<제2수정판>Dissertation of Element Spirit

-영자 개론-

 

이 개론에는 필자가 흘린 수많은 땀과 노고가 깃들어져 있다. 아울러 과거 영자학 이론을 사랑해주셨던 수많은 독자들의 기대들 또한 충분히 부응할 수 있을 것이라고 필자는 굳게 믿고 있는 바이다. 지금까지 영자 개론이 나올 수 있도록 도움을 주셨던 수많은 카페 회원분들께 심심한 감사의 말씀을 표하며, 아울러 이 자리를 발려 앞으로도 영자 개론을 많이 사랑해주셨으면 하는 필자의 작은 소망 또한 토로해 보는 바이다.

 

 

이 영자 개론을 필자가 사랑했던 누나와 지금은 돌아가신 작은 아버님에게 바친다.

 

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3장. 영자적 우주의 탄생

 

 

 우주는 어떻게 탄생되었는가? 1948년. 미국의 물리학자 가모프는 우주는 초고온의 불덩이로부터 태어났다고 정의하였다. 이른바 [빅뱅 우주론]이라고 불리우는 이것은 우주의 비밀을 밝히는데 크게 성공하였으나, 한계성도 드러났다. 빅뱅이 어디에서 어떻게 시작되었는가에 대한 확실한 답을 낼 수가 없다는 것이 그 이론의 한계점이었다. 그러나 일반 상대성 이론과 양자론을 결합시킨 [앙자 중력 이론]이 제시되면서 빅뱅의 근원에 대해서도 어느 정도 설명이 가능해졌다. 영자학적 관점에서 바라본 우주의 탄생. 그것은 무엇인가?

 

 

1. 우주는 반영자의 바다에서 탄생하였다.

 

우주는 어디에서 어떻게 탄생하였는가? 최근의 우주론은 이러한 질문에 대하여 [우주는 무에서 태어났다.]라고 밝히고 있다. 비렝킹에 의해서 만들어진 [무에서의 우주 창생론]이 주장하고 있는 바에 따르면 ‘무’란 시간, 공간, 물질, 에너지가 없는 상태라고 정의하였다.

 

 

 비렝킹이 정의한 [무]란 영자적 진공의 유상을 뜻한다. 실수와 허수의 교집합이 없고 서로가 서로의 여집합인 것처럼, 영자와 반영자는 교집합이 없고 서로가 서로의 여집합이기 때문에 영자적 진공의 유상. 즉 반영자의 바다에서는 영자의 시간, 공간, 물질, 에너지가 존재하지 않았고 오로지 반영자만의 에너지와 시간, 공간, 물질만이 존재하였다. 이렇게 태초에 존재하였던 반영자의 바다를 영자학에서는 [세피라:Sephira]라고 부른다.

 

 

 양자론적인 생각이나, 혹은 디렉 방정식에 의거하여 생각해 볼 때, 영자적 에너지라고는 전혀 존재하지 않는 [무]의 공간에서는 무한에 가까운 반영자의 바다가 존재하고 있었으며, 에너지 값이 정해지지 못한 이들은 부단히 요동하고 있었다.

 

 

비렝킹은 이 요동하고 있는 [무]에서, 진공의 에너지가 높은 상태에 있는 초마이크로 우주가 터널 효과에 의해 돌연 탄생하였다는 것을 보여 주었다.

 

 

 

*터널 효과

 

극미 세계의 입자는 매우 짧은 시간에 에너지의 벽을 뚫고 지나갈 수 있다. 이렇게 극미 세계의 입자가 짧은 시간 동안 에너지의 벽을 뚫고 지나가는 것을 터널 효과라고 한다. 터널 효과는 컴퓨터의 IC를 흐르는 전자의 제어에 활용되고 있다.

 

 

 영자학에서 바라보는 우주의 탄생 역시 마찬가지이다. 시간이나 공간, 에너지가 특정한 영자적 값을 취하지 못하고 반영자적 에너지로서 부단히 요동하고 있었던 진공에서 영자적 시간, 공간, 물질, 그리고 에너지도 0인 영자적 진공의 유상에서 반영자적 에너지의 벽을 뚫고서 유한한 영자적 에너지 값과 길이를 가진 우주가 터널 효과에 의해서 돌연 태어나게 되었다.

 

 

반영자적 벽을 터널 효과에 의해서 뚫고 태어난 영자의 우주는 3차원의 끝이 없는 닫힌 공간을 가지게 되었다. 비렝킹은 우주가 터널 효과로 태어날 수 있는 확률을 계산하였다. 그 결과, 영자의 우주가 작으면 작을수록, 또한 반영자의 에너지가 크면 클수록 우주가 태어날 확률이 높다는 것을 알게 되었다. 우주 팽창의 원인이었던 반영자의 에너지는 정차원의 유한의 공간에 가둬짐에 따라서 영자의 우주를 탄생시키는 방아쇠이기도 하였던 것이다.

 

 

2. 우주는 급격한 팽창, 인플레이션을 일으켰다.

 

터널 효과에 의해서 태어난 우주는 지름이 10의 34승 밖에 되지 않는 소립자보다도 작은 초미니 우주였다. 그러나 이 초미니 우주는 높은 반영자적 에너지를 지니고 있었다. [아직 영자가 생기지 않았다.] 영자적 차원에 존재하는 반영자적 에너지는 아인슈타인의 우주항과 마찬가지로 반발력이 되어 영자적 차원의 공간을 급격히 팽창시켰다. 이것이 바로 우주의 인플레이션이다.

 

 

인플레이션 팽창은 빅뱅 팽창보다도 훨씬 격렬하다. 이를테면, 지름 1mm인 구슬이 인플레이션 팽창을 일으키면 1초의 1조분의 1의 1조분의 1의 100억 분의 1의 사이에 1000억 광년의 크기로 커지게 될 것이다. 갓 태어난 초미니 우주는 이러한 반영자적 에너지의 반발에 의해서 갑자기 거대한 우주로 진화한 것이다.

 

 

비렝킹에 따르면 우주는 터널 효과에 의해 무(반영자)에서 갑자기 태어났다. 이러한 영자적 우주는 소멸하고 다시 반영자의 바다의 형태로 되돌아 가는 일은 없는 것일까? 비렝킹은 일단 우주가 태어나면, 소멸되어 반영자의 바다로 되돌아가는 쪽보다도 인플레이션을 일으켜 팽창하는 쪽이 우주의 퍼텐셜 에너지를 낮춘다는 것을 발견했다.

 

 

자연은 언제나 에너지가 낮은 상태로 옮겨간다. 그러므로 우주는 일단 태어나면, 영자의 차원에 가둬진 반영자의 반발에 의해서 인플레이션을 일으키고 매크로 우주로 진화하게 되어 있는 것이다.

 

 

*퍼텐셜 에너지와 인플레이션

 

우주는 터널 효과에 의해 유한한 크기를 가지고 갑자기 태어났다. 비렝킹은 여기에서 우주 전체의 퍼텐셜 에너지를 생각했다. 우주의 퍼텐셜 에너지는 지상의 위치 에너지와 비슷하다. 위치 에너지는 중력이 약한 산 위보다 중력이 강한 지면 쪽이 작다. 그래서 바위는 당연히 에너지가 낮은 쪽을 향하여 산에서 굴러 떨어지게 된다. 우주에서도 이와 비슷한 일이 일어났다.

 

 

우주의 퍼텐셜 에너지는 우주의 반지름이 커질수록 작아진다. 태어난 지 얼마 안된 우주는 소멸되는 것과 인플레이션을 일으키는 것 중에서 우주의 퍼텐셜 에너지를 낮출 수 있는 인플레이션을 일으켰다. 인플레이션은 바로 우주가 낮은 퍼텐셜 에너지 상태로 바뀌도록 만든 사건인 셈이다.

 

 

3. 부모 우주에서 무수한 자식의 우주가 생겨나게 되었다.

 

인플레이션 중에도 우주에서는 반영자의 상전이가 일어났다. 퍼텐셜 에너지가 고에너지에서저에너지로 흐르듯이 높은 에너지의 낡은 반영자의 유상이 낮은 에너지의 새로운 반영자의 유상으로 이전하는 것이다. 이것은 물이 0도를 경계로 하여 에너지가 낮은 얼음으로 상전이를 하는 것과 비슷하다.

 

 

*낡은 반영자

 

허차원적인 의미에서의 시간이 지남에 따라, 정차원에 있어서는 계측이 불가능한 [영자적 진공 상태]에서 발생하는 시간 에너지의 차이에 의해서 생겨나는 새로운 것과 낡은 것에 대한 개념 

 

 

 

상전이는 우주 전체에서 한꺼번에 일어나는 것은 아니다. 물이 얼 때도 먼저 작은 얼음의 핵이 생기고 그것이 차츰 커져 간다. 우주의 상전이도 비슷한 방법으로 진행되었다. 우주의 낡은 반영자의 유상 속에서 새로운 반영자의 거품이 차례로 탄생하였다.

 

 

 여기에서 우주에 극적인 일이 일어난다. 새로운 반영자의 거품에 밀려서 찌부러지게 된 낡은 반영자의 영역이 영자적 차원의 유한한 공간에서 찌부러지게 됨으로써 작용-반작용 법칙에 의한 반발력에 의해서 유한한 공간 속에서 짜부라져 있던 낡은 반영자의 영역이 인플레이션을 일으켜 또 다른 [자식 우주]로 진화하게 되는 것이다.

 

 

부모 우주와 자식 우주는 반영자의 거품 자체가 틀리기 때문에 영자적 구성원이 전혀 다른 우주로 변화하게 되는데 이들은 웜홀에 의해서 연결되어 있었다.

 

 

자식 우주도 인플레이션을 일으켜 상전이하므로 자식 우주에서도 새로운 손자 우주가 태어나게 되었다. 이렇게 하여 부모 우주가 하나 만들어지면 영자적 구성원이 제각각 다른 무수한 자식 우주와 손자 우주가 탄생하게 되었다. 이것을 [우주의 다중 발생]이라고 한다.

 

 

*우주의 다중 발생

 

한창 인플레이션을 일으키고 있을 때, 우주는 반영자의 상전이, 이른바 진공의 상전이가 일어난다. 상전이는 한꺼번에 일어나는 것이 아니라 낡은 반영자 안에 새로운 반영자의 작은 거품이 먼저 태어난다.

 

 

새로운 반영자의 거품은 빠른 속도로 팽창해 가게 되며, 새로운 반영자의 거품이 낡은 반영자의 영역을 눌러 찌부러지게 하면 낡은 반영자의 영역은 유한한 공간에서 찌부러짐에 따라서 작용-반작용의 원리에 의해서 유한한 공간을 강하게 밀게 된다. 이렇게 해서 낡은 반영자의 영역은 유한한 공간을 강하게 밀어 팽창시키는 인플레이션을 일으킨다.

 

 

인플레이션에 의해서 생기는 것은 영자적 구조 자체가 다른, 영자적 인과 관계가 없는 자식 우주인데, 이 두 우주는 웜홀에 의해서 연결되어 있었다. 새로운 반영자의 유상이 낡은 반영자의 유상을 모두 덮어 버릴 때, 낡은 반영자의 유상에서 방출된 어마어마한 양의 에너지가 유한한 차원의 벽의 특정 부위에 응집되면서 차원의 벽이 찢어지면서 낡은 반영자의 유상이 블랙홀로 변하게 되었다.

 

 

웜홀에 의해서 연결되어 있던 영자적 구조가 서로 다른 몇몇 우주는 상전이의 시점 차이에 의한 시공의 단절로 인해서 분리되게 되었으며, 분리된 자식 우주는 또다른 어미 우주가 되어 무수히 많은 자식 우주와 손자 우주를 탄생시켰다.

 

 

4. 상전이로 풀려 나온 영자적 에너지가 우주를 불덩이로 바꿨다. [빅뱅]

 

 

영자적 우주의 공간과 시간은 양자 중력 효과에 의해 반영자에서 태어났다. 그렇다면 우리들의 몸이나 별들을 구성하고 있는 영자는 언제, 어떻게 만들어진 것일까?

 

 

우주는 태어나자마자 반영자의 에너지에 의해 인플레이션을 일으킨다. 이 때 급격히 팽창하는 것은 높은 에너지를 가진 낡은 반영자다. 결국, 인플레이션을 일으키고 있는 우주 속에는 낡은 반영자의 높은 에너지가 대량으로 저장되어 있는 것이다.

 

 

진공이 상전이를 일으키게 되어, 낡은 반영자가 새로운 반영자의 거품으로 변하게 되면, 그러한 일련의 과정 속에서 낡은 반영자의 에너지가 영자적 에너지의 형태로 방출되게 된다.

 

 

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이해가 되질 않죠? 언제는 반영자적 에너지는 실차원의 에너지가 아니라면서 상전이 과정에서 실차원의 에너지 형태로 방출되고....... 자아....... 친절하게 설명해드리겠습니다.

 

낡은 진공은 곧 허차원의 부에너지를 뜻하며, 이것은 곧 반영자적 에너지를 뜻하기도 합니다. 단! 반영자적 에너지와 영자적 에너지의 차이는 에너지의 값이 유한하냐 무한하냐에 달려 있는 것입니다. 즉 실차원의 관점에서 에너지 값이 계측할 수 없을 정도로 무한하거나, 혹은 아예 에너지 값이 없으면 반영자적 에너지가 되는 것이고, 실차원의 관점에서 에너지 값을 계측할 수 있으면 그것은 곧 영자적 에너지가 되는 것입니다.

 

낡은 진공은 위에서 몇 차례 언급했듯이 에너지 값이 높습니다. 그렇지만 낡은 진공은 실질적으로 실차원의 관점에서 봤을 때 에너지 값이 무한대이기 때문에 계측하기가 힘듭니다. 자아...... 그럼 낡은 진공의 에너지를 한번 수로 표현해 볼까요?

 

[무한대+1]

 

무한대에 어떠한 수를 더해도 결국 결과는 무한대입니다. 그러니까 무한대에다 1을 더해서 무한대는 무한대이기 때문에 낡은 진공의 에너지를 위와 같이 표현할 수 있습니다.

 

자, 그럼 새로운 진공의 거품을 살펴 볼까요? 새로운 진공은 역시 위에서 언급했듯이 에너지 값이 낡은 진공에 비해서 낮습니다. 그렇지만 새로운 진공도 실질적으로 실차원의 관점에서 봤을 때 에너지 값이 무한대이기 때문에 계측할 수가 없습니다. 낡은 진공의 에너지를 수로 표현해 보면 어떨까요?

 

[무한대-1]

 

무한대에 어떠한 수를 빼도 결국 결과는 무한대입니다. 그러니까 무한대에다 1을 빼도 무한대는 무한대이기 때문에 새로운 진공의 거품을 위와 같이 표현할 수 있습니다.

 

자아...... 그럼 낡은 진공의 유상이 새로운 진공의 거품으로 상전이를 할 때 방출되는 에너지 값을 구해볼까요?

 

[무한대+1] – [무한대-1] =?

 

위의 식을 전개하면 [무한대-무한대] + [1+1]이 나옵니다. 무한대에서 무한대를 빼면 0이 되니까 패스하도록 하고....... 답은 2가 나오는 군요.

 

앗! 2는 우리가 흔히 볼 수 있는 자연수군요. 이럴 수가! 무한대에서 무한대를 빼니 정수가 나왔습니다. 그렇습니다. 반영자적 에너지의 값이 높은 낡은 진공이 반영자적 에너지의 값이 낮은 새로운 진공으로 상전이 하는 과정에서 방출되는 에너지는 반영자와 같이 실차원적인 관점에서 계측할 수 없는 무한의 부에너지가 아니라 영자와 같이 실차원적인 관점에서 계측할 수 있는 유한한 정 에너지인 것입니다.

 

때문에 낡은 진공이 새로운 진공의 거품으로 상전이하는 과정에서 영자적 에너지가 방출되는 것이고, 이렇게 방출된 영자적 에너지가 바로 빅뱅의 근원이 된 것입니다.

 

단! 주의하실 점은 제가 숫자 1을 더하고 뺀 것은 단순히 편의를 위해서였지 꼭 영자의 에너지 값이 그것이라는 것은 아닙니다. 실질적으로 봤을 때 영자의 개수는 몇십조, 몇백조개를 훨씬 넘어가는 것이기 때문에 위와 같은 진공의 상전이 과정에서 나오는 영자적 에너지는 어마어마한 것이라는 것입니다.

 

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반영자가 상전이를 하면, 낡은 진공 속에 존재하던 반영자적 에너지가 영자적 에너지의 형태로 한꺼번에 풀려 나오게 된다. 그렇기 때문에 상전이 후의 우주는 영자적 에너지가 충만한 불덩이가 되었다. 이 순간이 바로 이제까지 알려져 있는 [빅뱅]이다.

 

 

모든 영자에 의한 결합물들은 이 빅뱅에 의해서 만들어졌다. 상대성 이론에 따르면, 정차원의 에너지 (영자적 에너지)와 영자는 서로 자유로이 전환된다. 우주 탄생 10의 -36승 초 후에 우주를 가득 채우던 영자에서 X입자라고 불리우는 소립자와 그 반입자가 대량으로 만들어졌다. 이득고 X입자와 반X입자가 부서지고, 현재 물질의 최소 소립자인 쿼크와 렙톤, 그리고 그들의 반입자가 만들어졌다.

 

 

*쿼크와 렙톤    -과학 서적 인용-

 

현대의 소립자 물리학은 6 종류의 쿼크와 6 종류의 렙톤의 조합으로 모든 물질이 구성된다고 생각하고 있다. 쿼크는 양성자나 중성자 등을 만드는 소립자이고, 렙톤은 전자나 중성미자 등을 말한다. 힘의 통일 이론에서 우주의 아주 초기에는 쿼크와 렙톤도 동일한 입자였다는 것을 암시한다. 그리고 쿼크와 렙톤을 동일한 입자로 하는 기능을 발휘한 것이 X입자였다는 것이다.

 

쿼크의 종류: 업, 스트레인지, 보텀, 다운, 참, 톱

렙톤의 종류: 전자, 뮤입자, 타우 입자, 중성미자, 뮤뉴트리노, 타우뉴트리노

 

 

5. 반물질이 소멸되고 물질만이 남게 되었다.

[이후로는 영자학과 현대 과학이 보는 관점이 같기 때문에 그냥 서적을 인용하겠다.]

 

 

우주에는 대량의 쿼크와 렙톤, 그리고 그것들의 반입자인 반-쿼크, 반-렙톤이 만들어지게 되었다. 입자와 반입자는 서로 만나면 소멸되어 에너지로 되돌아가고 만다. 이것을 [쌍소멸]이라고 한다. 빅뱅으로 인해서 우주가 또다시 팽창하면서 퍼텐셜 에너지 값의 감소가 가속화되었으며, 영자적 에너지 역시 영자의 형태로 변환되면서 점차적으로 감소하게 되었고, 이러한 영자적 에너지의 감소는 우주의 온도를 내리는 결과를 낳았다.

 

 

우주의 온도가 내려감에 따라서 쿼크와 반-쿼크, 렙톤과 반-렙톤도 쌍소멸을 하기 시작하였다. 만일 입자와 반입자가 완전히 같은 수만큼 만들어졌다면, 빅뱅을 통해 만들어진 입자와 반입자는 마침내 모두 소멸했을 것이다. 그런데 이상하게도 자연은 입자와 반입자의 수에 약간의 차이를 지니도록 하고 있었다. 이것을 바로 [CP 불변성의 깨짐]이라고 하며, 현재에도 실험을 통해서 확인되고 있다.

 

 

CP 불변성의 깨짐에 의하면 그 차이는 반입자가 10억개 만들어지면 입자는 10억개 보다 1개 더 만들어질 정도로 아주 미미한 것이다. 그러나 이러한 근소한 차이 때문에 반입자가 모두 소멸하고 입자만 남게 되어 현재의 물질계가 만들어진 것이다.

 

 

우주 탄생에서 0.00001초, 우주의 온도가 1조 K (절대 온도)로 내려갔을 때, 우주에서 또다시 상전이가 일어났다. 이것을 [쿼크-하드론 상전이]라고 한다. 그 때까지 엄청난 고열로 인해서 날아다니고 있던 쿼크가 3개 씩 모여 양성자나 중성자 등의 하드론을 형성하였다.

 

 

 또한 우주의 온도가 10억 K까지 내려간 우주 탄생 3분 후, 이번에는 양성자와 중성자가 결합하여 다양한 원자핵이 만들어졌다. 이 때도 우주에서는 다행스러운 상황이 벌어졌다. 만일 우주가 천천히 식어갔다면 모든 양성자와 중성자는 가장 안정된 원소인 철로 되어 버리고 말았을 것이다. 그런데 다행히도 우주는 빅뱅이라는 급격한 팽창을 일으키는 중이었고, 떄문에 우주의 온도는 급격히 내려가게 되었다. 그래서 양성자나 중성자로부터 수소와 중수소, 핼륨과 같은 가벼운 원소들이 만들어졌으며, 별들은 현재 이 수소를 원료로 삼아 빛나고 있다.

 

 

*쿼크-하드론 상전이

 

쿼크-하드론 상전이는 다음처럼 설명되고 있다. 쿼크는 [색]의 성질을 가지고 있는데, 상전이 전의 각각의 쿼크는 [적색], [초록색], [청색]의 어느 상태에 있었다. 적색, 초록색, 청색은 빛의 3원색으로 3색을 다 섞으면 백색이 된다. 우주의 온도가 10억 K보다 낮아지면 색 사이의 인력에 의해 적색, 초록색, 청색의 쿼크가 3개씩 모여 전체가 백색인 하드론이 형성되었던 것이다.

 

 

6. 전자가 원자핵에 붙잡히게 되어, 우주는 맑게 되었다.

 

온도가 10억 K나 되었던 이 무렵의 우주에서는 원자핵과 전자는 원자를 구성할 수 없었고, 따라서 뿔뿔이 흩어져 날아다니고 있었다. 이러한 상태를 [플라즈마]라고 한다. 플라즈마 안에서는 광자가 전자에 의해서 산란되기 때문에 빛이 먼 거리를 이동할 수 없었고, 따라서 이것은 짙은 구름 속에서 앞이 잘 보이지 않는 경우와 비슷하다.

 

 

우주가 탄생한 지 10만년 후에 우주의 온도가 1만 K가 되면서, 자유스럽게 날아다니던 전자는 원자핵이 이끌려 원자핵 주위를 돌기 시작했다. 드디어 원자가 만들어진 것이다. 전자의 산란을 받지 않게 된 빛은 우주 안을 자유로이 날아다니게 시작했다. 이 순간을 [우주의 맑게 갬]이라고 한다.

 

 

7. 초은하단, 은하, 별, 우주를 수놓은 천체가 생겼다.