REPORT #8. 原子, 光子, 素粒子

☆ 1) 原子 (Atomos )

1-1. 용어 정의

원자는  물질들을 구성하고 있는 기본 입자입니다. 용어의 본래의 뜻에서 말하면 물질의 궁극적 입자를 가리킵니다. 원자를 뜻하는 atom이라는 말도 그리스어의 비분할(非分割)을 의미하는 atomos에서 유래합니다. 따라서 원자가 단일하고 불가분(不可分)한 입자가 아니고 복잡한 구조를 가진다는 것이 밝혀진 오늘날에는, 원자라는 말이 가진 본래의 뜻은 없어지고, 소립자(素粒子)라는 한 무리의 입자가 물질의 궁극입자로 연구되고 있다. 그러나 이런 사실은 원자 단계에 있어서의 물질구조연구의 중요성이 낮아진 것이 아니고 오히려 물리학의 주요 과제가 되었다. 그리고 원자는 subatomic particle이라고 불리 우는 양성자, 중성자, 전자로 구성되어 있습니다.  즉 물질을 쪼개어 나갈 때, 그 최소단위가 무엇인지를 알기 위해 도입하는 용어입니다. 과거에는 더 이상 쪼갤 수 없는 최소단위가 원자인줄 알았으나 현대물리학의 발전으로 원자를 구성하는 입자들이 발견되면서 이러한 정의는 폐기되었고, 현재로서는 양성자, 중성자, 전자등의 subatomic particle로 구성된 것을 뭉뚱그려 원자라고 이야기 합니다.

다른 정의는 원자를 원소의 특성을 지닌 최소입자라고 이야기 하는 경우도 있습니다. 이 경우 원소의 개념을 도입해야 합니다. 원소는 세상을 구성하는 기본물질이 무엇인지 알고자 하는 욕망에서 비롯되었습니다. 즉 이세상은 복잡해 보이지만 실제로는 단순한 몇 가지들이 섞이거나 뭉쳐서 만들어진 것이라고도 합니다.

옛날의 4원소설이니, 연금술사들의 3원소설이니 모니 하는 것은 전부 이 세상을 구성하는 물질들에 관한 이야기 입니다. 분석이 발전하면서 현재까지 이세상의 모든 물질들은 결국 118개 정도의 기본 물질(실제로 존재하는 것 + 인간들이 만들어 낸 것.)로 구성되어 있음을 알아내었습니다. 이 기본 물질들을 원소라고 부르지요. 즉 3개나 4개가 아니라 이 세상을 구성하는 성분이 118개 정도이고 이것들이 섞여서 우리 눈에 보이는 물질들을 만든다. 이런 이야기입니다. 이 원소들은 서로 간에 다른 특성(전기음성도니, 금속성이니 하는 것들)들을 지니고 있습니다. 그런데  이런 원소들의 특징을 유지한 채, 그 원소를 그냥 칼로 자른다고 생각해보세요. 계속 잘라나가다 이 원소의 특성이 없어지기 바로 직전까지 자르면 나오는 게 원자라는 겁니다. 이런 식의 해석은 원소의 성질에 기반한 것이라 때로는 유용할 수도 있습니다.

재미있게도 원소는 기본적인 물질이지만 동일한 종류의 원자로만 구성된 것은 아니랍니다. 즉 원소를 쪼개어나가다 보면 서로 다른 종류의 원자가 나올 수도 있습니다. 아까 원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어졌다고 했는데, 양성자와 전자수는 같지만, 중성자수가 다른 원자들이 발견 되었지요.. 실제로 물질들의 반응을 결정하는 대부분의 요인들은 전자에서 나옵니다. 따라서 전자수가 같으니 물질로서의 성질은 거의 동일하고 같은 원소로 인식이 되지만요, 원자의 기준으로 볼때는 중성자수가 다르기 때문에 엄연히 다른 원자입니다.  이런 원자들, 즉 동일한 원소에 속하지만 중성자수가 다른 원자를 동위원소라고도 하지요..

마지막 예를 하나 들어보지요 .Ar이라는 기체가 있습니다. Ar기체를 22.4리터를 모았어요. 이때 이 안에 Ar원자가 몇 개 있냐고 물으면 6*10의 23개가 있다고 합니다. 그렇지만 원소는 몇 개냐고 물으면 하나밖에 없죠.Ar의 성질을 나타내는 것은 여기서 Ar하나 뿐 입니다.

정리하자면 원자는 칼로 쪼갤 수 있는가 없는가의 개념이고, 원소는 이 세상을 구성하는 가장 기본적인 물질은 무엇인가라는 의문에 대한 대답입니다.

☀ 우리가 원자를 설명할 때, 소립자 원자구성 을 알면 우주의 원리를 바로 알 수 있으므로 현대과학으로 일중일체를 설명합니다.

- 1803년 영국 과학자 달턴은 원자가 무리지어 분자단위를 이루는 것을 알았으며,

- 1932년 제임스채드윅은 원자핵이 양성자 와 또 질량은 같지만 전자를 띠지 않는 중성자를 포함한 사실 밝혀 노벨상을 받았다.

☀ 원자내 전자란?

중력보다 훨씬 강하다. +, - 사이에 인력이 작용하고. 음의 전자와 원자핵 속에 양으로 된 양성자 사이에서 발생하는 전자기적 인력이 전자로 하여금 원자핵 주위를 돌게 한다. 이는 중력이 지구를 태양 주위를 돌게 하는 것과 같다.

이외 광자란 전자기력이 있으며 전기력 자기력외 핵력이 있다. 이는 1967년 와인버그살담 이 밝힌다.

☀ 강한핵력은?

양성자 중성자속에 있는 쿼크들을 하나로 묶고 양성자와 중성자를 원자핵 속으로 결합시켜준다.

양성자는 적색 녹색 청색이 있다. 이것이 결합되면 흰색 이란 양자나 중성자로 구성된다. 이지구상의 물질은 양성자와 중성자로 이루어졌고 이것은 다시 쿼크 로 구성된다.

출처: 무위정사 조회 97 |추천 0 | 2008.04.03. 20:12

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1-2. 원자구조 [原子構造, atomic structure

[출처] 원자구조 [原子構造, atomic structure ] | 네이버 백과사전

☀ 요약 :

원자핵과 핵 바깥의 전자를 구성요소로 하는 원자의 내부구조이다. 이 때, 핵 바깥의 전자의 상태는 오비탈함수로 주어진다. 전자의 에너지준위는 다양하지만 보통 바닥상태를 기준으로 원자구조를 표현하며, 전자의 양자역학적 상태는 주양자수, 방위양자수, 자기양자수와 스핀양자수의 조합으로 결정된다.

[출처] 원자구조 [原子構造, atomic structure ] | 네이버 백과사전

보통은 원자핵을 ＋Ze(Z는 원자번호, e는 전기소량)의 전하를 가지는 점전하(點電荷)로 보고, 이것이 만든 정전기장 속에 Z개의 핵외전자가 운동한다고 본다. 따라서 원자구조는 핵외전자의 양자역학적 상태, 즉 파동함수 또는 오비탈함수로 주어진다.간단하게는 각각의 전자가 핵과 다른 전자들이 만들어내는 평균적인 중심력장(中心力場) 안을 독립적으로 운동한다는 근사 개념을 써서, 이와 같은 1전자준위로서 가능한 준위(원자오비탈함수)를 에너지적으로 낮은 준위로부터 차례로 차지해나간 경우의 Z개인 전자의 상태배치의 전체로서 구조를 나타내는 방법이다. 따라서 보통 표시되는 원자구조는 그 원자의 바닥상태에 대응하는 전자배치로 되어 있다. 원자 내와 같은 중심력장 안에서의 전자의 양자역학적 상태는 정수값을 취하는 3종류의 양자수(量子數), 즉 주(主)양자수 n, 방위(方位)양자수 l, 자기(磁氣)양자수 m과 반정수(半整數)인 스핀양자수 s의 조합으로 결정된다. 단, n은 1, 2, 3,…인 자연수이며, 이 n에 대하여 다른 양자수가 취할 수 있는 양·음의 정수값의 범위는 각각 0≤l≤n－1, －l≤m≤l, s＝±1/2이다. 이들 전자의 에너지는 대체로 n과 l만으로 결정된다. n과 l이 결정된 상태, 즉 동일에너지 준위에 있으면서 m과 s가 다른 상태의 수는 2(2l＋1)개 있으며, 이들을 (n, l)각이라 한다. (n, l)각에 속하는모든 상태, 즉 2(2l＋1)개의 상태에 전자가 1개씩 다 들어간 상태를, 전자가 폐각을 이룬다고 한다. (n, l)각의 표시는 관습에 의해 n은 1, 2, 3,…으로 l은 0, 1, 2, 3,…에 대해 s, p, d7 f7…로 쓰는 것이 보통이다. 따라서 (1, 0)각은 1s로, (2, 0)각은 2s, (2, 1)각은 2p, (3, 0)각은 3s, (3, 1)각은 3p, (3, 2)각은 3d, (4, 0)각은 4s 등으로 표시한다. 원자의 바닥상태는 4개의 양자수, n, l, m, s에 의하여 정해진다.   그리고 한 양자상태에는 1개의 전자만이 들어갈 수 있다는 파울리의 배타원리에 의해 가장 낮은 에너지준위부터 차례로 1개씩의 전자를 넣어 줌으로써 얻어진다. 따라서 일반적으로 원자구조는 몇 개의 폐각구조와 미완성인 전자각에 의해 구성되어 있다. 그 기법으로는 순서대로 한 줄로 늘어놓은 전자각의 어깨에 그 각 속에 들어 있는 전자수를 작게 쓰고 있다.11개의 핵외전자를 가지는 나트륨원자의 구조는 (1s)２(2s)２(2p)６(3s)１로 쓰게 된다. 실제로 원자스펙트럼의 연구에서 추측되는전자의 에너지준위를 채우는 방법에는 이와 같은 순서가 맞지 않을 때가 있다. 예컨대, 4s각에 3d각보다 전자가 먼저 들어간다거나 5s각에 4f각보다 먼저 들어간다든지 한다.이것을 고전적인 전자오비탈의 모형으로 설명한다면, n이 같으나 l이 큰 오비탈은 오비탈의 장축이 같으나 이심률(離心率)이 커져서 다른 전자오비탈을 관통하여 핵에 접근하기 때문에, 핵의 강한 인력을 받게 되어 낮은 에너지가 된다는 것이다.?   [출처] 원자구조 [原子構造, atomic structure ] | 네이버 백과사전

☆ 2) 광자

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2-1. 광자의 의미

광자(光子:Photon)란 빛의 소립자를 말하는 것으로 창조의 질료(質料)가 되는 원자(原子)보다 더 작은 미립자이며 가변성을 지니고 파동의 형태로도 우주에 존재하는 빛 에너지이다. 

 그러므로 우주는 '하느님의 재료'인 창조의 모체가 되는 광자의 바다라고 할 수 있으며 원초적인 질료로서  수동적으로 사용되어지길 기다리며 존재하는 무한 에너지라고 할 수 있다.

※ 웹스터(Webster) 사전 : 광자란 미립자(微粒子)와 파동(波動), 양쪽의 성질을 지니고 있는 전자기적(電磁氣的) 에너지의 양자(量子)이다.

이것은 전하(電荷)나 질량도 가지고 있지 않으나, 운동량과 에너지를 소유하고 있다…….

빛의 에너지, X-레이, 감마선(Gamma Ray) 등은 광자들에 의해서 운반된다.”

2-2. 광자의 속성

1) 물질세계에서는 가장 기본이 되는  ‘신의 재료’이며 광자들의 순수한 특성과 힘은 대천사 레벨(창조주의 아들)의 가장 높은 의도적 상념에 의해 영향을 받게 되면, 광자들의 낮은 진동 주파수로 이루어진 잠재적세계가 구체적으로 물질화되고 현실화되어 펼쳐진다.  그러므로 존재하는 모든 것들이 나름대로 어떤 수준의 의식(意識)과 에너지,  이 두 가지를 지니게 된다.

2) 전체를 구성하는 이들 지혜를 지닌 작은 요소들을 하나의 의지와 목적을 가지고 빽빽이 채워 집중했을 때 그것들이 성장하여 배울 수 있고, 또한 다른 것에 의해 감명을 받을 수도 있다.

그것들은 진화할 수가 있고, 팽창할 수도 있다. 비록 인간이 육체라는 굳은 형태 속에 있긴 하지만, 인간 종족은 그러한 입자들과 매우 비슷하다.

3) 3차원 물질계에서 일컫는 과학적 법칙은 단지  신(神) 또는 사랑이라고 부르는 우주보편적인 광자의 특성이 여러 가지로 나타난 것에 지나지 않으며 3차원의 의식에 적합한 여러 제한적인 측면과 특성들을 가진다.

그러나 현재 현실계(3차원계)보다 상위(上位)에 존재하는 정묘하면서도 강력한 높은 차원 계들에서는 생각하는 것만으로 즉각 창조 현상이 일어나는 민감한 세계들이 있다.

4) 광자의 변천은 도넛(Donut)이나 담배연기 고리와 유사한 고리 형태의 입자 상태에서 그 다음에는 전기와 자기(磁氣)의 힘을 모두 내포한 파동의 형태로 분해된다.

그러나 이 두 가지 힘이 전기적이고 자기적인 두 가지 양상으로 분리되어 자체적으로 와해되었을 때, 그 파동은 원상태로 복구되어 입자 상태인 도넛 형태로 되돌아간다.

즉 우주 공간을 통해서 작용하는 광자의 운동은 입자의 상태와 파동의 상태 간을 번갈아 오가며 전환된다.

 2-3. 광자의 활용

1) 빛, 열, 무선통신(소리), 비가시적인 X-레이, 감마선, 심지어 지구상의 TV 화면의 영상과 같은  모든 전자기적인 특성들 모두가 빛 또는 광자들의 미립자들 내지는 파동의 형태적 특질에 지나지 않다.

심지어 모닥불을 피우거나 전구 빛을 밝히기 위해  전기를 켜는 것 등의 간단한 행위에 의해서도 광자는 발생될 수 있다.  예로 전구에서 1초(秒)당 발생하는 광자들의 활동 비율은  초당 약 1조(兆) 사이클로 작용하는 가시광선(可視光線) 같은 것에 비교하자면 극히 미미한 정도이다.

2) 인류의 다양한 집단들은 이미 광자들을 원자적 수준에서 사용하기 시작했고, 광자들은 더욱더 빈번히 물질세계에 대한 영향을 미치고 있지만 인류보다 훨씬 뛰어난 정신력과 조건을 지닌 존재들 역시 활동하고 있음을 결코 망각해서는 안 된다.

3) 높은 단계의 차원들에서는 대천사들이나  많은 다른 존재들이 그들의 정밀하면서도

순수한 마음의 힘으로 행성들과 별들, 천체(天體)들의 물질세계를 창조한다.

광자의 미립자들을 특정한 패턴(Pattern)으로 결집시켜 조직하는 이와 같은 강력한 의도적 상념 작업은 오직 가장 순수한 존재들에게만 맡겨진다. 또한 수많은 차원들과 세계들에서 자연법칙과 강력한 인과법칙을 생성케 하고 있다.

2-4. 빛보다 빠른 ‘타키온’

1) 지구상의 과학자들이 20세기 중반에 와서 만들어낸  또 다른 용어는 ‘타키온(Tachyon *)’인데 이것은 광자들이 낮은 물질세계로 들어올 때 광자들과 공동으로 작용하는, 주로 4차원에 존재하는 별개의 에너지이다.

2) 4차원에서 타키온과 광자는 이 느린 물질적 밀도 속에서 함께 움직이는 길동무와도 같다. 광자의 무리로 하여금 그 형태가 변형되는 2단계의 작용을 겪도록  야기하는 빛의 속도를 깨뜨리는 것이 바로 타키온이다.

2-5. 광자와 원격이동 관계

(운영자 설명: ‘광자’는 지구의 소수 최첨단과학자들이 연구하고 있으며,  ‘원격이동’은 천상문명세계의 기술과학이므로 운영자 나름대로 추론해 보겠습니다.)

 1) 광자가 입자와 파동(진동)으로 존재하면서 가변성을 지니고 있다는 특성으로 인해 3차원 물질계에서 작용할 때에 그 일정한 형체와 진동수를 지니고 있으면서 다양하게

변화될 수 있다는 점을 주지할 필요가 있다.

2) 빛보다 빠른, 즉 광자의 파동보다 더 빠른 타키온이 촉매제의 역할을 하도록 응용하여 과학과 기계적인 결합으로 컴퓨터 시스템에서 작동하도록 프로그램화할 수 있을 것이다.

3) 우주에 존재하는 모든 것의 최소 단위는 ‘광자’이므로 인간의 몸체도 위의 b의 시스템에서 작용할 수 있도록 기술적인 조치를 취한다면 빛의 소립자가 그 기초 구성물인 인체는 광자에 의한 형체의 변환과정을 거쳐서 빠르게 위치 이동도 가능하며 그 후에 원래의 모습대로 되돌아갈 수도 있을 것이다. 그래서 우주문명세계에서 특수한 상황의 운송수단으로 순간적으로 이루어지는 ‘원격이동’ 원리가 여기서 나오는 것임을 추측할 수 있다.

4) 3차원 물질체인 인체(人體)에 파동수(진동수: 진동주파수)를  높여준다면 고차원의 기술과학인 순간적인 ‘원격이동’은 무리 없이 쉽게 이루어질 것이다. 그렇다면 인체의 진동수를 높이는 방법으로 우선 강력한 빛 에너지인 ‘광자’를 인체에 쏟아부어주는 (주입) 작업은 ‘광자 에너지’를 충전시켜주는 일이다.

5) 우주적인 정보에서 현재 지구에 강력한 광자 에너지의 충전,  즉 ‘빛 에너지’가 쏟아지고 있는 시기 (종교적인 표현으로 ‘은총의 시기’)라고 말하는 이유는,  3차원의 행성인 지구와 인간이 함께 4차원을 거쳐 5차원으로  차원 상승하게 하려는 신의 계획이 진행 중이라는 뜻이다. 

☆ 3)소립자론 (素粒子論 theory of elementary particle) 3-1. 물질의 궁극이라 여겨지는 구성요소와 그 궁극요소의 운동을 연구하는 학문. 소립자론이라는 말은 이론적 연구에 한정해서 사용되며, 이것에 실험적 연구까지 합쳐 소립자물리학이라 한다. 소립자론은 자연계의 가장 보편적인 구조와 법칙을 대상으로 하기 때문에 물리학의 기초를 이루는 중요한 연구 분야이며, 또한 근대수학과의 관계도 깊다.

3-2. 소립자론이 생기기까지 근대과학으로서의 물리학이 원자론적 입장에서 물질 구조의 문제를 취급하게 된 것은 비교적 근년의 일이다. 즉 소립자론의 자연철학적 원류는 멀리 그리스시대로 거슬러 올라갈 수 있지만, 실증적 과학의 범위에서는, 물질 조성에 관한 과학은 오히려 중세 연금술에서 비롯되었다고도 할 수 있는 화학의 영역에서 먼저 시작되었다. 그리고 A.L. 라부아지에로부터 시작되어 J. 돌턴에 이르러 확립된 원자론이나, D. I. 멘델레예프의 원소속성주기율의 발견 같은 성과도 그 시대에 있어서는 물리학상의 진보라고 인정받지 못했다.

당시 물리학은 역학의 기본법칙에 기초를 두고 임의의 물질계 운동과 그것에 관한 여러 개념을 다루는 것이라고 보았으며, 자연계의 여러 현상을 될 수 있는 한 넓은 범위에 걸쳐 체계적으로 설명하려는 학문으로 간주했기 때문이다.

이윽고 빛과 전자기현상의 연구가 진전되어 패러데이-맥스웰의 이론이 완성되었고, 또 음극선의 본체로서 전자(電子)가 발견된 것을 계기로 물리학의 관심은 이들 전자기장이나 전자와 같은 구체적이고 보편적인 대상 자체에 대한 연구로 향하게 되었다. H. A. 로렌츠의 전자론은 물리학의 이러한 새로운 방향을 제시한 것이라 할 수 있다.

또 L. 볼츠만에 의해 열역학의 통계역학적 기초가 세워진 것과 20세기 초기 X선과 방사능의 발견 등은 원자론에 대한 새로운 관심을 물리학에 집중시켰다. 또 빛의 입자성과 전자의 파동성이 발견되고 N. H. D. 보어의 원자모형을 기반으로 양자역학이 성립되자 원자론은 화학적 원자의 개념을 넘어서 초미시적 세계의 역학법칙에 의해 이해되는 과학적 이론으로서 완성되었다. 이것에 의해 자연의 여러 현상을 통일적으로 이해하여 객관적 자연으로서 원자를 파악하는 일은 개별 물질의, 보다 보편적인 자연의 구성단위의 발견과 밀접히 결부되어 있다는 인식이 물리학 내부에 정착되어 왔다.

A. 아인슈타인에 의한 상대성이론의 발견은 물질 운동의 준거가 되는 시간·공간 그 자체의 성질이 물리적 시공간으로서 자연이 제시하는 객관적 법칙에 의해 규정되어야 힘을 명백히 하였다. 일반상대성이론에 이르러서는 물질과 시간·공간은 이제 시간·공간이 물질을 담는 용기로서 존재하는 것이 아니라, 양자가 서로 규정해 나가는 방식을 정하는 요인으로서 중력의 본질을 받아들이게 된다. 3-3. 원자핵에서 소립자까지 원자 구조에 관한 양자역학적 이론의 확립을 발판으로 물리학의 목표가 원자핵에 대한 연구로 향하게 되었다. 1930년대 초까지 모든 원자핵은 각각 일정 개수의 양성자와 전자에 의해 조립되어 있다고 믿어 왔다. 따라서 자연의 궁극적인 구성단위는 양성자·전자·광자의 3종류뿐이라고 생각되었다.

그러나 32년에 새로이 중성자(中性子)가 발견되고, 전자가 아니라 중성자가 양성자와 함께 원자핵의 구성단위임이 밝혀지게 된 것을 계기로 중성미자가설(中性微子假說;뉴트리노가설)을 이용해 원자핵의 β붕괴현상이, 또 중간자가설 도입에 의해 핵력(核力)이, 모두 장(場)의 양자론에 근거하여 이론적으로 설명되었다. 이렇게 하여 여러 가지 원자핵의 배후에 숨어 있는 보다 보편적인 일련의 물질의 존재가 인식되었다.

이것은 이러한 입자를 일반적으로 소립자라고 부르게 된 35년 무렵부터이다. 앞의 3종류의 물질(양성자·전자·광자) 외에 새로운 것이 가해졌다고는 하나, 비교적 적은 종류의 이들 물질과 그 상호작용에 의해 물리적 자연을 통일적으로 파악할 수 있다고 기대하였던 의미에서, 이것들을 만물의 바탕으로서 소립자라 부르게 된 것이다. 소립자론이라는 말도 거의 이 시기에 성립되었다.

3-4. 소립자와 그 상호작용 소립자와 그 상호작용을 기술하는 이론은 상대론적인 장의 양자론이다. 이 이론에 의해 여러 가지 소립자의 속성, 즉 질량, 스핀, 스핀과 통계성과의 관계 외에, 소립자의 반응에서 나타나는 각종의 보존법칙과, 이것과 결부된 소립자의 전하, 그 밖의 양자수가 규정된다. 그리고 만약 자연계에 어떠한 종류의 소립자가 존재하며 어떠한 상호 작용 하에 있는가를 안다면(또는 가설로서 주어지면) 이들 소립자에 관련된 물리량을 계산으로써 구해 실험과 비교하는 것이 원리적으로 가능해진다.

그런데 실제로는 장의 양자론은 양자전자기학이라 불리는 특별히 잘 알려진 예를 제외하면 실험결과의 정량적 이해를 포함한 그 타당성을 증명하는 일이 어려울 뿐만 아니라, 소립자에 임의의 상호작용을 도입하면 때때로 피할 수 없는 수학적 곤란을 일으키기 때문에 장의 양자론 자체에 본질적인 내부모순이 있다는 견해가 옛날부터 주장되어 왔다. 덧붙여 1950년 무렵부터 실험에 의해 새로이 여러 소립자가 발견되고, 강한상호작용을 하는 소립자(강입자라 총칭)의 종류는 점차 증가해 100종류까지 달하게 되었다.

이 때문에 이와 같은 다양한 소립자의 존재를 통일적으로 기술하는 원리가 장의 양자론에는 내재하고 있지 않다는 것과도 관련해서 소립자를 기술하는 이론으로서의 장의 양자론의 유효성에 대한 부정적 견해도 종종 강한 영향력을 가지고 제기되었다. 그러나 소립자의 약한 상호작용 및 강입자(hadron)의 존재양식과 강입자의 강한상호작용에 관한 지식은, 이 시기에는 아직 현상론적인 단계에 머물러 있었다. 그 후 실험적 지식의 집적과 여러 현상의 이론적 분석이 급속히 진전됨에 따라, 한편에서는 공간반전(空間反轉)의 불변성을 파괴하는 약한 상호작용의 형태가 점차로 명백해짐과 동시에 다른 한편에서는 강한상호작용의 영역에 있어서는 56년의 사카타[坂田]모형에서부터 64년의 쿼크모형의 제창을 거치며 강입자는 이미 소립자가 아니라, 이에 대체하여 색(色)이라 불리는 3성분의 전하(색전하)를 가진 몇 종류의 쿼크장이 공통으로 하나의 게이지장(색게이지장)과 상호작용함으로써 개개의 강입자가 구성된다고 하는 견해가 70년대 초에 확립되었다. 이러한 게이지장의 입자를 쿼크와 반(反)쿼크를 풀처럼 붙여서 강입자를 만드는 역할을 한다는 의미에서 글루온(gluon)이라 한다.

약한 상호작용도 1967년 S. 와인버그, 68년 A. 살람에 의해 밝혀진 바와 같이, 이 상호작용을 담당하는 장, 즉 약보존장을 게이지장의 형식으로 기술하여 이것을 전자기적 상호작용과 통일시킬 수 있게 되어 약한 상호작용이 <왜 약한가. 에 대해서는 약보존이 큰 질량을 가지기 때문이라고 이해되었다. 이것에 대해 강한상호작용이 <왜 강한가. 에 대해서는, 예를 들어 쿼크와 반쿼크 사이에 작용하는 힘을 글루온의 상호작용에서 도출해 보면, 이 둘이 멀리 떨어짐에 따라 무한히 강해진다는 특별한 성질을 가진다는 것으로써 설명된다.

3-5. 대통일이론 이렇게 해서 소립자를 현대적으로 정의해 보면 소립자는 쿼크나 경입자(lepton;강한상호작용을 가지지 않는 전자나 중성미자 등)와 같은 스핀 1/2의 페르미형 입자와 강·약-전자기적 상호작용을 부여하는 몇 종류의 게이지장(모두 스핀 1인 보즈형 입자)이며, 또 약-전자기적 상호작용의 게이지불변성의 자발적 붕괴를 일으키는 몇 개의 스핀 0인 입자 ‘히그스의 장’ 이라 한다.

다만 이것이 소립자인지 아닌지는 불명확하다)가 이것에 포함된다. 또 이 3종류의 상호작용이 모두 게이지불변성(더 정확하게 말하면 국소적 게이지불변성)의 원리로부터 이끌어내진 것에서 더 나아가 이 3종류를 단 한 종류의 상호작용으로 통일하려는 견해가 1974년 H. 조지와 S. L. 글래쇼에 의해 제기되었다. 이 이론에 의하면 팽창우주론에 따라 우주 초기에 물체가 초고온·초고밀도 상태에 있었을 때 모든 상호작용은 단일한 양상을 띠고 있었고, 그 후 우주팽창에 따른 냉각에 의해 진공이 상변화(相變化)를 여러 번 일으켜 상호작용의 분화가 진행되고 자유롭던 쿼크와 글루온은 가두어져 강입자를 만들어 현재 우리들이 알고 있는 물질세계가 형성되었다고 생각할 수 있다.

이 대통일의 상호작용은 쿼크와 경입자를 대등하게 보고 이것을 세대(世代)라 하는 표지로 분류하여, 각 세대의 쿼크와 경입자 사이에 각 세대 공통된 게이지장의 군에 의한 상호작용이 존재한다고 가정한다. 이와 같은 대통일 상호작용에서는 앞서 서술한 3종류의 상호작용 외에 쿼크와 경입자의 상호전화를 일으키는 상호작용이 나타나기 때문에 종래는 절대 안정한 소립자라고 여겨왔던 양성자조차 극히 장시간의 수명(10년 정도)을 가지고 붕괴한다고 예상된다.

3-6. 소립자론의 전망 앞서 서술한 대통일이론은 몇 가지 옳은 면을 포함하고 있다고 기대되어 그 실험적 검증이 주목되고 있지만, 동시에 많은 미해결의 문제도 남기고 있다. 예를 들면 이 이론에서 비교적 간단한 모형을 선택하면 양성자의 붕괴수명은 10년 정도이지만 현재까지의 실험에서는 이 수명의 하한이 10년 정도로서, 양성자붕괴의 확실한 예는 아직 발견되지 않았다. 또 이 이론에서는 10eV 정도의 무거운 자기 단극자가 우주팽창의 극히 초기에 생성된 것이 되기 때문에 그 일부는 안정한 입자로서 아주 미량이지만 우리들 주위의 물질 중에 포함되어 있다고 추측된다. 그 탐색이 몇몇 실험 팀에 의해 시작되었지만 아직 확실한 예는 없다. 자연계의 기본적 상호작용 중 가장 옛날부터 알려진 예로서의 중력을 대통일이론에 포함시키는 데는 대칭성에 대한 종래의 사고방식을 확장해서 초대칭성을 도입한 이른바 <초대칭-초중력 통일이론>을 만들어내야 한다.

한편 쿼크나 경입자의 세대를 나누는 근거에 대해서도 현재로서는 미해결이다. 또는 쿼크나 경입자도 소립자가 아니라 더 기본적인 요소로 환원되어야 할지도 모른다. 더 나아가 장의 양자론의 이론체계가 <플랑크의 길이(10㎝)>보다 작은 초미소한 시공간에서도 성립되는 것인지는 알 수 없다. 우리들이 살고 있는 물리적 시공간이 시간에 대해서 1차원, 공간에 대해서 3차원인 것을 어떻게 이해해야 할지도 알 수 없다. 최근 주목받고 있는 <초끈(superstring; 超絃)의 이론>에 의하면 물질의 가장 보편적 단위는 10㎝ 정도의 폭을 가진 끈 모양으로서, 이 초 미소영역에 가두어진 4차원의 시공 이외의 자유도도 이 현의 운동과 결부되어 있다고 한다. 이 이론도 마찬가지로 미완성의 요소를 많이 가지고 있지만, 어느 쪽이든 물질세계의 존재와 운동에 관한 가장 근본적인 물음에 대답하고자 하는 것이며, 앞으로 전개가 기대된다.

가져온 곳?: 신지식 >Daum 지식 글쓴이 : 콩쥐와 생쥐님| 원글 보기

2005-10-13 14:52 | 출처 : http://100.search.chol.com/cgi...

♡ 감사, 감사합니다. 총재님 덕에 공부할 기회를 주심에 감사드립니다.

편집 정리: 2010.11.20 鍊 岩 金 甫 佶