BBC 다큐멘터리 ATOM. 3부-3탄

ATOM 3부-3탄

2013년 1월 13일 일요일

오전 1:43

   

파인만이 그의 이론 QED를 연구하던 1940년대 중반

그의 동료들은 경악했습니다.

   

그 당시에는 QED프로젝트는

완전히 실패할 것이라는 의견이 일반적이었는데

그걸 성공시켰으니 놀라는 것은 당연하겠죠

   

많은 과학자들이 QED프로젝트가 실패 할 것이라고 생각한 이유는

QED는 해답이 없었기 때문입니다.

   

문제를 풀었는데

어떤 실험결과랑 비교를 해야 하는지를 모르니

맞아 떨어지는 답이 없고

   

수학적 측면에서도

이걸 이렇게 전개시켜도 되는 것인지

증명조차 되지 않은 난해한 수학적 스킬이

마구마구 개발되고 사용되는...

   

완전 난장판이었습니다.

   

문제를 풀어도 답을 못맞춰보니...

진짜 혼동 그 자체였겠지요?

   

하지만 파인만은 이 복잡한 수학문제만 극복하면

새로운 진실에 도달 할 수 있다고 믿었습니다.

   

그 당시 젊고 패기 넘쳤던 파인만은

주변의 의견을 무시하고

복잡한 수학적 문제를 극복해버립니다.

   

그는 엄청나게 특이한 방법으로 이 문제를 극복했는데

파인만 다이어그램이라는 것을 만들어서

수학적 논리를 그림으로 풀어버립니다.

보기에는 참 쉽고 간단해 보입니다.

   

   

파인만 다이어그램은 대충 위와 비슷한 모양입니다.

   

   

1948년 30세의 파인만은

그렇게나 논란이 많은 자신의 QED를

파인만 다이어그램과 함께 학계에 공개합니다.

   

파인만은 QED를 발표할 무대로

펜실베니아 물리학회를 선택합니다.

   

그 학회에는 물리학계의 거물들이 모였습니다.

   

핵물리학의 아버지 - 닐스 보어

반물질 발견을 예견한 - 폴 디락

원자폭탄의 아버지 - 로버트 오펜하이머

   

이제 다들 이 이름들은 아시겠죠?

앞에서 다 나온 이름들입니다 ^^

   

암튼 ...

펜실베니아 물리학회는 시작부터 우울한 분위기였습니다.

아무도 QED를 믿지 않았기 때문입니다.

   

파인만은 복잡하고 어려운 수학 대신

간단한 그림으로 QED를 설명했습니다.

   

과학자들은 그의 이론이 과학이 아닌 애들 장난 같아 보여서

매우 마음에 들지 않았습니다.

   

   

파인만은 원래 자신이 알고 있는 것을 남에게 알려주는 데에는

천부적인 재능이 있었습니다.

   

오죽하면 파인만의 물리학강의라고 그가 수업시간에 강의했던 내용을

옮겨 담은 책이 있는데...

그게 물리학과 학생이라면 꼭 봐야 할 교재가 됐겠습니까?

   

제가 잠깐 미국에 갔을때

서점에서 파인만 책을 특별 한정판으로 포장 진짜 이쁘게 해서 팔더라고요

   

   

이게 200불이었나??

암튼 돈도 쥐뿔도 없는데

탈탈 털어서 샀어요 ㅋㅋㅋㅋㅋ

   

가방에 넣을 곳이 없어서 옷을 버렸죠

   

이미 한국어판으로 풀 패키지가 있는데도...

저걸 못 사면 죽을 때까지 후회할 것 같아서 샀지요...

최고의 전공 부교재거든요~

   

돈이 중요하지 않을 정도로 내용이 대박입니다.

   

암튼 제가 말씀 드리고 싶은 것은

진짜 설명하는 능력이 엄청 뛰어난 파인만인데...

그런 파인만이 설득에 실패했다는 것은

좀... 충격적인 일 입니다.

   

만약에 그가 QED를 완벽히 이해했다면

분명 보어와 디락을 혼자서 설득했을 겁니다.

그가 설득에 실패한 이유는

QED가 파인만도 이해 못 할 정도로

어렵다는 것을 뜻합니다.

   

하지만 QED는 유례가 없는 정확도를 가진 이론입니다.

아무리 마음에 들지 않아도

이렇게 정확한 값을 계산 할 수 있는 이론이

틀리다고 생각할 수는 없었습니다.

 

결국에는 과학자들에게 받아들여질 수 밖에 없는 이론이지만

단시간에 많은 사람을 설득하는 것은 파인만에게도 힘든 일이었습니다.

   

   

여기서 웃긴건...

아인슈타인과 같은 전통파 물리학자와 맞서 싸우던 보어가

지금은 파인만이 맞서고 있는 전통파가 되었다는 것입니다.

   

다시 한 번

과학자는 신념이 아닌

진실을 바탕으로 학문을 대해야 한다는 것을 깨닫게 됩니다.

   

진실이 신념으로 변질되면

그 신념이 또 다른 진실을 막는 장애물이 되기도 하니까요

   

그런데 비록 펜실베니아 학회에서 QED가 어느 정도 받아들여졌지만

아직도 많은 사람들은 진공상태에서 활발한 에너지의 운동이

입자를 만들어내고 다시 소멸하고 하는 과정이

실재로는 존재하지 않고 단지 수학적으로만 존재하는

말 그대로 "가상"이라고 생각했습니다.

   

그런데...

   

   

마요네즈........

참치에 오이 채 썰어서 넣고 마요네즈랑 비벼먹으면 참 맛있.......

   

아! 정신차리고 !! 배고프다 ㅜ.ㅜ

   

   

카시미르는 마요네즈 분자를 붙잡아두는 미지의 힘이

QED에서 말하는 양자요동 즉, 가상입자와 관련이 있음을 깨달았습니다.

게다가 카시미르는 가상입자들을 드러내는 실험을 고안했습니다.

   

   

이로써 진공은 비어있는 상태가 아니라

에너지의 요동으로 가득 차 있는 상태라는 것이 입증되었고

QED가 옳다는 증거가 되었습니다.

   

생각해보면 "아무것도 없는 상태"라는 것도

불확정성의 원리에 위배됩니다.

아무것도 없다는 "확실한" 상태를 알게 된다는 것인데

불확정성의 원리에 따르면 모든 정보를 정확하게 알 수 있는

확실한 상태는 존재하는 것이 불가능하기 때문에

에너지가 0 이라는 상태는

아까는 1이었다가 지금은 -1이었다가...

이런 상태들이 왔다갔다하면서

평균적으로 에너지가 0인 상태를 유지하는 것 입니다.

   

QED는 과학 연구의 결정판이자 우리 이야기의 위대한 정점입니다.

   

QED를 이용하여 우리는 우주의 많은 현상을

놀라운 정확도로 설명 할 수 있게 되었고

이런 놀라운 이론을 원자로부터 얻었습니다.

   

   

그러나 QED의 등장이 혼란을 없애 준 것은 아니었습니다.

오히려 QED가 등장하기 전보다 더욱 혼란스러운 상태가 되었습니다.

   

   

항상 그렇죠

하나가 해결되면 또 다른 문제가 나오잖아요?

   

마치 과학자들이 자연의 신비를 풀면 풀수록

자연은 그 동안 보여주지 않았던 이상한 모습들을

조금씩 더 꺼내 보여주는 것처럼 느껴질 정도입니다.

   

입자동물원이 물리학계를 난장판으로 만들면서

몇 년 만에 핵물리학자들의 자신감은

혼란으로 바뀌었습니다.

   

이 혼란을 다시 잠재우기 위해서는

또 다른 과학 혁명이 필요했습니다.

   

지금까지 이 다큐멘터리에는

역사적인 천재 2명이 나왔습니다.

아인슈타인과 리처드 파인만

   

아인슈타인은 혼자서 상대성이론을 만들었죠

   

현대물리학은 상대성이론과 양자역학이라는

굵은 기둥을 기반으로 세워진 신전과 같습니다.

   

양자역학은 여러 사람의 합작임에 반해

상대성이론은 거의 아인슈타인 혼자 이뤄낸 업적이니...

얼마나 대단한지 느껴지시나요?

   

그리고 리처드파인만은

역사상 유례없이 정밀한 이론을 발견했습니다.

비록 스스로도 완벽히 이해 할 수 없는 어려운 이론이지만

이해도 못하면서 오로지 수학적 논리와 수식전개로

실험결과를 100억분의 1의 오차범위라는

말도 안되게 정밀한 값을 산출했다는 것은

계속 말하지만 고만고만한 천재가 아니기에 가능한 일 입니다.

   

그리고 이제 입자동물원으로 다시 한 번 초토화가 된 물리학계에

세 번째 천재가 등장합니다.

   

   

머레이 겔만 - Murray Gell-Mann

   

겔만은 15세에 예일에서 물리학을 공부하고

20대 초반에 박사학위를 받았습니다.

그는 여러 언어에 능했고

다방면에 깊은 지식을 가지고 있었습니다.

   

60년대 초반에 칼텍에서 만난 리처드 파인만처럼

겔만도 수학 속에 숨어있는 자연의 비밀을 볼 수 있는

능력을 가지고 있었습니다.

   

겔만과 파인만은 훌륭한 콤비가 되었습니다.

   

칼텍에서 둘은 연구소 위치도 매우 가까웠습니다.

방 하나만 건너뛰면 서로의 연구실이 있었으니까요

   

둘 사이에는 라이벌 의식이 있었지만

서로의 창의력에서 영감을 얻었습니다.

   

1960년대와 70년대

파인만과 겔만 단 두 사람이

입자물리학의 세계를 지배했습니다.

   

특히 겔만은 입자동물원을 정리함으로써

자신이 파인만보다 우월함을 입증하려고 애썼습니다.

   

   

그는 이 이론을 팔도설이라고 불렀습니다.

팔도설은 불교의 가르침인데.......

뭔지 찾아봐도 잘 안 나오네요...

   

뭐 우리는 불교의 가르침이 중요한 것이 아니고

겔만이 자신의 이론을 팔도선이라고 부른 것이 중요한 것이니..

넘어가겠습니다.

   

겔만은 자신의 팔도설에 모든 새로운 입자들이 맞아떨어지기 위해서는

더 심오하고 근본적인 사실을 인정해야 한다는 것을 알았습니다.

바로 원자의 구성 물질에 대해서.....

   

   

그런데 그는 쿼크의 존재를 강하게 주장하지는 못했습니다.

그 동안 원자가 이상하게 행동하는 것에

익숙할대로 익숙해진 상태이긴 했지만

쿼크에 대한 아무런 증거도 없이

이런 주장을 펼치는 것은

겔만 스스로가 생각하기에도 말이 안 되는 상황이었거든요~

   

그래서 겔만은 자신의 발견을 묻어두었고

과학의 위대한 발견은 이렇게 잊혀질 뻔 한 위기에 처하게 됩니다.

   

   

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