서적소개
물리학의 근본 문제들
폴 벅클리 외 / 범양사 / 1988.8.1
이 책은 일반 독자층을 대상으로 한 책으로, 전문적인 내용을 비전공인 일반 독자들도 쉽게 이해할 수 있도록 풀어쓴 교양 도서이다.
○ 목차
- 베르너 하이젠 베르크
- 레온 로젠펠트
- 폴 아드리안 모리스 디락
- 로저 펜로즈
- 존 아치볼드 휠러
- 칼 프리드리히 폰 바이재커
- 일리아 프리고진
- 로버트 로젠,하워드 패티,레이몬 소모라이:이론 생물학 심포지움
- 데이비드 조지프 봄
- 부록 : 양자론의 문제점
○ 저자소개 : 벅클리, 폴. Peat, F. David. 피이트, 데이비드
– 역자: 이호연 외
○ 물리학의 기본 문제들
자연에 관한 많은 정보가 계속 축적되고 있지만, 물리학은 다음과 같은 기본 문제들을 해결하지 못하고 있습니다.
- 우주 공간은 절대 공간일까 상대 공간일까?
- 물질의 기본 단위는 어떤 형태일까?
- 빛은 어떻게 입자와 파동의 이중성을 가질까?
- 중력을 전달하는 중력자는 어떤 존재일까?
- 우주의 암흑 물질은 어떤 존재일까?
- 빅뱅을 일으킨 힘은 어디서 생겼을까?
이런 기본 문제들이 해결되지 않고 있는 원인은 무엇일까?
20세기 물리학 이론들이 공통적으로 갖고 있었던 특징은 그 바탕에 절대 공간 개념이 깔려 있는 것입니다. 상대성 이론은 중력의 영향을 받아 휘는 시공을 제안했지만, 이 시공은 물질과 분리된 독립적인 존재이어서 상대 공간의 본질과는 거리가 있습니다. 따라서 상대성 이론의 시공은 절대 공간의 아류라 할 수 있습니다. 20세기 물리학 이론들이 절대 공간을 기초로 했던 것은 20세기의 과학주의가 상대 공간에 대한 올바른 정의도 없이 우주 공간을 절대 공간으로만 보는 편견을 갖고 있었기 때문입니다. 이로 인하여 앞의 기본 문제들이 해결되지 않고 있고, 20세기 물리학이론들이 미완의 상태에 있다고 할 수 있습니다. 그렇다면 상대 공간은 어떻게 정의되어야 할까?
“상대 공간은 언제나 그 무엇으로 가득 차 있다.” 이것이 절대 공간에 대립되는 상대 공간의 정의입니다. 이 정의를 만족시키기 위해서는 그 무엇으로 가득 차 있는 일정 공간에서 그 무엇을 밖으로 계속 뽑아 낼 때 나머지 그 무엇은 계속 팽창되어 그 일정 공간에 가득 차 있어야 하고, 이것의 역, 일정 공간에 그 무엇을 계속 넣을 때 그 무엇은 계속 수축되어 들어가야 합니다. 이것이 상대 공간의 본질입니다. 앞의 기본 문제들은 절대 공간 개념으로는 풀리지 않았다고 볼 수 있으므로, 이 문제들을 풀기 위해서는 우주 공간을 상대 공간으로 볼 필요가 있습니다.
그렇다면 그 무엇은 어떤 존재일까? 이 문제는 빛의 이중성 문제와 관계가 깊다고 볼 수 있습니다. 그 무엇이 공간에 가득 차 있다면, 빛은 공간 속을 이동할 때 그 무엇과 끊임없이 충돌할 것이기 때문입니다. 그러므로 그 무엇의 실체를 밝히기 위해서는 “빛은 어떻게 입자와 파동의 이중성을 가질까?” 이 문제부터 풀어 볼 필요가 있습니다.
- 빛은 어떻게 입자와 파동의 이중성을 가질까?
(1) “빛은 입자성과 파동성을 교대로 반복한다.” 입자성만을 갖고 있는 빛이 있거나 파동성만을 갖고 있는 빛이 있다는 증거는 없으므로, 하나의 빛이 입자성과 파동성을 둘 다 갖고 있다고 볼 수 있습니다. 하나의 빛 속에 입자성과 파동성이 동시에 언제나 함께 일정하게 있다는 증거는 없습니다. 그러므로 빛은 입자성과 파동성을 교대로 반복한다고 정의할 수 있습니다.
(2) “빛은 수축과 팽창을 교대로 반복한다.” 빛이 입자성과 파동성을 교대로 반복한다는 것은 빛이 수축과 팽창을 교대로 반복한다는 뜻입니다. 빛은 수축할 때는 크기가 작아지기 때문에 입자성을 갖게 되고, 팽창할 때는 크기가 커지기 때문에 파동성을 갖게 된다고 정의할 수 있습니다.
(3) “공간은 탄성을 갖고 있다.” 무한한 절대 공간 속에서 팽창하는 빛이 스스로의 힘만으로 수축한다고 볼 수는 없습니다. 팽창하는 빛을 수축시키는 힘은 빛의 팽창력에 대한 공간의 반작용으로 볼 수 있습니다. 즉, 빛과 공간 사이에서 작용과 반작용이 교대로 반복된다고 볼 수 있습니다. 이 작용과 반작용의 반복이 빛의 진동이라고 볼 수 있습니다. 빛이 공간 속에서 힘을 잃지 않고 오랫동안 빠르게 진동할 수 있다는 것은 공간이 빛으로부터 받은 힘을 멀리 전파시키지 않고 빛에게 거의 완전하게 돌려준다는 뜻입니다. 이것은 공간이 탄성을 갖고 있다는 뜻입니다. 절대 공간이 탄성을 갖고 있다는 철학을 수용하기는 어렵습니다. 그러므로 우주 공간은 상대 공간이고, 공간에 가득 차 있는 그 무엇은 탄성을 갖고 있다고 정의할 수 있습니다.
(4) “공간은 작은 시스템(씨)들로 가득 차 있다.” 중력의 세기는 지표에 근접할수록 커지고 멀어질수록 작아지므로, 공간에 가득 차 있는 그 무엇의 밀도는 지표에 근접할수록 커지고 멀어질수록 작아진다고 볼 수 있습니다. 그 무엇의 밀도가 변한다는 것은 그 무엇은 ‘수축 팽창이 가능한 작은 시스템들의 집합’이라는 뜻입니다. 이 시스템을 ‘씨 (ssi)’라고 이름할 때, 공간은 씨들로 가득 차 있고, 씨는 자연계에서 더 이상 붕괴되지 않는 가장 작은 시스템이라고 정의할 수 있습니다.
(5) “빛은 질량과 에너지를 갖고 있다.” 씨가 수축과 팽창을 반복할 수 있다는 것은 씨 속에 질량과 에너지가 있고, 이 질량과 에너지가 상호 전환된다는 뜻입니다. 마찬가지로 빛도 수축과 팽창을 반복하므로 질량과 에너지를 갖고 있다고 정의할 수 있습니다. 씨는 질량을 갖고 있으므로 물체와 구별될 수 없습니다. 그러므로 우주 공간을 압축시키면 씨들이 압축되면서 물체가 생성되고, 물체가 붕괴되면 씨들이 나온다고 볼 수 있습니다. 따라서 우주 공간은 팽창된 씨들로 가득 차 있고, 모든 물체들은 수축된 씨들의 집합으로 볼 수 있습니다.
기존의 절대 공간 개념을 버리고 “우주 공간은 씨들로 가득 차 있다.”라는 상대 공간 개념을 갖고 앞의 기본 문제들을 하나 하나 풀어 보면, 앞의 기본 문제들은 서로 다른 문제들이 아니고 하나의 문제라는 것을 알 수 있습니다. - “우주 공간은 절대 공간과 상대 공간의 이중성을 갖고 있다.”
우주 공간은 수축과 팽창을 반복할 수 있는 무한히 많은 씨들로 가득 차 있으므로 상대 공간의 정의에 부합됩니다. 하지만, 우주 공간을 상대 공간이라고만 정의할 수는 없습니다. 우주 공간에 가득 차 있는 씨들이 수축과 팽창을 반복하기 위해서는, 씨들이 차지하고 있는 공간 속에 여유 즉 절대 공간이 있어야 되기 때문입니다. 그러므로 우주 공간은 절대 공간과 상대 공간의 이중성을 갖고 있고, 하나의 씨는 더 작은 씨들의 집합이고, 씨 속에 우주가 있고, 빛 속에 우주가 있다고 볼 수 있습니다. - “물질의 기본 단위는 공간·질량·에너지·시간이 공존하는 시스템이다.” 우주 공간을 압축시킬 때 씨들이 압축되며 물질로 되고 그 역도 성립된다면, 씨는 우주의 기본 단위들이자 동시에 물질의 기본 단위라고 정의할 수 있습니다. 따라서 물질의 기본 단위인 씨는 입자가 아니고, 수축과 팽창을 교대로 반복할 수 있는 구조를 갖고 있는, 공간·질량·에너지·시간이 공존하는 시스템입니다.
- “팽창되어 우주 공간에 가득 차 있는 씨들이 중력을 전달하는 중력자다.” 씨들은 수축 팽창되기 때문에, 중력이 강한 곳에서는 수축되어 밀도가 커지고, 약한 곳에서는 상대적으로 덜 수축되어 밀도가 작아집니다. 그러므로 블랙 홀 주위의 공간은 인력에 의해 휜다고 정의할 수 있습니다.
- “우주 공간에 가득 차 있는 씨들이 암흑 물질이다.” 기본 단위들인 씨들은 질량을 갖고 있기 때문에 인력을 갖고 있습니다.
- “빅뱅이 일어났다는 것은 자연계에 폭발력이 있다는 뜻이다.” 빅뱅은 일종의 팽창 현상이므로 우주는 언젠가 수축될 것입니다. 이것은 우리의 우주가 수없이 많은 우주들 중의 하나라는 뜻입니다.
이러한 해석은 논리의 비약이 아니고 선택의 여지가 없는 필연적인 결과입니다. 이 결과들을 만족시킬 수 있는 새로운 역학 체계가 필요합니다. 현대 물리학이 자연계를 지배하는 기본 힘들이라고 주장하는 4힘 ‘인력·전자기력·강력·약력’의 역학 체계로는 수축과 팽창이 반복되는 현상을 설명할 수 없기 때문입니다.
수축과 팽창의 반복 현상을 설명할 수 없다는 것은 물리학이 자기 모순에 빠져 있다는 증거입니다. 물리학은 실험으로 검증할 수 없는 네가티브 세계도 검증할 수 있는 포지티브 세계와 더불어 자연 속에 있다는 것을 인정해야 합니다. 검증할 수 없는 세계는 무시하고 검증할 수 있는 세계에만 집착한 결과로 인하여 물리학은 잘못된 역학 체계를 갖게 되었습니다. 새로운 역학 체계가 필요하지만 오늘의 물리학은 그 필요성을 인식하지도 못하고 있습니다. 그 근본 원인은 공간에 대립되는 반공간의 존재를 인식하지 못하고 있기 때문입니다.
크리스천라이프 편집부