6.극미입자 |
이제 끝으로 [소립자 : 별]을 계산할 차례다.
은하 구조 속에서 별들은 은하 중심 주위를 돌고 있다.
원자 구조 속에서 전자들은 원자핵 주위를 돌고 있다.
혹은, 양자론에서는 전자들이 원자 핵 주위에 확률 분포되어 있다고 표현한다.
우리가 만약 이 둘이 프랙탈 우주 속에서 서로 대응한다고 말한다면, 곧 그 현격한 상이점을 알아챌 수 있다.
그것은 바로 은하 속에는 예를 들어, 우리 은하계에는 2,000억 개 이상의 별이 포함되어 있는 반면에 원자 속에 포함된 전자의 수는 불과 몇 개 밖에 되지 않는다는 점이다.
수소 원자는 1개의 전자를 가질 뿐이며 탄소는 6개, 질소는 7개, 산소는 8개, 그리고 매우 큰 원자량을 갖는 우라늄조차도 불과 92개의 전자를 가지고 있을 뿐이다.
여기서 필자는 전자에 관한 한가지 흥미로운 아이디어를 제안하고자 한다.
잘 알려져 있듯이 은하 구조 속에서 별들은 멋대로 흩어져 있는 것이 아니라 나선팔을 형성하고 있다.
필자는 전자 또한 은하의 나선팔과 같은 형태를 띠고 있을 것이라고 생각한다.
말하자면 전자는 단순한 하나의 입자가 아니라 무수한 극미입자들로 이루어진 벨트 형태의 물질이라고 보는 것이다.
이 아이디어는 다음의 이야기로써 분명해 질 것이다.
최근 물리학자들은 전자의 실제 반지름을 관측하는 데 성공하였다.
전자의 반지름은 이제까지 양자전기역학상의 계산에 의하여 약 (10의 -16승)cm라고 알려져 왔으나, 실제로 관측된 전자의 반지름은 (10의 -20승)cm이하였다.
전자의 반지름을 실측함으로써 이제 우리는 전자에 대한 개념을 바꾸지 않을 수 없게 되었다.
전자의 반지름이 (10의 -20승)cm라면 그 체적은 (10의 -60승)㎤이다.
전자의 질량은 약 (10의 -27승)ｇ이다.
따라서 전자의 질량밀도는 (10의 33승)ｇ/㎤가 된다.
일반적으로 전자는 가벼운 입자로 알려져 있다.
그러나 이제 전자의 반지름이 (10의 -20승)cm보다 작다는 것이 확인됨으로써 전자가 가벼운 입자라고 하는 개념은 수정되지 않으면 안 되게 되었다.
전자는 결코 가볍지 않다.
그것은 무거울 뿐 아니라 상상을 초월할 정도로 무겁다고 할 수 있다.
전자를 중성자와 비교해 보자.
중성자는 일반적으로 무거운 입자로 알려져 있다.
중성자의 반지름은 대략 (10의 -13승)cm이다.
그러므로 중성자의 체적은 (10의 -39승)㎤이다.
한편 중성자의 질량은 대략 (10의 -24승)ｇ이므로, 그 질량밀도는 (10의 15승)ｇ/㎤ 정도가 된다.
다이아몬드는 왜 무거운 물질이라고 하는가?
그것은 다이아몬드의 질량밀도가 높기 때문이다.
전자의 질량밀도 (10의 33승)ｇ/㎤은 중성자의 질량밀도 (10의 15승)ｇ/㎤과는 비교할 수 없을 정도로 엄청나게 높다.
이제 우리는 결코 전자가 가벼운 입자라고 말할 수 없을 것이다.
그렇지만 왜 전자의 질량밀도는 이토록 높은가?
전자가 단순한 점입자라는 개념으로써는 이 의문에 답하기 어렵다.
그러나 전자가 하나의 입자가 아니라 무수한 극미입자로 이루어진 벨트라고 생각하면 어떨까?
원자 구조 속에서 전자의 벨트는 초속 250km라는 비교적 느린 속도로 원자핵 주위를 돌고 있다.
그렇다 하더라도 이것은 전자가 원자핵 주위를 매초 수 백조 바퀴씩 도는 속도이므로, 우리는 도저히 원자 구조 속에 있는 전자를 관측할 방법이 없다.
전자를 관측하려면 원자 구조 밖으로 전자를 끌어내어야 한다. 전자가 원자 구조 밖으로 나오면 광속도로 운동한다.
이렇게 되면, 원자 구조 안에서 다소 느슨하게 흩어져 있던 극미입자들은 일렬로 늘어서서 광속으로 달려갈 것이다.
그리고 그 모든 극미입자들은 일 점을 통과하게 될 것이다.
결국 우리가 관측할 수 있는 것은 전자의 크기가 아니라 전자를 이루고 있는 극미입자의 크기일 것이다.
한 개의 극미입자의 범위에 모든 극미입자들이 집중될 때 전자의 질량밀도가 그토록 높게 나타나는 것은 당연하다고 할 수 있다.
태양은 우리 은하계에서 표준적인 크기를 갖는 별로서, 그 반지름은 약 70만km이다.
이제 우리는 [소립자 : 별]을 [극미입자 : 태양]으로 표현할 수 있을 것이다.
극미입자의 반지름 : 태양 반지름 = (10의 -20승)cm : 7 x (10의 5승)km
= (10의 -25승)km : 7 x (10의 5승)km
= 1 : 7 x (10의 30승)
이상으로써 거시세계와 미시세계 사이의 서로 대응하는 모든 요소들의 크기 비를 계산해 보았다.
우리는 모든 대응요소들의 비가 비슷함을 알 수 있고, 그 비례상수는 (10의 30승)임을 알게 되었다.
이상의 계산 중에서 [분자 : 은하군]의 값이 다른 값에서 약간 벗어남을 볼 수 있는데, 그것은 분자의 평균적인 크기를 결정하기가 어렵기 때문이다.
그렇다 하더라도 10배의 편차를 고려하면 그것도 그다지 나쁜 결과는 아니다.
이것은 우연의 일치일 뿐인가?
그럴 수도 있을 것이다.
그러나 만약 우리가 어떤 사실을 예측하고 그것이 그대로 일어난다면, 그것은 우연이 아니라 필연적인 결과라고 해석해야 할 것이다.
앞으로 이 글에서 독자제위는 그러한 필연적인 결과를 더 보게 될 것이다.
만약 이 모두가 단지 우연의 연속일 수가 없는 것이라면, 우리는 우주가 프랙탈 구조로 수직적으로 연속되며 프랙탈의 각 단계 사이의 배율은 대략 (10의 30승)이라고 말할 수 있을 것이다.
말하자면, 우리의 우주가 한 개의 입자에 불과한 거대한 존재는 사람의 키보다 (10의 30승)배나 크고, 사람은 우리 몸의 세포 속에 살고 있을 아주 작은 존재보다 (10의 30승)배 더 큰 것이다.
우주는 그것이 비록 하나의 세포에 지나지 않지만 우리 자신이 거대한 존재 내부의 미시세계 속에 살고 있기 때문에 크게 보인다.
마찬가지로, 우리 몸 속 또 다른 미시세계에 살고 있을 작은 존재들은 우리의 세포를 그들의 계산으로 반지름 150억 광년의 거대한 우주로 여기며 살고 있을 것이다.
그러나 사실 우리는 우리의 우주가 포함된 거대한 존재가 무엇일지 알 수는 없을 것이다.
왜냐하면 우리는 그 거대한 존재의 세포 속에 살고 있어 그 존재의 전체를 절대로 볼 수 없을 것이기 때문이다.
그러나 먼 훗날 천문학자들이 우주 속에 분포된 모든 은하들의 완벽한 3차원 지도를 그려낼 수만 있다면 DNA에 해당되는 초은하단을 분석하여 그 정체를 알아낼 수 있을지도 모른다.
그때까지는 그 거대한 존재를 그냥 사람일 것이라고 생각해 두자.
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