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제89회 국민강좌 - 천부경과 우주 입자물리학
작성자 : 관리자(pooh@designardor.com) 작성일 : 2011-03-31 조회수 : 2291
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김정양 박사의 '천부경과 우주 입자물리학'

우주 탄생의 비밀이 1만 년 전 한민족의 경전 '천부경'에! 

  
신의 입자 – 우주입자물리학의 피안
God’s Particle – Beyond the Astroparticle Physics


“초심과학자는 하나님으로부터 자신을 멀리하려고 한다. 그러나 과학에 깊이 몰입하는 자는 다시 하나님께로 돌아간다.”       Francis Bacon (1561-1626)


1. “지금/여기”로부터 우주의 깊은 데로 (From “Now/Here” to the Deep Space)

1964년은 우주탐색에 있어서 코페르니쿠스적 전환점이 된 매우 중요한 해였다. 그 해에 영국의 우주입자물리학(Astroparticle Physics)의 한 젊은 교수였던 피터 힉스(Peter Higgs)가 오늘날 “신의 입자(God’s Particle)”라고 부르는 것의 존재를 가설로 내어 세우는 <힉스 메커니즘(Higgs Mechanism)>을 발표했다. 그와 때를 같이 하여 아르노 펜지아스(Arno Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Wilson)은 처음으로 우주의 각 방향으로부터 지구로 전파되어 들어오는 “우주 마이크로웨이브 배경복사(Cosmos Microwave Background Radiation: CMBR)”를 발견했다.

펜지아스와 윌슨은 “창조주의 서명(Signature of God)” 또는 “우주의 생명코드(Cosmos Genetic-Code)”라고 불리는 엄청난 대발견으로 인해 14년 후인 1978년에 노벨물리학상을 공동으로 수상했다. 그때에는 이미 그들의 발견은 새로운 우주탐색의 정설로 받아 들여졌다. 그러나 “창조주의 서명”이 우주공간에 창조 당시부터 지금까지 남아있어 지구에서 “우주 미세파장 배경복사”로 감지가 된다고 하는 것 이외에는 그것을 통해서 우주의 생성과정과 우주의 역사를 확인해 보는 일은 그 당시로서는 불가능했다. 그러던 중 1992년 미국 나사(NASA)에서는 우주배경을 탐색하기 위한 코베위성(COBE: Cosmic Background Explorer)을 개발해 지구궤도에 올렸다.

코베위성으로 인해 인간은 “우주 마이크로웨이브 배경복사”를 탐색하고 분석하여 우주의 대폭발이 일어난 이후 40만년의 상태를 알아내는데 성공했다. 코베위성의 탐색으로 인해 우주가 대폭발 한 이후 10-35초에서부터는 인플레이션기간이 시작되었고, 수소(H)와 헬륨(He)이 생성된 것은 대폭발(Big Bang) 이후 3분만이었으며, 그렇게 하여 40만년이 지나자 흑암으로부터의 혼돈이 그치고 우주가 맑게 개인 청명한 모습을 들어냈음이 밝혀지게 된 것이다. 2002년에는 코베위성 보다도 더 해상도가 높은 더블유맵(WMAP)위성으로 대폭발 이후 40만년 된 우주의 모습을 더 상세하게 탐색해낼 수가 있었다. 유럽에서는 2008년 초에 플랑크(Planck)위성을 궤도에 진입해서 코베와 더블유맵보다도 더 높은 해상도로 창조 이후 40만년 된 옛 우주의 모습의 신비를 거의 모두 다 벗겨냈다.

“신의 서명(Signature of God)” 또는 “우주의 생명코드(Cosmos Genetic-Code)”등으로 불려지는 “우주 마이크로웨이브 배경복사(CMBR)”로 우주의 신비가 밝혀진 바에 의하면 우주의 나이는 거의 정확히 137억년이 되었으며, 우주내의 물질은 전체의 30%이고 그 중에 눈에 보이는 천체가 5%에 해당하며 25%가 눈에 보이지 않는 암흑의 물질이며, 65%는 물질이 아닌 에너지로서 그것도 우리에게는 알려지지 않고 있는 ‘암흑에너지’라는 것이다. ‘암흑의 물질’과 ‘암흑의 에너지’는 우주를 급속도로 팽창시키고 있는 원인이 된다고 하는 것 이외에는 그 정체와 영향에 대하여는 아직까지 밝혀진 바가 없다.


2. 대폭발(Big Bang)의 순간부터 40만년이 경과하기까지의 우주입자들의 변화

입자물리학(Particle Physics)과 우주입자물리학(Astroparticle Physics)은 같은 학문분야이면서 입자물리학이 현재의 우주의 상태를 연구분석하는데 비하여 우주입자물리학은 대폭발 이후 인플레이션과 플라즈마상태 그리고 재이온화상태 등을 주로 연구하면서 우주의 과거사를 연구한다는 데에서 약간의 차이가 있다. 그러나 일반적인 기초입자물리학(Elementary Particle Physics)에 있어서는 서로 공통된 이론을 근거로 한다.

우선 기초입자물리학은 1970년대에 정립된 학문분야로서 1964년도의 코페르니쿠스적인 전환점인 우주물리학의 새로운 국면에서는 그 분야가 초기단계로서 “우주 마이크로웨이브 배경복사” 등의 연구를 뒷바침하는 이론이 제대로 정립되지 못했다. 20세기에 새로 대두된 핵물리학에서 핵의 구조가 양성자(Proton)와 중성자(Neutron)로 되어 있으며 거기에 중간자(Meson)라는 것이 있고 또 강한 핵력이 작용해 핵을 분열해 에너지를 얻는 일등에만 학자들은 몰두해 있었다. 그러다가 1970년대에 들어와 쿼크(Quark)가 양성자와 중성자를 구성하고 있는 입자라는 것을 알았는데 거기에는 위로 향하는 상향쿼크(Up Quark)와 아래로 향하는 하향쿼크(Down Quark)의 두 종류가 있다. 양성자는 두 개의 “상향 쿼크(Up Quark)”와 한 개의 “하향쿼크(Down Quark)”로 되어 있는 반면에 중성자는 두 개의 “하향쿼크(Down Quark)”와 한 개의 “상향쿼크(Up Quark)”로 되어 있음도 밝혀졌다.

이러한 입자물리학의 이론이 대두되면서 모든 원소들의 원자핵을 구성하고 있는 물질들과 또 그들을 구성하고 있는 다른 물질들에 대한 연구가 활발해져 쿼크가 생겨나게 되는 그 전 단계의 입자로서 페르미온(Fermion), 보손(Boson), 렙톤(Lepton) 등이 있음을 밝혀내 하버드대학의 입자물리학 교수인 스티븐 바인버그(Steven Weinberg)는 기초입자물리학(Elementary Particle Physics)에서 <표준모델(Standard Model)>을 이야기하기에 이른다.

이러한 입자물리학에서의 표준모델은 그대로 우주입자물리학에 적용되면서 “우주 마이크로웨이브 배경복사”에서 연구되는 대폭발과 그 이후의 40만년이 경과한 과정을 밝혀내는 데에 있어서 표준모델의 입자들이 어떻게 생성되고 또 어떤 변화를 야기시키는가 하는 연구방향이 심화되기에 이른다. 이렇게 하여 우주입자물리학이라는 보다 깊은 차원의 우주물리학이 정립되기에 이른다. 화학에서 원소들의 주기표(Periodic Table of the Elements)가 있듯이 입자물리학에서도 표준모델의 주기표(Periodic Table of the Particles)라 말할 수 있는 것이 있는데 페르미온그룹(Fermion Group)과 보손그룹(Boson Group)으로 나뉘어진다. 그리고 페르미온그룹은 다시 쿼크(Quarks), 렙톤(Leptonen) 등으로 구분되는데 여기에 세 개의 세대가 있다는 것이 입증되었다.

그리고 입자물리학에는 네 개의 기본 에너지 (Force)가 존재하는데 그것은 전자기력(Electromagnetic), 강한 핵력(Strong), 약한 핵력(Weak) 그리고 중력(Gravitation)이다.

보손그룹의 입자들은 에너지를 운반하는데 그 중에는 포톤(Photon), 보손(Boson), 글루온(Gluon) 등이 있다. 보손(Boson)에는 전하를 가진 W-Boson이 있고, 전하를 가지지 않은 Z-Boson이 있다. 여기에 따로 취급되는 중력자(Graviton)라는 것이 있어서 표준모델에는 모두 17개의 입자들이 있다. 그런데 아직은 발견되지 않아 가설로 남아 있는 힉스입자(Higgs Boson)가 있다. 발견될 경우 그것이 18번째 자리를 차지하게 될 것이다.


지금까지 입자물리학 내지는 우주입자물리학에 관한 개요를 살펴 보았다. 그러면 본론에서 이러한 입자물리학을 토대로 하여 우주의 생성과정에서의 물질과 에너지의 파생과정을 설명해보도록 한다. 이에 앞서 몇 가지 근본적인 질문을 던져 본다. 우주에서 대폭발이 있은 후 40만년이 경과하기까지 과연 어떤 일이 생겨났는가? 물질의 질량이 어떻게 생겨났으며, 네 개의 서로 다른 에너지의 생성은 어떻게하여 가능하게 되었는가? 처음 높은 온도에서의 우주초창기 때에는 우주는 어떠했는가?

우주의 대폭발이 있었을 때에는 아직 공간과 시간이 생겨나기 전 단계로서 우주의 시간이 0시 (zero time)에서 플랑크시대(Planck Era)가 생기면서 최초의 시간인 플랭크시간(Planck Time)이 생겨났다. 그것은 0시에서 10-43초까지 지속되었다. 즉 지금으로부터 정확하지는 않지만 만일에 정확한 137억년 전이라고 하면 그때의 우주시간 0시로부터 시간이 흘러서 아주 짧은 찰나인 10-43초에 플랭크시간은 마쳤으리라는 것이다. 그 때에는 온도가 매우 높고 또 공간의 밀도가 조밀했기 때문에 모든 에너지가 하나로 뭉쳐 있었다. 그리고 물질들을 구성하게 되는 기초입자들이 플라즈마 상태로 있었다. 이때를 “장엄한 통일의 이론시대(Grand Unification Theory Era: GUT Era)”라고 한다. 이 시대는 10-43초에서 10-38초까지 진행되었다. 그 다음으로 우주의 온도가 낮아지면서 하나로 뭉쳐있던 에너지에서 제일 먼저 중력이 떨어져 나왔다. 그것은 중력자(Graviton)가 강한 에너지를 가지고 다른 입자들을 끌어당기게 되면서 입자들의 덩어리인 원자핵이 구성되는 원인이 된 것이다.

그러나 아직 우주의 온도가 그렇게 많이 하강하지 않았기 때문에 약한 핵력이 중력보다 먼저 작용해 원자핵을 구성하게 될 쿼크들에게 먼저 영향을 주게 된다. 바로 이 순간에 우주의 초균일 초등방상태(Supersymmetry: SUSY)가 깨어지는 대 사건이 벌어진다. 여기로부터 “장엄한 통일의 이론시대(GUT Era)”는 끝나고 약한 전기시대(Electro-Weak Era)가 시작된다. 전자기력이 약한 핵력과 함께 입자들에게 작용을 시작한 시기이다. 이 시기는 10-38초에서 10-10초까지 비교적 오랜시간동안 계속된다. 그리고는 계속해 우주의 온도가 낮아짐과 동시에 공간이 팽창을 하게 된다. 이렇게 하여 양성자, 중성자, 전자 등이 생겨나는 우주입자들의 시대(Particle Era)가 되면서 아직도 우주의 온도가 고온이므로 이온화된 입자들이 플라즈마 상태로 존재한다. 이 시기는 10-10초에서부터 10-3초까지 지속된다.

우주의 대폭발(Big Bang)이후 0.001초에서부터 3분까지는 강한 핵력(Strong Force)에 의해 원자핵들이 구성되면서 제일 먼저 수소원자핵(H)이 생기고 그 다음으로 헬륨원자핵(He)이 생겨나게 된다. 가장 파장이 짧은 감마선을 움직이는 포톤이 제일 먼저 전자(-)와 양전자(+)를 만들어 내는데 반물질에 해당하는 양전자는 전자로부터 이탈되어 우주공간의 다른 장소로 간다. 이러한 정황은 우주선(Cosmic Ray)에 많은 양전자들이 존재하는 것으로 미루어 우주선과 함께 드넓은 우주공간으로 양전자들은 퍼져나가고 전자들만 중력에 의해 우주공간에 한 장소에 남게 된다. 만일에 물질과 반물질의 융합인 전자와 양전자의 융합이 이루어지게 되면 순간적으로 전자라는 물질은 없어지고 감마선이라고 하는 에너지만 남게 된다.

이렇게 하여 대폭발 이후 3분이 경과했을 때에는 우주공간에는 수소원자핵(H)이 75% 그리고 헬륨원자핵(He)이 25%로 채워져 있었다. 이 시기에 플라즈마 상태가 아직 고온이었으므로 수소원자핵, 헬륨원자핵, 그리고 전자가 따로 따로 이온화 된 상태로 우주공간에 존재해 있었다. 그러한 상태로 40만년 직전까지 진행되어 오다가 온도가 하강되어서 플라즈마 상태가 끝나고 원자들의 시대가 이루어진 것이다. 우주의 공간은 이온들이 융합하여 원자들을 구성하게 되면서 아주 청명한 날씨처럼 맑게 개인상태가 되었는데 그것이 코베위성이 처음 발견한 첫번 물질의 우주세계인 것이다. 우주의 대폭발 이후 플랭크시대, 장엄한 통일이론시대, 입자시대, 원자핵시대, 원자시대, 은하계의 탄생, 태양계의 탄생 등 오늘에 이르기까지 우주의 생성과정을 알기 쉽게 그려보면 아래의 그림과 같다.



3. ‘신의 입자(God’s Particle)’라고 불려지는 ‘힉스입자(Higgs Particle)’

지금까지 우주입자물리학적인 측면에서 우주의 생성과정을 설명했다. 창조주 하나님께서 대폭발 이후 40만년 만에 모든 물질의 기본을 이루는 수소와 헬륨을 창조하신 후 그 되어진 세계가 너무나 하나님 보시기에 좋았기 때문에 아름다운 그림을 그린 화가가 자신의 서명을 그림 속에 남기듯 하나님께서 대우주에 서명을 하셨다. 그것이 오늘날 학자들 사이에서는 “우주 마이크로웨이브 배경복사(Cosmos Micro-Wave Background Radiation)”라고 하는 일종의 배경우주선(Background Cosmic Ray)인데 이것은 초기우주의 생성과정이 기록된 것이라 하여 “우주의 생명코드(Cosmos Genetic Code)”라고도 불려진다.

한마디로 말하면 우주창조 이후의 40만년의 상태를 알 수 있도록 하나님께서 우주의 배경에다 정보를 수록해 놓은 것이다. 태양계의 나이인 45억년은 물론 창조 이후 137억년이 흐르는 세월 동안 이 특수한 배경우주선은 하나님의 이러한 정보를 초단파로 우주의 각 지역으로 발산하고 있는 것이다. 다만 지적인 존재인 인간이 이제서야 하나님의 창조메시지를 판독할 수 있게 되었을 뿐이다.

과거 30여년동안 이 분야에 대한 연구만해도 석박사학위논문이 홍수가 범람하듯 그렇게 많이 출판되어 있다. 특히 엄청난 비용을 들여서 코베, 더블유맵, 플랑크 등의 특수 우주배경복사 탐색위성체를 발사하여 지금도 지구의 궤도에서 하나님의 이 신비한 창조의 메시지를 판독하고 분석하고 우주의 창조는 진화가 아닌 철두철미한 “지적인 디자인(Intellectual Design)”에 기인되었음을 입증하는 일에 동분서주하고 있다. 수소원자가 두 개가 서로 융합하면 헬륨이 되고, 헬륨원자가 또 세 개가 융합하면 탄소(C)가 되고, 헬륨 네 개가 융합하면 산소(O), 그리고 헬륨 여섯 개가 융합하면 망간(Mg) 등으로 물질들이 새롭게 생겨나게 된다. 이 과정을 일종의 진화라고 말할 수는 있으나 우연의 조합(Mutation)이나 자연에 적응하기 위한 선택(Selection)의 방법으로 진화가 되는 것이 아니라 철저한 사전의 계획이나 목적의식 속에서 개전되고 있음을 보게된다. 이것을 고대 그리스인들은 우주의 창조와 질서의 근본인 로고스(Logos)라고 불렀던 것이다.

그러면 ‘힉스입자(Higgs Particle)’라고 하는 것은 무엇인가? 그것은 아직까지는 가설로 남아있는 존재하지 않는 입자를 의미한다. 창조당시 즉 대폭발과 함께 3분만에 생겨난 기본입자들 중에 힉스입자는 왜 없었는가? 여기에 대한 답변으로 힉스교수는 그것은 입자들을 창조해내는 원천적인 ‘창조입자(Creation Particle)’로서 포톤(Photon: 빛의 입자)보다 먼저 존재해 있었다는 것이다. 그런데 그 신의 입자는 대폭발(Big Bang)의 순간과 함께 생겨나 포톤입자를 생성하고는 소멸되었다고 힉스는 주장한다. 포톤입자는 감마선과 함께 제일 먼저 전자와 양전자를 생성해냈다. 그래서 이 두 물질과 반물질은 한 장소에 존재해 있으면 다시 융합되어서 감마선으로 환원된다. 우주선의 발산과 함께 양전자는 전자로부터 멀리 떨어지게 된 것이다. 이것도 “지적인 디자인”의 개념이 아니고서는 설명할 수가 없다.

우주에 있는 물질들은 어떻게하여 생겨났으며, 제 각각 서로 다른 질량을 가지고 있는 이유는 무엇인가? 원자핵을 이루고 있는 양성자(Proton)는 양극(+)을 가지고 있고 전자는 음극(-)을 가지고 있다. 그런데 전자는 양성자의 질량의 1/1800인데 같은 전하를 가지고 일정한 거리를 유지하면서 양성자의 주변을 공전하고 있다. 엄청난 질량의 차이에도 불구하고 같은 전하를 띠고 있는 전자와 양성자와의 관계는 어찌 된 것인가?

같은 입자인데 포톤(photon)이나 글루온(Gluon)이나 중력자(Graviton)는 왜 질량을 가지고 있지 않는가? 보손(Boson)은 렙톤(Lepton)보다 무거운데 어떻게 에너지를 운반할 수 있는가? 또 중력의 에너지만을 운반하는 중력자(Graviton)는 어떻게 하여 생겨났는가? 입자들끼리 서로 임의로 혼합되거나 기능이 뒤바뀌는 일은 왜 일어나지 않는가? 우리가 아는 공간에는 반물질에 해당하는 양전자가 거의 존재하지 않는데 반중성미자(anti-neutrino)와 반쿼크(anti-quark)는 왜 존재하는가? 여기에는 우주입자물리학의 법칙이 따로 있기 때문일 것이라는 주장을 부인할 수 없는 여건도 있다. 다시 한번 우리의 현상계로부터 물질들을 구성하고 있는 원자들의 세계 그리로 더 한층 아래로 내려가 원자밑의 세계(Subatomic World)로 가 본다.


물질을 구성하고 있는 것은 원자들이다. 즉 여러 개의 원자들이 모여서 분자상태를 이루게 되는데 그 분자의 구조가 모든 물체의 속성을 결정한다. 개별적인 원자는 중앙에 원자핵(Nucleus)이 있고 그 주위를 전자가 회전한다. 원자핵은 양성자와 중성자들이 강한 핵력으로 융합된 상태를 말하며 양성자와 중성자의 수량에 따라 원소들이 결정된다. (원소주기표 참조). 모든 원자핵을 구성하고 있는 물질인 양성자와 중성자는 쿼크(Quark)라고 하는 입자들이 여러 개 모여서 형성된다. 우주의 대폭발이 있은 이후 고온상태의 플라즈마속에는 쿼크들이 융합하지 않은 상태로 존재한다. 그런데 온도가 하강되면서 쿼크들이 융합하여 하드론(Hadron)상태의 초기 물질을 형성하게 된다. 아래의 그림이 그 경위를 잘 설명해준다.


우주공간의 온도가 대폭발 당시에는 1017 TeV (Tera electronic Volt)였는데 입자형성시대(Particle Era)가 시작될 무렵인 대폭발 이후의 10-10초 때에는 온도가 약 1 TeV로 하강하게 된다. 이미 TeV 이하인 GeV(Giga electronic Volt)때부터 약 200MeV (Mega electronic Volt)까지는 입자들이 플라즈마 상태로 존재하게 된다. 시간으로는 대폭발 이후 10-3초까지이다. 즉 우주의 온도가 200MeV 이하로 하강하게 되면서 이온화 상태로 있던 쿼크(Quark), 렙톤(Lepton) 등이 융합을 시작하고 또 우주의 에너지(Force)가 통일된 상태에서 제 각기 독립하면서 원자핵을 구성하는 일을 하게 된다. 이때부터 비로서 강한 핵력과 약한 핵력 그리고 전자기력 등이 제각기 맡은 바 업무를 수행할 수 있게 되는 것이다. 이 시기에는 우주의 균일 내지는 등방의 체제는 깨어진다. 우주공간의 온도는 계속해 하강하면서 대폭발 이후의 3분이 경과할 때에는 수소(H)와 헬륨(He)이 75% 와 25%의 비율로 우주공간을 채우게 된다. 그 상태에서 약 38만년이 경과하는데 그 오랜 기간 동안에 우주공간의 온도는 3,000K(Kelvin)까지 내려온다. 0 (Zero) K의 켈빈온도는 섭씨로는 -273.16C이며, 섭씨온도 0 (Zero) C는 +273.16K 켈빈온도이다. 3,000K는 섭씨로 환산하게 되면 2726.85C이다. 이때로부터 약 4백 만년이 경과하게 되는데 이 기간을 우주의 암흑시대(Dark Era)라고 한다. 그 이후에 소규모의 은하계들이 탄생하기에 이른다. 그러면 어떤 변화가 암흑시대의 마지막에 생겨 났는가? 이 암흑시대에서는 우주공간의 온도가 하강하지 않고 요동을 친다. 그 요동 (온도의 높낮이의 차이) 범위는 3,000K의 10만분의 1이었다. 즉 쉽게 이해하기 위해서는 우주의 한 장소가 정확히 3,000K였다면 바로 그 옆 동네는 3,000.30K였고, 또 다른 지역은 2,999.70K였다. 이러한 연구결과는 배경우주선(Background Cosmic Ray)을 토대로 한 COBE / WMAP / PLANCK 위성들의 탐색에서 얻은 초기우주생성과정에 관한 정보이다.

초기우주 때에 일어난 온도의 요동의 범위는 대우주의 공간과 시간개념에서는 아주 섬세한 극미의 요동이었음이 틀림없다. 이러한 온도의 요동은 우주에 파장을 일으키게 되었는데 학자들은 우주의 암흑시대에서는 오직 음파에 의한 소리가 우주공간을 메웠을 것이라고 한다. 우주의 섬세한 끈이론(String Theory)은 바로 이때를 설명하는 우주물리학이론으로서 우주에서는 현악기의 연주와도 흡사한 대우주의 교향악이 연주되었을 것이라고 믿고 있다. 피타고라스(Pythagoras)가 제자들에게 우주의 교향악에 관하여 이야기 한 것이나 “호흡이 있는 자들아! 다 함께 여호와를 찬양할지어다!”는 내용의 시편기록은 바로 창조주 하나님의 음악적인 작곡에다 우주의 생성과정을 비교한 것이라고 이해될 수 있다. 무려 400만년간의 세월이 흐르는 동안에 우주공간의 온도는 일단 하강을 멈추고 경미한 온도차이의 요동을 거쳐서 10만분의 1 요동의 범위에 이르자 우주의 천체들이 생성되기에 이른 것이다.

진화론에서 주장하는 우연이나 또는 임의의 선택(Mutation)이나 필연적인 선택(Selection)과정이 아닌 “지적인 디자인(Intellectual Design)”에 의한 우주의 생성과정은 바로 위에서 개관한 바 대폭발 이후 40만년의 시간이 경과하는 동안에 생겨난 일 그리고 또 400만년 동안의 암흑시대에서 준비된 요동범위 등에서 입증되고도 남는다. 초미세 끈이론(Super String Theory)에 의하면 요동으로 인한 떨림 즉 초미세파장이 우주생성에 결정적인 역할을 했음은 진화론으로서는 도저히 설명되지 않는다는 것이다. Rene Descartes가 16세기에 그의 우주론에서 미세파장이론을 이미 주장한 바 있다. ‘Res Extensa’와 ‘Res Cogitans’ 의 개념 속에 초 미세한 파장에 관한 설명이 있다.

그러면 ‘신의 입자(God’s Particle)’라 불려지는 ‘힉스 입자(Higgs Particle)’는 언제 생겨났으며, 초기우주의 생성과정에서 어떤 역할을 했는가? 그리고 언제 무슨 이유로 그 입자는 소멸한 것인가? ‘힉스보손(Higgs Boson)’은 우주에서 가장 먼저 존재한 ‘창조입자(Creation Particle)’로서 모든 입자들에게 질량을 부여했다는 것이다.포톤(Photon)이나 글루온(Gluon)은 질량이 없다. 전자(Electron)는 제일 가벼운 질량을 가진 입자이다. 양성자(Proton)나 중성자(Neutron)는 전자의 질량의 약 1800배나 되는 질량을 가지고 있다. 그리고 입자 중에서 가장 큰 질량을 가진 입자는 최상층 쿼크(Top Quark)이다. 이 초대형입자는 전자의 질량의 350,000배나 된다. 그러면 이와 같은 여러 차이가 나는 입자들의 질량은 어떻게 하여 생겨났는가? 힉스는 주장하기를 우주에 질량을 부여해 주는 장소인 ‘힉스 장(Higgs Field)’이 먼저 존재했다고 한다. 그리고 그 ‘힉스 장(場)’은 눈에 보이지 않는 상태로 전 우주에 편만해 있다. 어떤 입자든지 그 장소에 들어가면 질량을 얻게 된다는 것이 그가 주장하는 ‘힉스 미카니즘’의 요점이다. 그 이유로 ‘힉스 장(場)’ 내에는 ‘힉스보손(Higgs Boson)’이라는 입자가 있는데 ‘힉스 장(場)’에 다른 입자들이 들어오면 그 입자에 달라붙어서 질량을 부여해 주고는 떨어져 나간다는 것이다. ‘힉스보손’ 자체는 전하를 띄지 않으며 자전도 하지 않는다. 이러한 내용이 그가 1964년에 가설이라고 하면서 발표한 ‘힉스 메커니즘(Higgs Mechanism)’이다. 그렇다면 ‘힉스보손’이 발견되기만 하면 그의 이론은 가설이 아니라 정설로 받아 드려지게 된다. 그리고 우주의 생성은 힉스필드(Higgs Field)와 힉스보손(Higgs Boson)의 질량부여에서 이루어지는 ‘지적인 디자인(Intellectual Design)’에 의해 개전된 것이라는 우주물리학의 새로운 학설이 등장하게 되는 것이다. 그리고 힉스(Higgs)는 뉴톤(Newton)이나 아인슈타인(Einstein)만큼 인류에게 커다란 공헌을 남긴 인물로 세세토록 남게 된다.


그런데 힉스의 가설을 입증하려면 “힉스입자(Higgs Particle)” 즉 “힉스보손(Higgs Boson)”을 찾아내야 한다. 입자물리학에서 표준모델에 속하는 17개의 입자들 중에 질량이 없는 것이 있는데 예컨데 광자(Photon)이다. 그러나 입자들이 질량을 가지게 된 것은 어떻게 하여 가능해졌는가? ‘힉스 메커니즘(Higgs Mechanism)’에 의하면 우주의 생성과정에서 대폭발(Big Bang)이 있은 후에 모든 입자들은 ‘힉스 장(場)’에서 생겨났으며, 질량을 부여해 준 역할을 담당한 것은 힉스입자(Higgs Particle)였다고 한다. 이것은 1964년부터 현재까지 입증이 되지 않았기 때문에 가설일 뿐이다. ‘힉스 메커니즘’을 설명하기 위하여는 우주생성 때의 대폭발(Big Bang)을 재현해야 되는데 1960년대의 기술로는 그러한 것은 과학의 유토피아 내지는 기술의 유토피아로 생각되어서 인류의 역사상 영원히 ‘힉스 메커니즘’을 입증할 수 있는 빅뱅실험은 불가능하리라 여겨져 왔다. 제2차 세계대전 당시에 핵폭탄을 개발하려던 독일, 미국, 일본 등지에는 작은 규모의 입자가속기가 제작되어 플루토늄과 같은 인공동위원소를 생산해낼 수 있게 되어 있었다. 입자의 가속회전을 위하여 직경 12인치(약 30센티미터)의 사이클로트론(Cyclotron)은 1940년대 일본의 물리화학연구소(리켕)에도 설치되어 있었다.

원리는 마찬가지인데 미국의 쉬카고 근교에 페르미랩(Fermilab: Fermi Laboratory)이라고 하는데에는 테바트론(Tevatron)이라고 하는 대규모의 입자가속기가 설치되었다. 직경 6킬로미터 원둘레 약 18킬로미터의 이 양성자가속장치는 지하에다 터널을 파고 설치했는데 그 안에서 양성자(Proton)와 반양성자(Anti-Proton)를 가속시켜 충돌케 하는 것이 가능해졌다. 테바트론의 첫 가동인 1977년에 표준모델중의 하나인 최저쿼크(Bottom Quark)가 발견되었다. 그리고 1995년에는 최고쿼크(Top-Quark)가 발견되었다. 힉스(Higgs)박사가 가설로 내 세운 ‘힉스 메커니즘’을 입증할 수 있는 실험이 점차 실현가능해지자 미국에서는 페르미랩보다 더 큰 규모의 초전도 초입자가속기(Superconducting Super Collider: SSC)를 텍사스주에 설치하는 일을 시작했다. 그때가 1993년이었다. 그것은 원둘레가 87킬로미터나 되는 엄청난 규모의 지하터널 속에서 양성자와 반양성자를 거의 빛의 속도로 충돌시켜 우주생성초기의 대폭발과 같은 상항을 재현해내려는 계획이었다. 그러나 그 계획은 예산이 너무 많이 들어서 클린턴행정부 때에 중단되고 말았다. 거의 같은 시기에 유럽입자연구소(CERN)에서는 ‘거대한 하드론 충돌기(Large Hadron Collider: LHC)’라는 것을 직경 9킬로미터 원둘레 27킬로미터의 지하터널에 설치하는 공사를 시작했다. 그래서 1995년 이전에는 상상도 할 수 없었던 기술이 지금은 현실화된 것이다. 이렇게하여 무려 8조원을 들여서 유럽입자물리학연구소(CERN)에서는 2008년 9월 10일에 첫번 ‘거대한 하드론 충돌기(LHC)’의 실험가동에 들어갔다. 그 실험의 가장 중요한 목적은 ‘힉스 메커니즘’의 존재와 그 작용을 탐색하는 것이다. 그런데 LHC는 2008년 10월 20일경 가동한지 한달 여 만에 기계체의 고장으로 일시 중단되었다. 기술보안과 초전도자기력기계체의 교환이 있은 다음 2009년 3월에 재시도될 예정이다. 그러면 약 3개월간의 LHC의 가동이 있은 후 초속 299,000킬로미터 (빛의 속도에 조금 못 미치는 속도)에서 양성자와 반양성자의 충돌이 일어나 빅뱅효과가 나타나게 된다. 그러면 순간적으로 ‘힉스 메커니즘’이 생겨나야 하고 거기로부터 모든 표준모델 입자들에게 질량과 에너지를 부여해 준 힉스입자(Higgs Particle) 또는 힉스보손(Higgs Boson)이 생성되어야 할 것이다. 이를 입증하게 되면 45년간의 우주의 생성과정에서의 근본적인 문제에서 해답이 주어지게 되는 것이다. 힉스교수는 그 실험에서 분명코 ‘힉스 입자’가 발견되고 또 ‘힉스 메커니즘’도 확실히 증명이 될 것이라고 자신 있게 말한다. 과연 ‘신의 입자(God’s Particle)’라고 불려지는 ‘힉스입자(Higgs Particle)’ 또는 ‘힉스보손(Higgs Boson)’이 발견될 것인가?

엄청난 자금을 들여서 완공한 CERN / LHC에 대하여 소상히 알아 볼 필요가 있다. 우선 LHC의 기계체에 관하여 알아보고 그 기술의 이면에 어떤 물리학적인 이론이 정립되어 있는가 이른 바 “거대한 하드론 충돌기의 물리학(Physic of the Large Hadron Collider, LHC)에 관하여 간단하게 설명하고자 한다.


위의 사진은 CERN / LHC가 위치한 장소를 항공사진으로 촬영한 것이다. 아래에는 CERN / LHC의 구조에 관한 그래픽이다.


1995년에는 그 같은 장소에서 전자(electron-)와 양전자(positron+)를 충돌시킨 실험이 있었기 때문에 그때에는 “거대한 전자/양전자 충돌기(Large Electron Positron Collider: LEP)”라고 불려졌다. 위의 그래픽에서 검은 글씨로 표시된 것이 1995년 당시의 “전자/양전자 충돌기”로 사용되었던 때의 도면이다. SPS지점에서 전자와 양전자가 대칭되는 방향으로 회전하다가 일정한 에너지의 수준에 도달하게 되면 원둘레 27km의 LEP 터널로 보내진다. 거기서 계속해 가속되어 회전하는 전자와 양전자는 ALEPH에서 충돌한다. 그 순간 OPAL과 L3 그리고 DELPHI 등지에서 충돌이후에 생겨난 상태들을 채집하여 분석한다. 그리고 최종의 분석 및 판단은 SPS에서 이루어 진다. 붉은 글씨로 표시된 것은 2008년 9월 10일에 가동된 양성자와 반양성자의 가속을 위한 것이다. ATLAS에서 입자들이 가속되다가 일정한 에너지의 수준에 도달하게 되면 원둘레 27km의 LHC터널로 보내진다. 거기서 거의 빛에 속도에 도달할 정도로 가속되면 CMS 지역에서 충돌하게 된다. 그러면 ALICE와 LHC B에서 충돌된 이후에 생겨난 상태들을 채집하여 분석한다. 최종분석과 판단은 ATLAS에서 이루어 진다.

4. 새로운 우주물리학의 지평선 (Horizon of a New Astrophysics)

<거대한 하드론 충돌기(Large Hadron Collider: 이하 ‘CERN/LHC’)>는 현재로서는 세계에서 유일한 인간이 만든 장치로서 우주의 초창기 때의 모습을 지구 내에 재현해 볼 수 있는 대규모의 시설이다. 그러한 기계체를 가지고 우리는 신의 창조의 섭리와 창조 당시의 사정을 알아볼 수 있게 된 것이다. 그런 의미에서 CERN/LHC의 설치는 옛 바벨탑 사건과 비교될 수 있다. 그때에는 땅에서부터 하늘에 닿는 탑을 쌓기 위하여 인간은 어마어마한 구조물을 세웠는데 그것이 신에게 도전한 사건이 되어서 신은 그 작업을 중단시키지 않으면 안되었고 또 인간에게는 의사소통의 수단인 언어를 혼미하게 만들지 않으면 안되었다는 내용이 성서에 기록되어 있다. 지금의 CERN/LHC 역시 바벨탑에 상응하는 거대한 구조물인데 바벨탑이 까마득히 높은 공간을 향한 것이었다면 CERN/LHC는 시간의 아련한 태초로 향하고 있는 것이다. 우주의 생성이 137억년 되었다고 하는 데 CERN/LHC에 의한 대폭발(Big Bang) 실험은 거의 그 당시로부터 약 20억년간의 초기우주의 상태를 알아 보려는 인간의 의지에서 비롯되었다. 그것이 혹시나 제2의 바벨탑 사건이 되지 않을까 하는 우려의 목소리도 있다. 그러나 우리는 CERN/LHC를 만들어낸 현대인의 의도한 바가 무엇이며, LHC를 통하여서 우리는 무엇을 얻을 수 있으며 또 그렇게 해서 얻은 지식은 궁극적으로 우리들의 오늘과 내일을 위하여 어떤 의미를 지니게 될 것인가 하는 문제를 소상하게 알아 볼 필요가 있다.

우선 CERN/LHC는 15년간의 진부한 인간의 노력의 결정체이며, 미화 65억불(약 8조원)이 투입되어서 2008년 9월 10일 첫 가동에 들어갔다. 그러나 초전도자기력(Superconducting Magnetism) 생성에서 문제가 발생하여 가동이 중단되었고 2009년 3월 경에 재가동될 예정이다. 세계 24개국으로부터 2,000여명의 전문과학자와 기술자들이 참여해 연구 개발하여 스위스의 제네바와 프랑스의 페르네이-볼테르(Fernei-Voltaire) 지역을 포함한 장소에다 지하 100미터에 원둘레 27킬로미터의 대규모터널을 공사했다. 그 안에다가 우주창조 당시의 대폭발(Big Bang)을 소규모에서나마 재현해낼 수 있는 엄청난 규모의 기계와 시설들을 완공한 것이다. 그것은 토목공학에서도 초현대공법을 사용했고 또 각종 기계체 들이 최첨단 기술의 결정체로 집약되어 있다. 납(plumbum, Pb, 원소번호 82)을 이온화하여 거기서 얻은 하드론(Hadron, 양성자 중성자 등) 각기 역방향으로 가속시켜서 거의 빛의 속도에 달했을 때에 이들을 충돌시킨다. 그러면 우주의 창조 때와 유사한 상항이 벌어지게 된다. 양성자안에 핵력에 의해 응집되어 있는 쿼크들과 이들의 연결고리인 글루온(Gluon)이라고 하는 중간자(Meson) 들은 이때에 따로 분리된다. 그러면서 대폭발 당시에 생겨났다가 없어진 입자들이 어떤 것들이었는가를 알아 볼 수 있다. 그리고 최초의 대폭발 이후에 한 동안 지속된 쿼크-글루온 플라즈마(Quark-Gluon-Plasma)상태도 재현할 수가 있다. 그 상태에서 지금은 존재하지 않는 입자들이 그 기간 동안에 어떤 반응을 하다가 소멸되었는지를 알아 볼 수 있다. 그러한 입자 중에 ‘힉스보손(Higgs Boson)’이라는 것이 있다고 오늘날 과학자들은 철저히 믿고 있다. CERN/LHC가동에서 그것을 발견하는 것이 최대의 관심사이기도 하다. 한때에 존재했음이 틀림없는데도 찾아낼 수 없는 이 신비로운 존재는 ‘창조입자’ 또는 ‘신의 입자(God’s Particle)’라고도 불려지는데 학구적으로는 이를 가설로 내어 세운 힉스(Higgs)의 이름을 따서 ‘힉스보손(Higgs Boson)’이라고 한다.

아래의 그림은 탄소(C)의 원자구조인데 중앙의 원자핵에는 양성자(Proton) 여섯 개와 중성자(Neutron) 여섯 개가 서로 붙어있고 전자(Electron)들 여섯 개가 그 핵의 주변을 돌고 있다. 중성자 안에는 하향쿼크(Down Quark) 두 개와 상향쿼크(Up Quark) 한 개가 들어 있고, 양성자 안에는 하향쿼크(Down Quark)가 한 개 그리고 상향쿼크(Up Quark)가 두 개가 들어 있다. 그리고 그것을 연결하고 있는 연결고리가 다름아닌 글루온(Gluon)이라고 하는 것이다. LHC에서는 이러한 양성자, 중성자, 이온, 글루온 (질량이 큰 입자들을 하드론이라 함) 등을 해체시켜서 서로 따로 존재하게 할 수 있는데 그것은 거의 빛의 속도로 가속된 하드론을 정면으로 충돌시킬 때에 일어나는 현상이다. 그러면 우주초기의 대폭발(Big Bang)과 유사한 상태가 발생하게 되는데 그때에 기존 입자물리학의 표준모델에 속하는 입자는 물론 지금까지 알려지지 않은 새로운 입자들이 많이 생겨날 가능성도 있다. 1995년 이러한 충돌에서 새로 발견된 것이 ‘최고쿼크(Top Quark)’이다. (미국의 Fermilab의 Tevatron Collider 참조)

CERN/LHC에서의 가장 중요한 관심사는 우주의 생성 초창기에 모든 물질들에게 질량을 부여해준 ‘힉스 메커니즘(Higgs Mechanism)’이 실제로 존재했었는지이다.
만일에 그것이 입증된다면 ‘창조입자’ 내지는 ‘신의 입자’라 불려지는 ‘힉스보손(Higgs Boson)’이 생겨나게 될 것이며, CERN/LHC는 이를 발견하게 될 것이다.

그러면 기존의 입자물리학(Particle Physics)과 우주입자물리학(Astro-Particle Physics)과 우주론(Cosmology)과 우주기원론(Cosmogony)등을 새롭게 해석할 수 있게 된다. 따라서 CERN/LHC는 단순한 인간의 교만에서 파생된 ‘바벨탑의 사건’이 아니라 신의 창조과정에 대한 정확한 지식을 알아내어 지금까지 전개된 오늘의 우리의 세상이 있게 된 경위를 올바로 이해함으로써 창조주 하나님의 사정을 더 깊이 이해하고 그로 인해 창조신앙이 더 더욱 돈독하게 되는 보다 높은 경지의 인간의 노력이라고 이해되어야 할 것이다. CERN/LHC와 함께 우주물리학에 있어서 새로운 지평선이 나타난다고 하는 것은 20세기후반의 눈부신 연구업적에도 불구하고 해명되지 아니한 근본적인 문제들을 풀 수가 있게 된 사실을 의미한다. 우주의 기원은 과연 대폭발(Big Bang)이었는가? 그 순간에 어떤 일이 벌어졌는가? 우주를 구성하고 있는 물질은 어떻게 하여 생겨났는가? 또 그 물질들은 어떻게 하여서 질량을 가지게 되었는가? 창조 당시에 물질과 반물질이 서로 대칭을 이루는 절대적인 조화와 함께 생겨났다면 지금 우리들의 우주에 존재하는 물질들의 반물질은 모두 어디로 갔는가? 이러한 문제들은 우주의 깊이(Deep Space)를 측정하고 관찰해보는 수 많은 특수위성과 특수망원경에도 불구하고 지금까지 밝혀지지 않은 것들이다. 즉 우주물리학의 정체는 지평선 아래에서 그 모습을 들어내지 않고 있었는데 그것이 이제는 더 이상 지평선 너머에 숨겨져 있지 않고 자기의 본 모습을 들어내게 될 것이다. 이제 CERN/LHC를 가동시키게 되면 지금으로부터 137억 년 전의 대폭발(Big Bang)을 지구 내에서나마 소규모에서 재현해 볼 수가 있는 것이다. 그러면 지금까지 풀려지지 않은 우주물리학의 의문점들이 복합적으로 다 해결될 수가 있다. 옛날 사람들이 육안으로 별들을 관찰할 때와 갈릴레이(Galilei)가 망원경으로 관찰할 때에는 더 많은 의문점들이 해결되어서 그 만큼 태양계의 본 모습이 실체에 가깝도록 나타나게 되었던 것은 우리에게 잘 알려진 사실이다. 그 이후에 빛에 의존한 광학적인 망원경들이 개발 되었는데 그 중에는 직경이 8미터 이상이나 되는 것들이 제작되어서 세계 도처에 설치되었고 또 전자망원경, 적외선망원경, X-Ray망원경 등을 우주공간에 올려서 우주의 깊이를 알아보는 일에 현대인은 많은 노력을 경주하고 있다. 그 중에서 우주의 깊이에 대하여 중요한 정보를 가장 많이 수집한 것은 지구궤도위에 설치된 허블망원경이다. 그러나 그 모든 노력에도 불구하고 우리에게 우주의 기원이나 우주초기의 모습 등에 관하여는 과학적으로 입증이 되는 실험은 지금까지 행해진 일이 없었다. CERN/LHC는 그러한 의미에서 지상에 설치된 어떤 큰 규모의 광학망원경이나 지구궤도에 진입시킨 우주탐사위성들보다도 더 큰 의미를 지니고 있다. 지금까지 인간은 우주의 깊이를 관찰하는 차원이었는데 LHC를 통하여서 인간은 태초에 하나님께서 우주를 창조하신 그 과정을 직접 시도해 볼 수 있게 된 것이다. 기계의 동작을 통하여 하나님의 창조과정을 알아낼 수 있다고 하는 생각은 이미 오래되었다. 중세기독교철학에는 ‘기계를 통한 하나님(Deus ex machina)’라는 이야기가 대두된 일이 있었다. 그것은 인간이 시계를 제작하고 나면서 그 시계의 작동 속에서 시계제작자의 사정을 읽어낼 수 있음과 마찬가지라는 것이다. 바로 지금 CERN/LHC는 태초에 말씀으로 온 세계를 창조하신 그 하나님을 이해할 수 있도록 제작된 기계인 것이다. 그러한 점에서 CERN/LHC는 과거의 하나님의 저주의 대상이 되었던 바벨탑과는 구별되는 이유가 있는 것이다.

앞에서 개관한 바 있는 입자물리학에서의 표준모델의 실체에 대한 규명과 분명코 찾게 될 ‘창조입자’인 ‘힉스보손’과 창조 당시에 모든 입자들에게 속성과 질량을 부여해 준 ‘힉스 장’에서의 ‘힉스 메커니즘’ 그리고 물질과 반물질의 불균형 또 반물체의 행방 또 더 나아가 우주에는 4차원 이상의 더 많은 차원이 존재하는가 등에 관한 우주물리학의 근본적인 문제들이 이번에 풀려지게 될 것이다. 그러면 물리학, 입자물리학, 우주입자물리학, 우주기원론, 우주론, 창조이론, 신학과 신앙의 문제 등에서 새로운 이론들의 눈부신 발흥이 일어나게 될 것이다. 그러면 CERN/LHC는 전 인류에게 보편 타당하게 이해되고 또 거기로부터 연유된 새로운 이론들이 우리의 일상생활에 큰 영향을 미치게 될 것은 분명한 사실이다. 특별히 기독교신앙에게 미치는 영향은 적지 않을 것이다. 우리나라의 오래전부터 내려오는 사상에 의하면 우주의 기원은 태극에서부터 시작되었다고 하는데, 우리나라의 태극기가 그 중요한 상징이다. 그리고 네 개의 괴는 역경(易經)에서 비롯된 것인데, 우주의 음양(陰陽)의 디지털 구조론을 상징하는 것이다. 즉 하늘과 땅과 인간과 역사를 의미한다. 이렇듯 우리나라 고유의 사상이 현대적인 우주론이며, 세계관임을 보다 깊이 연구할 필요가 있다. 특별히 초기우주 (대폭발 이후 40만년이 경과한 첫번째 우주) 는 온도의 차이로 가시화 해보면 완전한 태극의 모양을 띄고 있음을 위에서 고찰해 보았다.


5. CERN/LHC의 구조와 우주창조 때의 대폭발실험방법에 관한 구체적인 설명


금속원소 중에서 가장 무거운 핵을 가진 납(Pb, plumbum)은 원자핵 속에 82개의 양성자와 125개의 중성자를 가지고 있다. 이러한 납을 이온화(Ionizing)하게 되면 다량의 양성자와 중성자를 얻을 수 있다. 이번 3월에 예정된 하드론 충돌에서는 양성자들만을 CERN/LHC에 주입한다. 성냥갑만한 크기의 패키지 안에는 1011 이나 되는 양성자들이 들어있으며 그러한 패키지가 2808개가 준비되어 있다. CERN/LHC가 가동될 때마다 6 패키지씩 사용한다. CMS, ATLAS, LHCb, ALICE의 네 장소에서 각기 충돌시켜서 우주대폭발 상태에서의 각종 변화들을 탐색하고 연구한다. 그러면 어떻게 양성자(Proton)들을 빛의 속도로 가속시키는지 그 원리에 대하여 설명한다. 양성자들을 채취하는 방법부터 이야기해야 할 것이다.

거기로부터 라디오주파 사극점장치(Radio Frequency Quadrupole)로 양성자들은 주입되는데 1.5미터의 거리를 직선으로 움직이면서 양성자의 흐름을 수평으로 고정을 시키게 된다. 그 원리는 자석에 의한 것이 아니라 네 개의 전극에 의하여 양성자들은 흔들리지 않고 고정적인 수평선을 따라 이동하게 된다. 그것은 고속으로 움직일 때에 양성자들의 흐름이 네 방향으로 요동치는 것을 막기 위함이다. 원리는 매우 간단하다. 서로 같은 극끼리는 밀쳐내는 힘을 이용해서 양성자들의 흐름을 네 방향에서 고정시키는 것이다.

양성자 흐름의 수평고정장치인 RFQ(Radio Frequency Quadrupole)에서는 750KeV의 에너지가 소요된다. 그리고는 첫 번째의 가속장치인 LINAC2 (Linear Accellerator 2)로 보내지는데 30m의 거리에서 양성자들은 50MeV로 가속되어 첫번째의 원형가속기인 PSB (Proton Synchroton Booster)로 보내진다. 거기에서 작은 원둘레를 회전하면서 1.2초 만에 1.4GeV로 가속된다. 그 다음으로는 Proton Synchrotron (PS)로 보내지는데 3.6초 만에 양성자들은 25GeV로 가속된다. 여기에서 중요한 것은 이미 그 전 단계인 초기 양성자 주입 때에 6개의 패키지에 들어있는 양성자들이 25ns (ns: 나노초)의 간격으로 4ns초 동안 가속된다. 이러한 싸이클 속에서 가속된 양성자들은 다시 Super Proton Synchrotron (SPS)로 보내진다. 6.9km나 되는 원둘레에서 회전운동으로 가속되는 양성자들은 450GeV의 에너지로 추진된다. SPS의 원둘레에는 1000개의 초전도식자석(Superconducting Magnet)이 부착되어서 양성자들의 원형주행을 원만하도록 도와준다. 그렇지않으면 원심력에 의해 양성자들의 흐름이 요동을 치게 되기 때문이다. 이렇게 여러 단계에서 가속되고 또 그 흐름이 교정되는 과정을 통해서 27km의 LHC원둘레의 튜브로 보내진다. LHC는 8개의 구간으로 나뉘어져 있는데 제2구간(TL2)과 제8구간(TL8)에서는 기차길의 전철기가 방향을 바꾸어 주는 것과 흡사한 역할을 담당하는 장치가 설치되어 있다. TL2와 TL8에는 초전도식자석 700개가 약 5.6km구간에 설치되어 있어서 역방향으로 회전하는 양성자들이 서로 충돌하지 않도록 그 회전진로를 조정하게 된다. 바로 이 지점에서 오작동이 발생해 지난해 LHC 첫번 가동에서 한달 남짓한 시간이 경과한 후에 가동을 멈추게 된 것이다. 아래의 사진은 TL2와 TL8의 구간의 모습이다.

LHC 의 8개구간을 통과해 하드론을 빛의 속도로 가속하려면 1초에 27km의 원둘레를 11,000번 회전시켜야 한다. 그때에 사용되는 에너지는 무려 7TeV나 된다.
7TeV의 에너지로 양성자들은 1초에 11000번 27km나 되는 LHC의 원둘레를 돌면서 거의 빛의 속도에 가까운 27 x 11000 = 297,000km에 도달하게 된다. 이렇게 가속된 하드론(양성자)는 CMS에서 제일 첫 번으로 충돌된다. 그리고는 LHCb, ATLAS, ALICE의 순서로 충돌이 연속된다. 충돌지역이면서 동시에 미립자의 탐지장치(Dectector)인 CMS, LHCb, ATLAS, ALICE 에서 이른 바 우주의 초기현상인 대폭발(Big Bang)이 이루어진다. 대폭발에서 얻어진 정보와 입자들을 어떻게 탐지하는가를 알아보면 다음과 같다.


여기에서 탐지해야 할 것은 대폭발과 동시에 암흑의 물질이 생겨나는가 그리고 힉스 입자(Higgs Particle)가 생겨나는가 하는 것이다. 만일에 두 가지가 동시에 생겨난다고 하면 서로 어떤 상호관계 속에서 다른 물질들에게 질량을 부여해 주는가 하는 가장 궁금한 문제가 풀리게 된다.


CERN/LHC 의 네 개의 탐지장치중에서 가장 무거운 기계체이다. 12,500톤이나 되는 엄청난 무게를 가진 CMS장치는 CERN/LHC에서 매우 중요한 기능을 담당하고 있다. ATLAS와 마찬가지로 힉스 입자(Higgs Particle)와 암흑의 물질을 세부적으로 관찰하기 위해서 만들어진 기계체이다. CMS 안에는 지구의 중심에서 파생되어 외부로 표출되어 나오는 자기력의 10만배나 되는 강한 자기력이 응집되어 있다. 세 개의 구역(Chamber)로 나뉘어진 이 자기력의 작용을 효율적으로 높이기 위해 뮤온(Muon, 표준입자 중의 하나)으로 구성된 개스가 구역마다 주입되어 있다. 그리고 그 안에는 76,000개의 특수처리된 크리스탈봉이 내부벽에 부착되어 있다. 대폭발시의 강한 빛이 서로 여러 차례 반사하게 되면서 힉스 입자를 비롯한 새로운 입자들의 소멸시간을 연장할 수 있게 된다. 21미터의 길이에 15미터의 직경을 가진 원통형의 거대한 기계체이다. 프랑스의 체시(Cessy) 지역의 지하에 위치해 있는 이 CMS는 독일에서 100% 기술지원을 했다.


이 탐지기계체에서는 우리들이 속해 있는 우주에는 반물질(Antimatter)들이 거의 존재하지 않고 물질(Matter)만이 존재한다. 왜 그런가? 우주생성당시의 대폭발 때에는 물질과 반물질들이 함께 생겨났는데 반물질들은 다 어디로 갔는가? 물론 물질과 반물질이 같은 장소에 있게 되면 서로 만나서 소멸되는 동시에 에너지로 환원이 된다고 하는 것은 오늘날 알려진 과학적인 지식이다. 쿼크 중에는 b-Quark라는 것이 있는데 그것은 ‘아름다운 쿼크’라는 뜻이다. 여기에서는 ‘아름다운 쿼크’를 탐지하면서 물질과 반물질의 상태를 주도면밀히 관찰하게 된다. 21미터 길이에 높이가 10미터 그리고 넓이가 13미터이며 무게는 5,600톤이다. LHCb 탐지기계체는 프랑스의 Ferney-Voltaire 의 지하에 위치해 있다.

우주생성 당시의 대폭발후 나노초 단위의 짧은 찰나에 물질들과 반물질의 동향을 살피는 기계체이다. 이 탐지장치에서는 납의 원자핵을 주입해 양성자와 중성자의 하드론의 충돌시 태양의 중심온도보다 10만배나 높은 온도에 달하게 된다. 양성자와 중성자들이 파괴되면서 다량의 쿼크들이 생겨나 높은 온도에서 우주 생성당시의 플라즈마 이전 상태의 모습을 재현해 볼 수 있는 것이다. 즉 하드론의 형태로 쿼크들이 병합되기 이전 상태의 쿼크들이 따로 따로 존재하면서 이들을 연결했던 글루온들도 높은 온도에서 독자적으로 존재하게 되는 우주 초창기 즉 대폭발(Big Bang) 순간의 플랑크시간(Planck Time) 내에서의 정황을 살필 수가 있는 것이다. 그리고 또 하나의 중요한 관찰은 고온이 하강하면서 쿼크들과 글루온들의 움직임에 대한 정확한 정보를 채취하는 것이다. 그러면 우주의 초창기에서의 생성과정이 분명하게 밝혀질 수가 있게 된다. 입자물리학에서의 표준모델에서 규정된 에너지들의 역할이 분명하게 들어나게 되는 것이다. ALICE에서의 탐지는 물질과 반물질의 형성과정과 오늘날의 우주상태로의 진화과정 등이 밝혀지게 되는 것이다. 이것은 매우 중요한 우주물리학에 대한 공헌이 될 것이다.


6. 천부교화인(天符敎化印) 원문해석과 ‘신의 입자’ 우주만물을 주관하시는 분께서 말씀하셨다.

“너희 중생들아! 저 푸르고 푸른 것이 하늘이 아니며, 저 아득하고 아득한 것도 하늘이 아니니라. 하늘은 형상도 없고 바탕도 없으며 시작도 없고 끝도 없으며, 상하와 사방이 없고 허허(虛虛) 공공(空空)하니, 있지 않는 곳이 없고 감싸지 않는 것이 없느니라. 하나님께서는 그 위에 더 없는 으뜸자리에 계시며 무한한 덕과 무한한 지혜와 무한한 능력으로 하늘을 만드시고, 수 없는 누리를 주관하시고, 만물을 창조하심에 티끌만한 것도 빠뜨리심이 없으며, 밝고 밝으며, 신령하고 신령하심에 감히 그 이름을 헤아릴 수가 없느니라.”

“너희가 소리와 기운을 다하여 원하고 빈다 하여도 친히 볼 수 없나니, 너희가 스스로 천성에서 그 씨를 찾아보아라. 이미 너희 머릿끝에 내려와 계시느니라. 하늘은 하나님의 나라이니라. 천궁이 있어 온갖 선행으로 계단을 삼고 온갖 덕행으로 문을 삼으니 하나님이 계신 곳이니라.”

“모든 신령과 모든 밝은 이들이 모시고 있으니, 지극히 상서로우며 지극히 빛나는 곳이니라. 오직 천성을 회복하고 통달하여 공적을 완전하게 이룬 자라야 그 앞에 나아가 뵙고 영원한 즐거움을 누리게 될 것이니라.”

“너희는 총총히 널려 있는 저 별들을 보아라! 그 수가 끝이 없으며 크고, 작고, 밝고, 어둡고, 괴롭고 즐거운 것이 같지 않느니라. 하나님께서 많은 세계를 만드시고, 태양계의 사자에게 700세계를 거느리게 하시니, 너희 땅(지구)이 진실로 큰 듯하나 한 작은 알의 세계에 불과하니라.”

천부인(天符印)이란 지금으로부터 12,200여년 전인 BC9200년경에 파미르고원 북동쪽 천산주(天山洲)에서 출발한 고대 배달민족(倍達民族)의 직계 조상이자 인류의 가장 큰 어른이신 황궁(黃穹) 천인선조께서 후손들의 복본(複本)을 위하여 물려주신 배달민족의 국권의 상징이며 인세증리(人世證理)를 위하여 완성하신 천부의 경전을 말한다. 천부인에 설계되어 있는 우주의 철학은 막혀있는 인간의 천성을 회복할 수 있도록 우주만물의 근본과 자연의 운행법칙이 설계되어 있는 우주의 법칙이며, 인간의 본성인 삼진(三眞: 性, 命, 精)속에 뿌리박혀 있는 삼망(三妄: 心, 氣, 身) 즉 삿된 마음과 삿된 호흡과 삿된 육신을 올바르게 세워주는 21세기 우리민족과 인류가 함께 연구하고 밝혀야 할 우주의 학문인 것이다.
<서천복: 고대 배달문명과 우주시간의 비밀, 도서출판 삼양 2002)>




천부경의 내용과 구약성서의 창세기와 비교하게 되면 많은 공통점을 찾을 수가 있으며, 서양의 선교사들도 한국인들의 우주관 속에 이미 창세기의 내용과 유사한 점이 있기 때문에 창조주 하나님께 대한 경외가 높다고 이야기 한 바 있다. 중국인이나 일본인들에 비하여 오늘날 한반도에서 기독교교회가 왕성한 발전을 이루고 있는데에는 이러한 기독교전래 이전의 기독교적인 사유가 한반도내에 있었기 때문이라고 주장하는 학자들도 있다. (윤성범, 기독교와 한국사상, 1961)

힉스(Peter Higgs)박사의 ‘신의 입자(God’s Particle)’는 현대의 우주입자물리학적인 견지에서 창세기의 내용을 문자 그대로 인정하는 과학적인 신앙의 표현으로 받아 들여지고 있다. 우리나라에서는 최근에 ‘창조과학(Creature Science)’이라는 기독교적인 우주관이 기독교인들과 비기독교인들 사이에 이야기 되어지고 있는데, 금년 다윈(Charles Darwin)의 탄생 200주년을 기념하는 행사에서 그의 ‘진화론’에 정면적으로 맛서는 일종의 정신운동으로 전개되고 있다. 미국에서는 ‘창조인가’ 아니면 ‘진화인가’하는 토론이 팽대해졌다.

제네바의 유럽입자물리학연구소(CERN)에서 현재 가동하고 있는 ‘대형입자충돌기(LHC: Large Hadron Collider)’에 의한 빅뱅테스트의 결과는 우주의 기원이 다윈의 ‘진화론’에 기인된 것이 아니라 철두철미한 디자인에 의한 ‘창조론’이라는 결론을 얻게 된 것이다. ALICE 입자탐지기계는 우주의 최초의 생성에 있어서 플랑크시간 (10-43초)에서부터 1초 동안에 쿼크들이 따로 분리된 상태에 있었는데 그것이 기체의 상태가 아니라 고온의 액체 플라즈마 상태 즉 쉽게 표현한다면 ‘쿼크스프 (Quark Soup)’라고 이해할 수가 있다는 것이다. 콜로이드 상태의 걸쭉한 상태에서 매우 높은 온도를 가진 ‘쿼크와 글루온’의 혼합액체였다는 것이다. 우주의 생성은 이러한 상태에서 출발하여 최초 3분동안에 아원자들인 수소원자와 헬륨원자들이 생겨났다는 것이다. 그리고 38만년 내지 40만년 동안에 아무런 변화가 없었다가 경미한 온도의 요동과 함께 오늘날의 우주천체(은하계, 성운, 태양계와 같은 항성 및 행성 등)들이 생겨났다는 것이다. 여기까지는 다윈의 ‘진화론’으로서는 우주의 기원론은 설명이 되지 아니한다.

창세기에 “빛이 있으라!” 명하니 그대로 되니라. 이러한 표현은 빅뱅이 우주의 초기에 생겨났다는 것을 설명해 주는 것이다. 펜지아스와 윌슨이 처음 발견한 ‘우주배경복사(Cosmic Microwave Background Radiation: CMBR)’에서 분명하게 입증되는 것은 지금으로부터 137억 년 전에 빅뱅이 있었고 그 잔광 내지는 잔여 열파장이 오늘날까지 전해오고 있다는 사실이다.

‘신의 입자’는 언제 얼마나 오랜 시간동안 창조의 태초에 존재해 있었으며, 어떠한 역할을 했었는가 하는 것은 아직까지 밝혀지지 않고 있다. LHC에서 알아볼 수 있는 최선책은 ‘신의 입자’ 자체에 대한 발견이 아니라 ‘신의 입자’가 나타나서 모든 입자들에게 질량을 부여해 준 그 경위에 대한 흔적을 찾는 일이다. 그것만 입증이 되어도 힉스박사의 ‘신의 입자’는 사실로 존재해 있었음을 부인할 수가 있으며, 그것 하나만으로도 다윈의 ‘진화론’이 우주의 생성을 설명하는 이론이 되지 못함을 입증하고도 남는다.

다만 한가지 전지전능하신 창조주 하나님의 창조의 원리를 인간이 감히 시뮬레이션 해보겠다고 하는 LHC의 가동은 인간의 힘으로 해결할 수 없는 엄청난 실수 내지는 부작용과 마주치게 될지도 모른다. 그것은 미니 블랙홀의 형성이다. LHC의 가동과 함께 빅뱅테스트가 행해질 때에 필연적으로 생겨나는 것이 소규모의 블랙홀이다. 학자들은 워낙 작은 규모에다가 플랭크 시간 단위로 한 찰나동안 존재했다가 소멸되기 때문에 걱정이 없다고 한다. 그러나 블랙홀은 정보가 기록되는 것과 마찬가지로 완전히 소멸되는 것이 아니라 지구촌 어디엔가 아니면 태양계내의 어디엔가 기록으로 남아있다가 그것이 우주의 팽창과도 마찬가지의 속도 (시속 150만킬로미터)로 증폭될 수가 있다고 한다. 그때에는 지구는 물롬 태양계 전체가 빠져들어가게 되는 거대한 블랙홀로 형성될 수도 있다는 이야기이다. 따라서 ‘신의 입자’를 찾기 위한 인간의 노력은 갸륵하나 우리가 창조주 하나님과 동등할 수 없으므로 엄청난 과오를 저지르게 될 수도 있다. LHC의 가동에 대하여 이 점이 신학자들이나 신앙인들에게는 가장 크게 우려되는 것이다.

모세가 처음 호렙산에서 여호와를 만나게 되었을 때에 여호와 하나님께서는 “모세야! 이리로 가까이 오지말라! 지금 네가 서 있는 곳은 나의 거륵한 땅이니 너는 신발을 벗어야 하리라!”라고 말씀하셨다는 기록이 있다. (출애급기 3장 5절). 창조주 하나님앞에 인간은 겸손해야 할 것이다. 하나님의 영야를 무작정 침범해서는 안된다. 지금도 LHC를 가동하려는 오늘날의 과학자들에게 하나님께서는 “이리로 가까이 오지말라! 너희들은 거륵한 땅에서는 신발을 벗으라!”고 말씀하신다. 15년동안 무려 7천명의 과학자들이 모여서 연구하고 또 8조원 이상의 거금을 투입하여 5층 건물 이상의 대형 입자탐지기들을 여러곳에 설치했다고 하여 그러한 능력이 결코 창조주 하나님의 권능과 동등한 것이라고 생각해서는 안된다. 그리고 피조물인 인간이 감히 창조주이신 하나님께 정면적으로 도전하는 행위는 인류의 멸망을 초래할 따름이다. 옛날 바벨탑의 사건보다도 더 심각한 것이 오늘날 LHC의 가동인지도 모른다. 초미니 블랙홀의 정체가 과연 무엇이며 어떠한 재앙으로 번져나가게 될지는 스스로 하나님의 지위에 오른 것으로 착각하는 오늘날의 과학자들에게는 큰 경종을 울려주고 있는 것이다.

그래서 천부교화인에는 오늘날 과학자들이 잊어서는 안되는 중요한 내용이 들어 있는 것이다. “하나님께서는 그 위에 더 없는 으뜸자리에 계시며 무한한 덕과 무한한 지혜와 무한한 능력으로 하늘을 만드시고, 수 없는 누리를 주관하시고, 만물을 창조하심에 티끌만한 것도 빠뜨리심이 없으며, 밝고 밝으며, 신령하고 신령하심에 감히 그 이름을 헤아릴 수가 없느니라.” 이러한 표현은 창조주 하나님께 대한 단순한 문학적인 칭송에 그치는 것이 아니라 모세에게 하나님께서 경고의 말씀을 하셨다는 거룩한 땅에서의 인간의 겸손을 알려주는 차원으로 해석되어야 할 것이다.

<김정양: 서울 사이버대학의 특강 강의록 2009년 3월 14일>
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