에 대해 더 잘 알게 될 것”이라며 “이를 위해 CERN은 앞으로 20년 동안 실험 장비 성능을 높이는 계획을 세웠다”고 말했다.
그는 “예산 일부를 분담해 준회원국 지위를 얻으면 기계, 전자, 진공기술 등 CERN 내부의 대규모 장비 유치 경쟁에 참여할 수 있다”며 한국의 적극적인 참여를 당부했다.
우리나라는 현재 ‘한-CERN 협력사업’에 따라 CERN에 부담금 대신 연구원을 파견하고 있다. 호이어 소장은 “CERN 내부 인력은 2400명 정도로 물리학자는 10~15% 차지하고, 나머지는 엔지니어와 기술자”라며 “준회원국이 되면 기술 운영에 CERN과 한국 서로에 도움이 될 내용이 훨씬 많을 것”이라고 덧붙였다.
(2013년 4월 25일 출고 기사)
아리스토텔레스부터 시작해 갈릴레이, 데카르트 등 수많은 과학자·철학자들은 우주를 지배하는 법칙을 찾는 데 큰 노력을 기울였다. 이들의 노력은 뉴턴에 이르러 마침내 고전역학이라는 이론으로 완성됐다. 하지만 기술이 발달해 이전까지 보지 못했던 아주 작거나 큰, 아주 빠른, 혹은 아주 먼 세계를 볼 수 있게 되면서, 고전역학으로는 설명할 수 없는 현상이 눈에 띄기 시작했다. 그러자 다시 과학자들은 상대성이론과 양자역학을 찾았다. 이처럼 물리 이론의 발달이란, 인간이 관찰하는 세계의 범위가 늘어나면서 기존 이론이 들어맞지 않게 되면 그보다 더 포괄적인 이론을 개발하는 과정이라고 할 수 있다. 지금 물리학은 어디까지 와 있을까. 지난해 7월 힉스를 발견하면서 현대물리학의 대표적인 이론인 표준모형이 예측한 17개의 기본 입자는 모두 발견됐다. 그러나 과학자들은 표준모형으로도 설명하지 못하는 아주 작은 세계를 들여다보면 그곳엔 ‘진동하는 끈
우리가 살고 있는 우주의 모습은 어떨까. 그 우주를 이루고 있는 물질의 궁극적인 실체는 무엇일까. 20세기에 물리학은 두 질문에 대해 아주 그럴듯한 대답을 내놓았는데, 그것이 입자물리 표준모형과 표준우주론이다.
입자물리 표준모형은 우주를 이루는 궁극적인 실체를 크기가 없는 점 입자로 보는 양자장론에 기반을 두고 있고, 양자장론은 특수상대성이론과 양자역학을 바탕으로 하고 있다. 표준모형은 쿼크와 렙톤 입자의 강, 약, 전자기 상호작용에 대해 길이가 10-18m 이상인 영역에서 관측한 모든 결과를 완벽하게 설명하고 있다. 표준우주론은 일반상대성이론에 기반을 두고 있다. 우리 우주가 전체적으로는 균일, 등방하면서 10-5 정도의 작은 밀도요동을 가진 뜨거운(1000억℃ 이상) 우주에서 시작됐다는 가정으로부터 우주의 팽창, 원소의 구성, 우주 배경복사, 은하에서 초은하단에 이르는 거대구조의 존재 등 현재 관측된 우리 우주의 모습을 잘 설명한다.
초끈이론이 입자를 설명하는 방법을 이야기하기에 앞서 먼저 ‘물리학은 무엇인가?’라는 질문을 던져 보자. 물리학은 사물을 수학으로 기술할 수 있을 만큼 단순화해 보는 작업이다. 여기에는 3가지 방법이 있다. 첫째는 환원이다. 환원은 물체를 쪼개 가장 단순한 것의 합으로 만드는 것이다. 현대물리학에서는 입자론이라고 한다. 이렇듯 우주의 기본 재료에 관한 질문에 답하려는 학문이 입자물리학이다. 두 번째 방법은 통일이다. 다르게 보이는 여러가지 사실을 하나로 보는 것이다. 하나의 통일된 힘으로 모든 입자 사이의 힘을 기술하려는 시도다. 이를 해내기 위해 아인슈타인 이래로 물리학자들은 끊임없이 노력해 왔지만, 아직일부만 성공했을 뿐이다. 세 번째는 평균을 취하는 방법이다. 관찰 대상을 이루는 원자와 분자의 평균을 이용한다. 예를 들어, 물을 이루는 원자와 분자가 가진 에너지의 평균을 온도라고 정의하는 식이다
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