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밑의 sd.seoul님과 기타 다른 분들이 많은 부분 잘 말씀을 하셔서 저도 많이 배우고 갑니다. 이 글에서는 제 나름대로 CERN의 LHC 실험에 대해서 저같은 초보를 위해 작게나마 코멘트를 할까 합니다.
우선 LHC는 Large Hardon Collider의 약자에서 알 수 있듯이 Collider라는 것은 두 입자를 충돌시켜서 깨져 부서지는 조각(Particle)을 잡아내서 과학적 증거를 가지는데 큰 의미를 주는 중요한 도구입니다. LHC에서는 두 Proton Beam을 거의 빛의 속도 (0.999c)로 쏘아 부딪히게 해서 Particle을 얻어냅니다.
LHC로 얻어내는 몇가지 입자들이 있는데, 가장 큰 목적은 Higgs Boson이라는 Particle을 잡아내는 것이 목적입니다.
그 목적을 이해하려면 Quantum Physics를 알아야하지만, 그리 간단한 것은 아닙니다. 하지만, 여기서는 가능하면 가장 간단하게 설명을 하고자 합니다.
우선 Quantum Physics의 근간이 되는 Standard Model에 대해서 알아보죠.
Standard Model은 1960년후반쯤에 Steven Weinberg등의 과학자들이 만들어낸 이론입니다. 이 이론은 우리를 구성하고 있는 모든 물질(Matter)는 어떤 Common-Ground를 가지게 된다고 하는 이론이고, 그것이 Standard Model 입니다. 이 Standard Model에서 제시하고 있는 Particle들이 있는데, 그것이 저 위의 그림에 나온 것입니다. 즉, Leptons, Quarks, Photon, W(+,-), Z, Gluons, Higss Boson의 Particle로 이 세상의 모든 물질(Matter)과 질량(Mass)에 대해서 완벽하게 설명할 수 있다고 하는 것입니다.
다른 Collider로 이미 모든 Particle은 실제로 존재한다는 것을 증명했지만, 유독 Higgs Boson은 발견을 하지 못했습니다. 발견하기도 어려울 뿐더러 어떻게 하면 발견할 수 있는지 알았지만, 그 과정과 기술과 자본의 한계로 못하고 있었지요. 이제 Higgs Boson을 발견할 수 있는 Collider를 만들었는데, 그것이 LHC 입니다.
만일 LHC로 Higgs Boson이 실제로 존재한다는 것이 증명이 되면, 이 Quantum Physics는 그야 말로 흥분의 도가니입니다. 왜냐하면, 그동안 물질이 무엇으로 구성되어 있는지 인간은 알수 없었지만, 역사상 최초로 물질이 무엇이다라고 얘기할 수 있는 순간이거든요. 더군다나 Mass의 신비도 밝혀질 듯 싶습니다. 왜냐하면 각각의 Particle의 Property에서 Mass들을 이미 다 측정을 해 두었거든요. 과학자들은 과연 Higgs Boson이 질량이 있는지 없는지 그것도 매우 궁금해 하고 토론이 벌어졌었는데, LHC로 확실하게 알 수 있게 되는 것이지요.
그 Higgs Boson이 The God Particle입니다. 하나님께서 물질을 창조하셨지만, 과연 그 물질이 무엇인지를 이제서야 인간이 밝혀내는 것이라는 의미로 붙인 별명이지요. Leon Lederman이 농담으로 한 Goddamn Particle이라고 할정도로 그놈의 Higgs Boson이 항상 골칫거리였습니다.
그러나 여기에는 몇가지 문제가 있습니다.
첫째는 저 Standard Model이 Gravity (중력)에 대해서는 설명을 하지 못한다는 것입니다. 더군다나 20세기초 Albert Einstein이 제시한 General Relativity (일반 상대성이론)와 Standard Model을 사용한 Quantum Field Theory와 어떻게 연관을 짓는지는 부분이 알려져 있지 않다는 것입니다. General Relativity는 Newton의 Law of Universal Gravitation (뉴톤의 만유인력법칙)과 Einstein 자신이 발표했던, Galileo의 Principle Of Relativity (갈릴레오의 상대성원리)을 정리한 Special Relativity (특수 상대성이론)를 종합적으로 설명하며 Gravity에 대해서는 물리학에서 가장 최고의 이론입니다. 그러나 이 이론도 Quantum Gravity의 문제와 Dark Energy와 Dark Matter등의 문제로 아직까지 증명할 수 없는 이론입니다.
둘째는 만일 Higgs Boson이 LHC로 인해 존재하지 않는다는 것이 밝혀 지면 어떻게 될 것인가 하는 것입니다. 실제로 몇명의 과학자들은 Higgs Boson이 없다라고 주장도 하고 있기도 합니다. 만일 없으면, 저 철떡같이 믿고 있던 Standard Model에는 심각한 오류가 있다는 것이지요. 아마도 지난 50년간 있었던 과정을 다시 재정립해야 할 것 같습니다. 영국의 Stephen Hawking 교수는 BBC와의 인터뷰에서 Higgs Boson이 발견되지 않을 것이라는데 100불 걸겠다고 했습니다.
그러한 문제점에도 불구하고 LHC의 실험이 주는 의미는 과학계에 큽니다. Higgs Boson의 존재유무 뿐이 아니더라도, 막대한 에너지의 폭발은 Big Bang 이론에서 제시하고 있는 것과 흡사하기 때문이기도 하고, 그 때문에 Antimatter(반물질)도 잡을 수 있지 않을까 하는 희망도 걸고 있습니다. 아울러 블랙홀도 구경할 수 있는 기회이기도 하지요. 블랙홀은 LHC에 이어 뉴욕에 있는 세계 두번째로 큰 RHIC에서도 거의 블랙홀과 흡사한 것이 관찰이 되기는 했었습니다만(2008년 9월 10일), 블랙홀이라고 하기에는 몇가지 문제가 있습니다. LHC에서는 가능하다고 과학자들은 보고 있습니다. Stephen Hawking 교수는 LHC에서 블랙홀이 생겨도 아주 작고 미세할 것이고, 곧 바로 증발 할 것이라고 하는 군요.
여담이지만, 9월 9일에 LHC가 제대로 동작하는지 한개의 Beam만 돌려볼때, LHC 프로젝트에 참여한 과학자들은 내심 LHC가 폭발하기를 바랬다더군요. 왜냐하면, 폭발하면, 다시 공사를 할 것이고, 다시 공사하는 동안, 좀 놀수 있는 여유가 생기거든요.
물론, 다들 농담삼아 했던 얘기입니다. 또 한가지 여담은 과학자들 사이에서의 푸념이 하나 있는데, 그것은, 자신들이 자라오면서 과학이 진짜다라고 믿었었는데, 과학을 알면 알수록 그냥 이런저런 추측과 대충 그럴것이다라고만 하는 무수한 이론뿐이라는 것을 알게 되니, 과학은 잘 포장된 헛소리라고 하더군요.
네, 이것도 물론, 술자리에서나 있는 그냥 푸념과 농담입니다. 아무튼 그런저런 과학의 발전을 만일 인간들이 제대로 잘 사용만 한다면, 참 다행스럽고 인류에게 큰 힘이 될것이라고 저는 긍정적으로 바라보고 있습니다.
쓴 내용중에 제가 잘못 알고 있거나 수정할 부분이 있으면 알려주시면 감사하겠습니다.
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어려운 이야기를 이렇게 쉽게 정리해주시니 감사합니다. 실은 정리해주신 것을 읽어도 밝아지지 않는 머리를 나무라고 있습니다.
예전에는 잘돌아갔었던 머리인것 같은데 나이가 들수록 아무 생각이 없습니다. 잃는 것이 있으면 얻는 것이 있어야 하는데 지난 세월동안 무엇을 얻었는지 한번 생각해 봐야 겠습니다. 과학에 관해서는 어릴적 태권브이 마징거등등을 보며 팬시한 생각을 가졌던 기억이 있습니다. 초등학교때 장래희망의 대부분은 대통령 아니면 과학자가 아니었나 싶습니다. 암튼 이번 실험은 저같은 평민에게도 호기심을 줄정도로 흥미로운 실험인것 같습니다. 무언가를 위해 한걸음 내딛는다는 기쁨은 과학만이 아니라 엔지니어링에서도 가슴 설레이는 일이기에 보기에 아주 좋네요. LHC가 폭발해서 좀 여유를 가지고 싶었을지도 모르는 과학자들의 마음을 조금은 이해가 갑니다. 즐거운 추석들 보내시고 게시판에서 종종 뵙겠습니다.
(이참에 아이디를 고정할가 생각중입니다. 공대/엔지니어/평신도/techman) -
sd.seoul님, 자세한 코멘트 감사합니다.
Anti-Matter라고 했던 것은 실은 Quarks와 Anti-Quarks의 Strangelet 이나 Strange Quarks의 어떤 새로운 형태를 발견할 수 있을까 하는 얘기를 그냥 뭉ㄸㅡㅇ그려 Anti-Matter라고 했었는데, 지적해 주셔서 감사합니다.
물질에 대해서 이미 알고 있다고 보는 것은 Higgs Boson에 대해서 눈으로 보기 전까지는 이론으로 머무르고 있는 것이 아니었던가요. 아니면, Approximately 물질은 그렇다고 보는 것이었던것이 아닌지…왜냐하면, Higgs Boson의 질량에 대해서 알지 못하는데, 어떻게 물질이 그것이다라고 할 수 있는 지는 define 하기는 성급한것이 아닌가 생각이 들거든요. 하지만, Higgs Boson이 규명되면, 이제 중력을 빼고는 물질에 대해서, 그리고 질량에 대해서 자신있게 얘기 할 수 있는 것이 되는 것이라고 보는 것이 일반적인 것이 아닌가 생각이 듭니다만…
^^, 그리고 철떡같다는 것은…그냥 joke 였습니다.
;그리고 마지막의 명제에 대해서는 사실 공통적으로, sd.seoul님이 더 잘 아시리라 생각합니다만, 과학이 확연하게 “이것”이다 라고 분명하게 얘기하지 못하는 것은 그것이 “이것”이다라고 주장할 수 있는 증거가 아직 발견되지 않았거나 어렵기 때문입니다. 물론, 희망적으로 “언젠가는” 밝혀 질것이겠지만, 늘 과학은 “이러이러해서 이런 것이 아닐까? 근데, 증거는 아직 없어.” 라고 주장하는 것이 많이 있기에 그 위의 여담으로 했던 얘기중에, (사실은 술자리에서..) 과학은 헛소리다 라고 얘기했었습니다. 그러나, 그렇다고 해서 정말 과학이 헛소리거나 쓰레기통에 넣어야 하는 것이다 라고 누군가 얘기하면, 그것또한 그렇게 무식한 발언이 아닐수 없는 것이지요. 물론 대부분이 추측이지만, Reasonable 하지 않은 추측이 아니라, 상당부분 Reasonable 하기때문에 그 과학에 대해서 함부로 이렇다 저렇다 얘기 하기 어려운 부분입니다. (함부로 얘기하려면 확실한 증거를 들이밀던가 아니면 상당부분 Reasonable 해야 하지요.)
그런 의미에서 과학이 가지는 속성을 잘 이해하면서, 동시에 과학이 모든 것을 해결할 것 같은 생각은 갖지 않았으면 하는 마음에서 잘 이용하기를 바란다는 명제를 이용했습니다.
임동동님, 공대님, 그리고 tracer님, 관심가져 주시고 봐 주셔서 감사합니다.