삼체 9) 색즉시공 色卽是空

 

주의 : 잘못 이해된 지식이 다수 포함되어 있을 수 있음

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허블 딥 필드 사진이 찍혔을 때 전 세계 천문학계는 깜짝 놀라 뒤집어졌다. 방금 막 쏘아 올린 수십조 원짜리 허블 우주망원경으로, 아무것도 없는 빈 공간을 찍어 보자는 엉뚱한 아이디어로 시작된 프로젝트였는데, 그 자그마한 빈 공간에서 엄청나게 많은 은하가 찍혔기 때문이다.

허블 딥 필드 사진을 보면 우주가 은하들로 꽉 차 있는 것처럼 보인다. 하지만 이는 3차원 공간을 2차원의 사진으로 찍었기 때문에 꽉 차 보일 뿐이다. 실제 우주는 99.999…% 이상 빈 공간이다. 우주를 나타내는 영어 단어 중에 유니버스, 코스모스, 스페이스가 있는데 실제 우주를 가장 잘 나타내는 단어는 빈 공간을 뜻하는 Space 다. 일례로 우리 은하와 가장 가까운 안드로메다 은하가 250만 광년 떨어져 있다. 현재 인류의 기술로는 도저히 갈 방도가 없다.

추정 4,000억 개 이상의 별들로 반짝이는 우리 은하도 사실상 본질은 99.999…% 텅 빈 허공이다. 보이저 1호가 인간이 만든 비행체 중에서 가장 멀리 나가 있고, 연구비가 아쉬운 나사 관계자들이 태양계를 벗어났다고 설레발을 치고 있지만, 태양계 최외각의 오르트 구름을 벗어나려면 앞으로 3만 년이 더 걸린다.

또 다른 예로 태양계에서 가장 가까운 항성계인 4광년 떨어져 있는 알파센타우리 시스템을 간다고 해 보자. 현재 인류의 기술로 여기에 가려면 7만 년에서 10만 년 정도가 걸린다. 백년도 못 사는 인간으로서는 엄두도 안 나는 거리다. 따라서 현재 기술 수준으로는 항성 간 여행은 언감생심이다.

우리 태양계도 사실 99.999…% 이상 빈 공간이다. 현재 인류의 기술로 화성에 가려면 가장 최적의 상태에서도 7개월이 걸린다. 스페이스 x의 일론 머스크가 화성에 사람을 보내려고 계획 중인데, 여행자들은 우선 7개월간 좁디좁은 우주선에 꼼짝없이 갇히는 시련을 견뎌야만 한다.

1, 2주 후에 목성의 위성 유로파를 탐사하기 위한 클리퍼 프로브가 발사된다. 클리퍼는 5년 반 동안 우주를 여행한 후 2030년이 지나서야 겨우 목적지 궤도에 도착하게 된다. 이처럼 우리 태양계 내에서의 이동도 엄청난 시간이 걸린다. 태양계의 99.999…%의 빈 공간을 가로질러야 하기 때문이다.

태양계에서 빈 공간이 아닌 것들은 태양과 그 주위를 도는 지구와 같은 행성들, 그리고 행성을 도는 달과 같은 위성들, 그리고 소행성들이다. 이들은 모두 원자로 만들어졌다. 지구에는 많은 생명이 있다. 생명 또한 모두 원자로 구성된다. 전자기파와 반응하는 바리온, 즉 눈에 보이는 모든 것들이 원자들로 만들어졌다.

그런데 실상 원자도 99.999…%가 빈 공간이다. 원자 하나를 잠실 올림픽 주경기장 크기라고 가정할 때, 원자핵은 경기장 정 가운데 놓인 탁구공 정도이고, 원자핵 주변에 있는 전자는 경기장 관중석에서 날아다니는 초파리 정도라고 한다. 즉 원자를 자세히 들여다 보면 완전 텅텅 비어 있다.

체중 70kg인 성인 남성을 상정해 보자. 그의 몸은 모두 원자로 이루어졌다. 그의 몸을 이루는 원자의 모든 빈 공간을 없앤다고 가정해 보자. 즉 위에 예를 든 탁구공과 초파리를 합쳐 버리는 것이다. 그러면 그 즉시 이 성인 남성은 미세먼지 티끌 정도의 크기로 줄어들어 눈 앞에서 사라진다. 하지만 여전히 그 무게는 70kg 이다. 만약 지구 전체를 이루는 모든 원자의 빈 공간을 없애면 지구는 그 즉시 야구공만해진다.

놀랍게도 이런 천체가 우주에 아주 많다. 바로 중성자별 neutron star 이다. 온 세상이 99.999…%로 공하고 공하고 공한데 중성자별만은 빈틈없이 꽉 차 있다.

태양은 수십억 년 후에 적색 거성이 됐다가 행성상 성운을 남기며 자그마한 백색왜성 white dwarf star 으로 생을 마감한다. 그런데 태양이 만약 1.5 배 정도 현재 크기보다 크다면 전혀 다른 최후를 맞이한다. 태양은 초신성 폭발을 일으키고 그 후에 중성자별이 된다. 초신성 폭발 이후 남은 물질들이 강력한 중력으로 인해 수축되어 전자와 원자핵이 합쳐져서 지름 십수 km 크기의 중성자가 되는 것이다. 중성자별의 밀도는 너무나도 커서, 만약 중성자별의 물질을 티스푼만큼 뜰 수 있다면, 그 무게는 10억 톤에 달한다고 한다.

마블 시리즈의 토르가 무기로 사용하는 망치가 바로 중성자별의 물질로 만들어졌다는 설정이다. 그래서 엄청나게 무거워 토르 이외에는 들지도 못하고 이 망치로 부수지 못하는 물건이 없다.

그런데 실제로 원자핵의 구성요소인 중성자로만 뭔가를 만들어 낼 수 있다면 획기적인 물건이 나온다. 고밀도의 이 물질은 현존하는 어떤 것으로도 부술 수 없다. 또 이 물질로 만들어진 무기는 현존하는 모든 것을 두부처럼 부술 수 있다.

삼체인들의 고도로 발전한 과학은 이를 가능하게 했다. 원작에서 중성자만으로 감싸여진 Droplet 이라는 무기가 나온다. 단 한 개의 Droplet 으로 지구를 멸망시킬 수 있다. 생각해 보면 당연한 일이다. 빈틈없이 꽉 찬 중성자로 만들어진 물체를 99.999…% 이상 빈 공간인 원자로 만든 지구인의 무기로 어떻게 대적할 수 있단 말인가.

이런 엄청난 과학 기술을 가지고 있는 삼체인들은 지구인을 엄청나게 두려워하고 있다. 왜냐하면 400년이라는 시간 때문이다. 알파센타우리에서 출발한 삼체인들의 함대는 광속의 1%라는 엄청난 속도로 지구에 접근 중이다. 불과 400년이면 도착한다. 그런데 그 불과 400년이 문제다.

지금으로부터 400년 전이라면 대략 임진왜란과 병자호란 사이다. 막 인조가 즉위한 시기다. 비록 막 화약 무기가 발전하던 시기이긴 했지만 과학 기술적으로는 과거 1만 년 전과 별반 차이가 없던 시절이다. 일만 년 전 석기 시대 사람 한 명을 납치하여 400년 전에 갖다 놔도 그는 잘 살아갈 수 있다. 하지만 400년 전 과거 시험에 장원 급제한 천재를 현대에 갖다 놓으면 전혀 다른 얘기가 된다. 400년 전 천재는 현대에 상식적으로 통용되는 모든 문물과 지식에 대해서 이해하는데 굉장한 어려움을 겪을 것이다. 그 천재는 현대 도시를 안전하게 걸어 다니는 방법부터 새로 배워야 한다. 이처럼 인류의 과학기술은 기하급수적으로 발전하고 있다.

1903년 최초의 비행기가 라이트 형제에 의해 12초간 비행했다. 그로부터 불과 60여 년 후에 인류는 달에 갔다.

양자역학이 20세기 초에 정립되기 시작했고 이를 통해 인류가 실리콘이나 게르마늄 원자 안에 있는 전자의 움직임을 제어하기 시작했다. 그리고 불과 수 세 대만에 인류는 인터넷과 컴퓨터와 스마트폰을 쓰는 시대가 됐다.

전자의 제어를 넘어서 인류는 또 다른 원자의 비밀을 밝히기 위해 입자 가속기를 사용하여 원자의 내부를 탐구 중이다. 400년 후에는 과연 어떤 것들이 가능해질 것인가? 바로 이 부분이 삼체인들의 아킬레스건이다.

삼체인들의 계산으로는 400년 후 지구에 도착했을 때, 지구인의 과학 기술은 삼체인들을 아득하게 뛰어넘게 된다. 따라서 이를 막아야만 했다.

이에 삼체인들은 자신이 가진 거의 모든 리소스를 끌어모아 최종 병기 소폰 Sophon 을 만들어 지구에 급파한다. 소폰은 삼체인들의 함대가 지구에 도착하기 전 400년 동안 지구인들의 과학 기술 발전을 저지해야만 한다.

그렇다면 이 소폰이 무엇인가? 이를 논하기 위해선 양자역학과 끈 이론, 그리고 그에 수반되는 다차원의 세상에 들어가야 한다.

(계속)

삼체 The Three Body Problem

목차

1) 모택동 때문에 외계인이 쳐들어오는 이야기

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/1.html

2) 꼭꼭 숨어라, 머리카락 보일라

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/2.html

3) 총균쇠

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/3.html

4) 개미

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/4.html

5) 폰 노이만과 어둠의 숲

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/5.html

6) 나는 무엇인가

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/09/blog-post.html

7) 1년은 365일이다

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/09/7-1-365.html

8) 속초 앞바다에서 시원하게 오줌을 싸면

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/10/8.html

9) 색즉시공 色卽是空

삼체 8) 속초 앞바다에서 시원하게 오줌을 싸면

주의 : 잘못 이해된 지식이 다수 포함되어 있을 수 있음

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일찍이 아서 C 클라크가 “고도로 발달한 과학기술은 마법과 구별될 수 없다” 라는 말을 했는데, 요즘은 과학 이론 자체가 마법과 같다. 나 같은 일반인은 전혀 이해가 안 된다. 과학 이론 속에선 고양이가 살아 있기도 하고 죽어 있기도 하며, 양자는 순간이동으로 움직이며, 물질은 파동이었다가 입자로 붕괴하기도 하고, 입자의 위치와 속도를 동시에 알아낼 수는 없고, 양자 두개를 얽혀 놓은 후 우주 양 끝으로 찢어 놔도 관계성을 상실하지 않는다는 둥 이해할 수 없는 말들을 한다.

이런 마법과 같은 과학 속 이야기를 처음 느낀 건 어릴 때 본 과학 서적에서였다. 내가 만약 속초 앞바다에서 오줌을 시원하게 싼 후, 어떤 거인이 지구 전체의 바다, 즉 태평양, 대서양, 북극해, 인도양 등등을 모두 휘저은 다음에, 다시 캐나다 밴쿠버 앞바다에서 물 한 컵을 뜨면, 그 안엔 내가 방금 속초 앞바다에서 싼 오줌 속에 들어 있던 물 분자 여러개가 반드시 들어 있다는 것이다. 이게 말이 돼?

그런데 이것은 엄연한 과학적 사실이다. 물 한 컵에 들어 있는 물 분자의 수가, 지구의 모든 바닷물을 물컵에 채운 물잔 수보다 훨씬 더 많다.

요즘은 AI 시대다. 그래서 ChatGPT 기반의 CoPilot 을 통해 확인해 봤다. 

질문 : 물 한 컵에는 몇 개의 물분자가 있을까

질문 : 전세계 바닷물은 몇 컵일까

역시 인공지능의 결론도 마찬가지다. 물 한 컵에 들어 있는 물분자의 수가 전 세계 바닷물을 물컵에 담은 수보다 훨씬 많다.

여기서 유추할 수 있는 사실은 물 분자가 엄청나게 작다는 것이다. 모두가 알다시피 물 분자는 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자가 결합한 상태다. 또 모두가 알다시피 수소 원자는 하나의 양성자와 하나의 전자가 결합한 상태다. 두말하면 잔소리지만, 또 모두가 알다시피, 산소 원자는 여덟 개의 양성자와 여덟 개의 중성자와 여덟 개의 전자로 구성된다. 그러니까 결국 세상은 전자 electron, 중성자 neutron 그리고 양성자 proton 로 이루어져 있다. 세상 만물은 흙, 물, 불, 공기로 이루어져 있다는, 고대 그리스의 사원소설로부터 많은 발전이 있었다.

좀 더 자세히 들어가면, 원자는 원자핵과 전자로 구성된다. 원자핵은 양성자와 중성자로 구성된다. 전자의 무게는 양성자의 약 2000분의 1 수준이다. 따라서 원자의 무게는 대부분 양성자와 중성자가 결정한다. 원자가 모여서 분자를 구성하고, 분자가 모여서 사람이 되거나 돌멩이가 되거나 지구가 되거나 태양이 된다.

원자로 구성된 분자들이 모여서 행성이나 항성 레벨이 되면 중력이 유의미하게 작용한다. 우리는 모두 지구라는 행성의 중력에 묶여 있고 지구는 태양의 중력에 묶여 있다. 전자의 움직임을 기반으로 한 전자기력, 중성자의 붕괴를 유발하는 약한 핵력, 양성자들을 붙들어 매는 강한 핵력, 그리고 중력을 포함하여 이 세상에는 네 가지 기본 힘이 작용한다.

세상의 모든 힘은 이 네 가지 기본 힘으로부터 유래한다. 내리쬐는 햇빛, 상쾌한 산들바람, 빨갛게 익어가는 사과, 장쾌하게 떨어지는 폭포, 옹기종기 둘러앉은 가운데서 타오르는 모닥불, 면도날을 녹이는 황산, 엄청난 수증기를 내뿜는 원자력 발전소의 노심, 힘차게 내지르는 권투 선수의 펀치, 이 모든 힘이 원자로부터 유래하는 네 가지 기본 힘으로 모두 설명된다.

인류는 수력 발전을 통해 중력을 전자기력으로 변환한다. 전자의 움직임을 기반으로 하는 전자기력을 이해한 후 인류는 전기시대를 거쳐 전자시대로 들어섰고, 그래서 컴퓨터와 스마트폰을 쓰고 있다. 약한 핵력을 바탕으로 핵 발전을 하고 방사선 동위원소를 이용하여 각종 측정기구나 의료기구를 만들어냈다. 이처럼 세상의 본질과 막강한 힘은 지극히 작은 원자로부터 기원한다.

그렇다면 이게 다인가? 원자핵이 양성자와 중성자로 이루어져 있다면, 그 양성자나 중성자를 쪼개서 그 안에 또 무엇이 있는지 볼 수는 없을까? 당연히 볼 수 있다.

프랑스와 스위스의 국경에 유럽 입자 물리 연구소 CERN 의 LHC가 있다. 이것은 지금까지 인류가 만들어낸 사상 최대의 과학 실험 장치다. 길이 27Km의 입자 가속기가 지하 100m에 묻혀 있다. 전 세계 85개국에서 모인 수만 명의 과학자들이 일하고 있다. 여기서 위에 언급한 양성자나 중성자의 내부를 탐구한다.

LHC는 양성자 등을 빛의 속도 가깝게 가속하여 충돌시켜 그 내부에서 쏟아져 나오는 소립자들을 연구한다. 원자력 발전이나 핵폭탄에선 핵분열이나 핵융합 시의 질량 결손이 에너지로 변환된다. 하지만 입자 가속기에선 그 반대의 현상이 일어난다. 광속 가깝게 가속된 양성자들이 충돌할 때, 그 막대한 에너지가 입자로 변환되기도 한다. 그래서 이렇게 에너지로부터 생성된 입자와, 실제 양성자가 깨져서 나온 입자들이 수백 개씩 쏟아져 나온다. 과학자들은 이 중에서 유의미한 입자들을 연구하여 입자 물리학이라는 분야를 열었고 그 표준 모형을 확립했다.

표준 모형에 의하면 세상 만물은 12개의 기본 입자와 다섯 개의 힘 전달 입자로 이루어져 있다. 자세하게는 나도 떠벌릴 입장이 못 된다. 이해를 못 하기 때문이다.

그럼에도 불구하고 가장 마지막에 발견된 힉스 입자에 대해 짚고 넘어가자. 수십 년 전부터 입자에 질량을 부여하는 또 다른 입자가 있어야 한다는게 피터 힉스에 의해 수학적으로 제안됐다. 하지만 수십 년간 이 입자를 찾는데 실패했고 물리학자들 사이에 빌어먹을 입자 goddamn particle 로 알려졌다. 세월이 지남에 따라 공학 기술의 발전으로 수년간 LHC의 업그레이드가 이뤄졌다. 이때 LHC에서 미니 블랙홀이 발생할 수도 있는 가능성 때문에 실험 반대 시위가 많이 일어나기도 했다. 시위에도 불구하고 실험은 계속됐고 개선된 LHC에서 드디어 그 빌어먹을 입자가 발견됐다. 처음 이론적으로 제안된 후 50년 만이었다. 그 입자의 별명은 일반인들을 위해 신의 입자 God particle 로 개명됐다가 최종적으로 힉스입자가 되었다. 80세가 훌쩍 넘은 피터 힉스는 이 공로로 노벨상을 받았다.

지금도 유럽 입자 물리 연구소 CERN 에서는 수많은 나라에서 수많은 과학자들이 각자 자기의 연구 논문을 쏟아낸다. 일찍이 이들은 자신의 페이퍼를 보다 효율적으로 펴내고 공유하기 위해 하이퍼링크를 사용한 웹 문서를 고안해 냈다. 이게 우리가 웹 브라우저를 통해 보는 인터넷 문서의 표준이 됐다. 이처럼 이들의 활동은 우리의 일상과 밀접한 관련이 있다.

CERN 이외에도 방귀께나 뀐다는 나라들은 모두 자체적으로 LHC와 같은 입자 가속기를 운영하고 있다. 한국도 예외는 아니다. 전 세계 대부분의 강대국들이 엄청난 거금을 들여 더 크고 더 강력한 새로운 입자 가속기 건설과 운영에 자원을 쏟아붓는다.

왜 이런 짓을 할까? 인류는 아직 우주에 대해 모르는게 너무나 많기 때문이다. 은하의 엄청난 질량을 담당하는 암흑물질의 정체를 아직 인류는 모른다. 입자 가속기에서 피어 나오는 입자들의 조각구름에서 그 정체를 찾고자 한다. 우주를 계속해서 팽창시키는 암흑에너지에 대해 인류는 아무것도 모른다. 양성자들끼리 충돌하면서 나오는 보손에서 그 비밀을 풀려고 노력 중이다. 모든 물리 법칙이 붕괴되는 블랙홀의 특이점에 대해서 인류는 궁금증을 가지고 있다. 인류가 찾아낸 네 가지 힘 - 중력, 전자기력, 약력, 강력 - 을 아우르는 통일장 이론을 완성한다면 인류는 빅뱅 이전의 수수께끼를 풀 수도 있다. 혹은 네 가지 힘 이외의 또 다른 숨겨진 힘을 찾을 수도 있다. 또는 끈 이론에서 주장하는 10 차원 이상의 숨겨진 차원을 실제로 찾아낼 수도 있다.

세상에서 가장 작은 입자를 연구하기 위해 세상에서 가장 큰 실험 장치를 쓰며 과학자들은 지금도 우주의 비밀을 풀기 위해 노력 중이다. 그리고 이게 삼체인들이 지구인에 대해 가장 두려워하고 있는 사실이다. 그래서 드라마에서 묘사되듯 삼체인들의 제일 공격 목표가 세상의 모든 입자 가속기 실험 방해였다.

그렇다면 왜? 다음 편에서 살펴보자.

(계속)

삼체 The Three Body Problem

목차

1) 모택동 때문에 외계인이 쳐들어오는 이야기

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2) 꼭꼭 숨어라, 머리카락 보일라

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/2.html

3) 총균쇠

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4) 개미

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5) 폰 노이만과 어둠의 숲

https://nonsense-delusion.blogspot.com/2024/04/5.html

6) 나는 무엇인가

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7) 1년은 365일이다

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8) 속초 앞바다에서 시원하게 오줌을 싸면

북미 트럭커의 모든 것 22) 갈 수 없는 길과 트럭커의 GPS

세미 트럭은 아무 곳이나 갈 수 없습니다. 그래서 일반 차량이 통과할 수 있는 길도 세미트럭은 통과하지 못하는 경우가 비일비재합니다.

먼저 무게 제한이 있습니다. 어떤 교량이나 길이 특정 무게 이상 통과 금지일 경우가 있습니다. 세미트럭이 가득 적재했을 때는 무게가 40톤 정도 됩니다. 시골의 조그만 교량들은 이 무게를 견딜 수 없습니다.

또 높이 제한이 있을 수 있습니다. 세미트럭의 높이는 13피트 6인치, 4.15 미터에 달합니다. 머리 위로 지나가는 도로나 기찻길이 이 높이보다 낮은 경우가 많습니다.

또 갓길 없는 왕복 2차선 교차로의 경우 세미트럭이 좌회전이나 우회전하는게 불가능할 수 있습니다. 이런 좁은 교차로가 많은 길도 세미트럭은 통행금지입니다.

보통 이런 장애물이 있으면 한참 전에 “트럭 통행 금지” 표지판이 있습니다. 하지만 다른 장애물에 가려 있거나 잠깐 한눈을 팔다가 이 경고판을 못 보고 지나치는 경우가 있죠. 그러면 트럭커에겐 악몽과도 같은 상황이 펼쳐집니다. 지역 경찰을 불러 안전한 길로 유도를 받아야 합니다. 아니면 경찰이 도로를 통제하는 동안 한참 후진을 해야 하죠. 상황이 종료된 후 아마 십중팔구는 경찰로부터 티켓을 받을 것입니다.

이런 불상사를 미연에 방지하기 위해 트러커들은 보통 트럭용 GPS를 사용합니다. 한국에서 흔히 내비게이션이라고 부르는 그것입니다. 첫 설정 화면에서 트럭의 총 길이, 무게, 폭 등을 입력하면 트럭이 갈 수 없는 길을 제외하고 안내해 줍니다. 하지만 100% 신뢰하는 것은 금물입니다. 간혹 트럭이 갈 수 없는 길로 안내하기도 하고, 전혀 문제없는 길을 통과하지 못하는 길로 인식하여 엄청난 거리를 우회하도록 만들기도 합니다.

미국에서 구할 수 있는 트럭용 GPS 메이커는 크게 두 개로 하나는 Garmin 그리고 또 하나는 Rand McNally 입니다. 보통 두 제품 중에 하나를 사용하죠. 트럭스탑에서 쉽게 구입할 수 있습니다.

저는 7년째 Garmin 제품을 사용하고 있습니다. 세월이 지나다 보니 이놈이 요즘 맛탱이가 가고 있네요. 뒤 전원 버튼을 감싸고 있던 고무가 날아가 버렸고, 안내 사운드가 나오다 말다 합니다. 이 직업을 언제까지 할지 모르겠는데, 이걸 또 새로 사야 할지 말아야 될지 고민되는 요즘입니다.