육면체의 물질을 생각해 봅시다. 이 육면체는 X,Y,Z축으로 적당한 길이를 가진 공간을 차지하는 물질입니다 만약 한 축. 이를테면 Z을 잡아당겨 0에 근접하도록 하면, 모든 물질은 부피가 줄어들다가 부피가 0에 가깝게 되어가서 10-19m소립자로 와해되어 XY평면에 도포되다가 급기야 플랑크 길이(10-35m)까지 잡아당긴다면 납작하게 거의 2차원 세계인 평면에 깔려, 물질과 에너지의 경계에 도달하게 됩니다.
*플랑크길이는 공간이 존재할 수 있는 최소길이
이때 물질은 물질과 에너지의 경계가 모호한 끈상태로 존재하고 이 상태에서는 물질과 에너지가 왔다리갔다리 한다는데, 이를일러 거품이 일듯 요동한다 해서 양자거품 또는 양자요동이라 칸답니다. 여기서 양자는 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량을 의미합니다.
이것은 물질을 기준으로 보면 없음 (無)에서 양자요동으로 있음(有)이 생기고, 있음에서 양자거품이 꺼지면서 없음으로 바뀌기도 하고, 도저히 예측할 수 없는 싱태의 특성을 나타낸답니다.
그래서, 우리들 몸을 구성하는 세포하나 하나, 그 세포를 이루는 물질의 가장 근원에는 이런 양자거품이 요동치고 있을 터이니 우리의 생각, 영감, 염력이나 氣라는 개념이 과학적으로 설명이 가능해지고 실제로 영향을 발휘할 수 있다는 것이지요
만약에 다시 Y축을 잡아 당겨 플랑크 길이에 이른다면, 이때는 하나의 선인 1차원 세계에 접근하게 되고 더욱 이때는 완전히 물질은 에너지로 다 바뀌어 1차원공간만 존재하게 되겠지요? 이 1차원공간 역시 우리 몸을 저 밑바탕을 이루고 있을 것입니다.
다시 X축을 잡아당겨 플랑크길이에 이른다면 공간은 거의 0차원인 점에 가까워지고 물질은 당연히 에너지로 다 바뀌고 엄청난 에너지가 집중이 될 것입니다. 이곳에는 공간도 시간도 빛도 없는 어떤 물리도 존재할 수 없는 상태입니다.
만약 앞서처럼 우주공간을 꺼꾸로 거슬러 공간을 축소해 간다면, 태초에 이를 것입니다. 즉138억년전에 우주의 물질, 에너지 모두가 이 한점에 모이는 것을 상정할 수 있을 것입니다. 그점은 상상할 수 없는 에너지를 품고 있다가 폭발했다고 합니다. 이를 빅뱅이라합니다
즉, 빅뱅 10-43초에 우주의 역사는 시작하였고, 10-37초부터 10-32 초의 찰라보다 짧은 순간에 이후 생긴 빛보다 훨씬 빠른 속도로 우주는 급팽창하며 공간과 시간이 탄생하고 그 38만년이 지나서 빛이 생겼다고. 합니다. 빛은 이 이전에는 우주 밀도가 너무 높고 뜨거워서 빠져 나올 수가 없었다는 군요
이 빛이 원시 중력파가 만든 시공간을 통과 하면서 그 흔적을 남겼는데 이를 우주배경복사라 해서 빅뱅의 증거라고, 1964년에 이것을 발견한 공로로 1978년에 노벨물리학상이 주어졌습니다
빅뱅으로부터 3분뒤에 수소, 헬륨등 물질의 입자가 만들어지고 오늘날 우주를 구성하는 물질 99%가 이때 생겨났습니다. 빅뱅시 물질(입자)과 반물질(반입자)이 대략 같은 양이나 물질이 야간 많게 만들어졌지만, 빛보다 빠르게 팽창한 이른바 인플레이션 즉 급팽창단계를 거치면서 빛보다 빠른 속도로 퍼져나간 시기가 있었답니다. 이때 빛보다 빠른 속도으로 반물질이 퍼져 나갔거나, 물질과 만나 소멸했다고 보고 있습니다. 때문에 대부분의 반물질들을 우리가 쉽게 일상생활에서 볼 수 없는 이유입니다.
1928년, 폴 디락이 처음으로 학계에 반물질의 존재를 주장했고, 1932년 칼 앤더슨이 양전자를 발견함으로써 반물질의 존재가 증명이 되었습니다. 이로 인해 1933년 디락은 노벨물리학상을 수상했습니다.
반물질은 물질을 만나면 엄청난 에너지를 쏟아내고 소멸하는데, 반물질 1g이 물질과 만날때 나오는 에너지는 인류가 5,000년 동안 사용할 수 있는 정도이고, 1밀리그램의 반물질을 생산하는 비용은 약 1조달러,1밀리 그램의 반물질의 위력은 히로시마에 떨어진 원폭의 두배라고 합니다
그런 에너지를 쏟고 쌍소멸된 공간은 아무것도 없는 허공, 진공이라 할 수 있습니다. 역으로 그정도 에너지를 진공에 쏟아 부으면, 물질과 반물질이 튀어 나온다고 상정할 수 있는 것이지요.
그러니, 텅비어 있는 진공이 실은 물질과 반물질의 존재를 가득 품은 공간이라 할 수 있습니다. 이것이야 말로 불교에서 이야기하는 色卽是空 空卽是色이요, 노자의 無中生有, 有無相生이라 할 것입니다.
상상을 불허하는 고밀도의 0차원의 한 점의 우주가 대폭발을 일으키면서 얻어진 에너지는 공간과 시간. 물질과 반물질, 빛을 생성시키고, 물질과 반물질을 쌍소멸시키기도 하고, 지금도 우주팽창의 원동력으로 작용하고 있는 것입니다.
모든 것을 구성하고 있는 최소한의 물질인, 소립자 그것은 다시 에너지와 물질의 경계인 플랑크 길이 정도의 끈으로 이루어져 있다하니, '만물은 끈으로 이루어져 있다'고 말 할만 합니다. 이 끈을 초끈이라 불리고, 초끈의 개념으로 우주를 해석하는 이론이 '초끈이론'입니다.
현재 과학적으로 증명되고 있는 10-19m 레벨인 소립자 역학 즉, 양자역학과 소립자이상의 물질계를 지배하는 아인시타인의 상대성이론의 통합이론으로 이른바 '만물의 이론' 으로 10-35m 레벨 초끈이론이 제안되고 있는 것입니다. 초끈이론에서는 기본입자들 마저 주파수가 다른 진동하는 끈에 불과하다고 보는 것입니다
만물의 이론은 우주에 존재하는 4가지힘 즉, 전자기력, 약력(방사선 붕괴관련 힘)과 , 강력(원자핵 내부 결합력), 중력을 통합하는 이론이기도 합니다. 이 이론을 찾는 과정에서 우주표준모형이 제안되었읍니다.
우선, 우주에 존재하는 4가지힘 중 중력을 제외한 3가지의 통합하기 위한 우주표준모형이 제안되고 이 이론의 완성하는 데 필요한 17번째 소립자가 힉스입자인데 이것이 2013년에 발견되어 제안자에게 노벨물리학상이 수상됩니다.
중력마저 통합하는 이론은 '초끈이론' 으로 제안은 되고 있으나 일반해는 발견하지 못하고, 당연히 검증되지 못하고 있습니다. 초끈이론이 비록 수학적 모델이지만 대부분의 과학자들이 이 이론의 수학적 해와 관련단서의 실증이 금세기나 다음 세기내에 밝혀 지리라 기대하고 있는 것입니다.
초끈이론은 단일우주 즉 Universe를 넘어 다중우주 즉 Multiverse로 우주관을 확장합니다. 초끈이론은 9차원공간과 1차원의 시간을 포함하여 총10차원으로 다중우주를 설명하는 이론으로 현재까지 5개 종류의 특수해가 제안되어 있고, 이 다섯 초끈이론을 통합하는 이론인, 이른바 M-이론이 에드워드 위튼에 의해 제안되기에 이르렀습니다. M-이론은 10차원의 공간과 1차원의 시간 즉 11차원으로 확장한 이론으로 이 이론에 따르면 10의 500승개의 다중우주가 존재할 수 있다고 합니다.
스티븐 호킹이나 레너드 서스킨드 같은 이분야 최고권위자들도 이것이야 말로 만물의 이론 즉 궁극적 이론이라 하고 싶지만, 아직 증명되지 않은 관계로 '거의 궁극적인 이론' 으로 부르는 이론이라는 것입니다. 우리 우주도 M-이론의 스케일에 비하면, 비누 방울 하나같은 수준에 불과하다는 것이지요.
빅뱅우주론을 대체할 만한 우주론도 있습니다. 프린스턴대의 폴스타인하르트 교수팀이 제안한 새로운 우주론은 ‘빅스플랫(Big Splat)’ 으로 M이론이라 불리는 끈이론에서 파생된 것입니다.
M이론에서는 시공간의 기본구성물이 흔들리는 미세한 끈이고, 전체우주는 11차원으로 구성된다고 합니다. 이중 6차원은 미세한 필라멘트로 말려있어 거의 보이지 때문에 무시할 수 있습니다. 나머지 5차원 공간에 완벽하게 평평한 4차원 막(membrane) 두 개가 존재한다고 합니다. 4차원 막 중 하나는 우리 우주이고, 또 다른 하나는 ‘숨겨진 동반우주' 입니다.
새로운 우주론에 따르면, '보이지 않는 동반우주에서 무작위로 발생한 미세 양자요동이 천천히 우리 우주로 흘러든다. 요동은 이동하면서 평평하게 펴진다(물론 요동의 주름이 다 펴지는 것은 아니다). 이후 요동은 점차 가속되다가 우리 우주에 부딪친다. 충돌에너지의 일부는 우리우주에서 빅뱅을 일으키면서 물질과 에너지로 바뀐다' 는 것이지요
새로운 우주론에 대해 프린스턴대의 데이비드 스페르겔 교수는 “M이론과 우주론을 흥미롭게 결합시킨 최초의 이론”이며, “이 우주론은 빅뱅 이전을 설명한다”고 덧붙였읍니다
빅스플랫은 기존 빅뱅우주론에서 중요한 요소인 인플레이션 없이 우주의 거대한 규모에서 평평한 곡률과 물질 분포의 등방성을 설명했습니다.
인플레이션 이론은 순수 빅뱅우주론의 문제점을 해결하기 위해 1980년대 초에 도입됐습니다. 빅뱅만으로는 거대규모에서 우주의 곡률이 평평한 이유와 모든 방향으로 물질 분포가 등방성을 갖는 이유를 설명할 수 없었기 때문이었습니다. 그래서 우주 초기에 10-32초도 안되는 동안 엄청나게 격렬하고 빠른 팽창이 있었다는 인플레이션을 통해 문제점을 해결했습니다.
지금 당장은 인플레이션과 빅스플랫 중 어느 이론이 옳은지 말할 수 없습니다. 하지만 두 이론에서 나오는 중력파가 다른 종류이기 때문에 앞으로 관측기술이 더욱 발달하면 두 이론의 생존 여부가 판별될 것이라 합니다.
다시, 실증적 영역인 소립자영역으로 돌아오면, 기본소립자는 모두17가지로 물질의 기본, 힘을 전달하는 역활,기본입자에 질량을 부여하는 힉스입자 이른바 신의 입자가 항상 서로 소통하며 물질의 기본을 유지한다는 사실입니다.
그렇기 때문에, 궁극을 추구함에 있어서는 혹은 궁극에 가까이 접근하면, 물질과 반물질이나 에너지같은 비물질, 존재(有)와 비존재(無,眞空)의 개념의 경계가 무너지니, 물리와 철학의 경계마저도 무너지고 깨달음의 세계로 사유의 통합이 이루어집니다
공자도,노자도, 장자도...
사유와 상상만으로 '태초. 태초이전부터, 우주는 그대로 있었다. 우주내의 존재는 끊임없이 변해왔다' 이른바 정상 우주론의 경계를 벗어날 수 없었지만,
불교의 '색즉시공色卽是空 공즉시색 空卽是色’ 에서 空의 미묘함이나 노장사상, 성리학의 道, 太虛, 理氣論의 理나 氣의 미묘한 개념에서, 철학적 사유에만 머물러 있는 것이 아니라 이것들이 궁극에 대한 자연철학 내지는 우주물리학과 통합을 통하여 새로운 지평을 열어가게 될 것으로 기대합니다.
현실적으로는, 현재 Macro영역의 상대성 이론, Micro영역(원자10-19m 레벨크기소립자)의 양자역학이 힉스입자의 존재증명으로 완성에 다가갔다고 볼 수있지만, 태초전,후와 이 우주의 종말후를 예측하는 수학적 모델인, 초끈이론, M-이론, 빅스플릿트 이론 등은 수학적 모델 수준이거나, 가정단계로 아직 일반해를 풀지 못하고 있다하니 앞으로 과학과 수학이 발전하던가 우연히라도 일반해를 풀고, 그에 대한 증거(이를테면 중력파)를 확보하기 전까지는 이론수준에 머물 것입니다.
여기에 제시되는 차원은 공간 9차원, 시간1차원(초끈이론), 또는 공간10차원, 시간 1차원(11차원 M-이론)으로, 시간을 포함한 4차원인 이 세상의 시각으로는, 일반인들이 우주(Universe )를 그나마 이해하는 것도 거의 불가할 것입니다. 이런 Universe가 무수히 존재한다는 다중우주(Multiverse)론을 이해하는 것은 더욱 더 불가할 것이라 생각합니다
신비주의, 신지학(theoscopy, 神智學)자들이 주장하는 '아누'를 아십니까? 아누는 그들의 말로는 <궁극의 입자(아래그림) >라고 한답니다.
신
지학의 시작은 헬레나 페트로브나 블라바츠키로부터 시작되었는데, 그녀를 '역사상 가장 세련되고 영리한 사기꾼' 라는 소리를 듣는다고 하지만, 신지학자들은 그녀를 성인(Saint)으로 신봉하기를 [그녀가 과학적 훈련과 과학자 도움없이 투시나 직관만을 이용해 빛의 본질을 발견했다]라고 주장합니다
지학의 시작은 헬레나 페트로브나 블라바츠키로부터 시작되었는데, 그녀를 '역사상 가장 세련되고 영리한 사기꾼' 라는 소리를 듣는다고 하지만, 신지학자들은 그녀를 성인(Saint)으로 신봉하기를 [그녀가 과학적 훈련과 과학자 도움없이 투시나 직관만을 이용해 빛의 본질을 발견했다]라고 주장합니다 아누는 묘하게도 '끈이론'의 '끈'과 비유적 개념과 유사하다고 우깁니다. 그작용을 보면, 빛이 아누로 이루어져 있다하는 데, 끈이론에서도 빛은 진동하는 끈의 파동이라 합니다.
<아누(Anu)>
끈이론에서는 중력도 끈의 다른 파형의 파동이라는군요.당연히 우주표준모형서 물질의 기본입자로 알려진 소립자 17개(힉스입자 포함)중 최저가 10-19m 레벨의 크기인데, 끈은 10-35m 즉 플랑크 길이 크기라 하니 아누도 그정도 크기라고 신지학자들은 주장하는 것이지요. 그래서 초감각, 명상이 영향을 주게 된다고 설명하는 것입니다.
신지학자가 원래부터 아누를 그 정도 크기로 생각했다기보다는 물리이론에서 끈의 개념이 나오니 거기에 맟춘 것 아닌가 모르겠네요. 물리학자들이 이런 아누에서 일부 영감을 얻었을 수 있고...
앞서도 이야기 했지만, 끈이론에 의하면 이 세상은 10차원 즉 공간 9차원, 시간1차원으로 구성되어 있다고 합니다. 왜냐하면, 10차원이 되어야 수학적 모순이 사라지게 된다는 것입니다. 즉, 양자역학과 모순없는 양자중력이론이 찾아진다는 것이지요.
우리 우주의 겉보기 모습은 커다란 4차원(공간3차원, 시간1차원)이지만 우주탄생시에 작게 말려버린 6차원 공간이 있고 끈이 이 공간쪽으로 다양하게 진동한다고 합니다. 이 진동은 4차원에서 보면 전하로 나타난다는 것입니다.
'칼루자와 클라인(Kaluza와 Klein)' 이라는 물리학자들은 5차원을 이렇게 설명했읍니다.
아래 그림은 3차원공간상의 튜브입니다. 이튜브의 단면은 2차원이지만, 먼거리에서 보면 1차원 선으로 보입니다. 그래서 요것상의 1점은 x,y,z,w 값에 해당되는 (x1, x2, x3, x4 )좌표값을 가지고 있습니다. 그러니 끈의 수준에서 보면, 공간4차원, 시간1차원인 5차원의 세계인데, 보통 우리가 사는 세상은 공간3차원(x1,x2,x3), 시간1차원으로 보이고 공간1차원(x4)은 감추어져 있다(말려있다)는 것입니다.
<숨겨진 차원>
초끈이론에 따르면 10-35승m 레벨에서, 중력은 고무밴드처럼 닫친 끈, 다른 힘과 입자는 열린 끈이고 진동하는 패턴에 따라 우주의 기본 4가지힘인 강력, 약력, 전자기력이나 빛, 커크와 같은 입자가 된다는 것입니다.
그러니, 상대성이론, 양자역학, 양자중력이론이 통합적으로 설명이 된다는 것입니다. 따라서, 초끈 이론가들은 초끈이론이야말로 아인시타인이 말년에 그렇게 찾아 헤메던 [통일장의 이론], [삼라만상의 이론]이라는 것입니다.
또, 5가지 끈이론(특수해)의 통합해(M 이론)로는 공간10차원 시간1차원 즉 11차원으로 이 세상을 해석한다 카네요. 그러면 시간을 뺀 9차원은 어떤 세상인가? 아누를 설명하는데도 비유가 있읍니다. 시간을 뺀 9차원의 비유로 설명하면 이렇습니다.
비유는 正解의 요약이 아닙니다(정해를 바로 설명할 수 있다면, 내가 지금쯤 신선의 경지에 올라 있겠죠?). 꽃을 미인에 비유하듯 설명하니 찰떡같이 알아 들으세요
앞서 칼루자-클라인의 개념을 확장하면, 어떤 모습일까?
9차원중 6차원은 뭉쳐서 소립자의 내부공간에 감춰있다고 봅니다. M이론을 유도한 에드워드 위튼은 이 6차원을 축소하면 아래 그림처럼 '칼라비-야우다양체' 라는 기묘한 공간이 된다고 합니다. (다차원의 2차원투영이니, 생성 원리를 모르면 알아보기 불가능 할 것입니다)
<칼라비_야우 다양체>
아래 그림 즉 하버드대학의 쿨룸 바파가 제안한 6차원 토러스모형에 따르면 각각의 차원은 1차원의 원이며 초끈이 각각의 원형차원 주위를 몇 차례 감고 있는 것으로 비유된다고 합니다.
<원형차원을 돌고 있는 초끈>
또, 아래 그림들을 보세요 죽 늘어뜨리면 1차원 끈인 스파릴래를 좁은 공간에 말려 들어가게 한 모습을 연상하십시오. 스파릴래가 한번 감길때마다 칼루자-클라인이론에 유사한 개념에 따라 1차원씩 여분이 증가합니다. 이 스파릴래의 한부분에서는 또다시 앞서의 스파릴래를 닮고... 이것을 6차례 반복하면 6차원이 6중으로 말려 들어가고, 기존 공간3차원과 시간1차원이 합쳐서 10차원이 된다는 것입니다.
*스파릴래: 코일 하나하나를 스파릴라라 부르고, 하나의 원을 이루는 코일 전체를 스파릴래로 부릅니다. 그런데 이 스파릴래는 또다시 그 자신보다 더 작은 코일로 이루어져 있습니다. 즉 첫 번째 스파릴래에 속한 하나의 코일은 7개의 더 작은 코일로 이루어져 있는데, 뒤의 것을 앞의 것과 구별하기 위해 제2차 스파릴래라 부릅니다. 이것은 여기서 그치는 것이 아니라 모두 여섯 차례나 계속됩니다. 즉 스파릴래 속에 스파릴래가 있고, 또 그 속에 스파릴래가 있기를 여섯 번이나 반복하는 것입니다
<1차 스파릴래>
<2차스파릴래>
앞에서도 이야기 하였듯이, 신지학파의 스파릴래 개념이나 쿨룸 바파의 6차원 토러스도 칼루자-클라인의 개념을 확장하는 것은 정해가 아닌 비록 비유라 하드라도, 고차원을 이해하는데 도움이 되었으리라 봅시다. 신지학파들이나 일부에서는 그래서, 끈수준의 0 질량의 에너지 단위(실제로 양자역학에서 일부 소립자 질량을 0로 간주함)에서 이루어지는 물리현상이 인간의 정신, 이를테면, 당신에게도, 명상효과 염력, 영감등에 영향을 준다는 것이지요.
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