물리학이라는 게 그럼 무엇일까 ? 좀 더 근본적인 질문을 해보자. 물리라는 게 뭘까 ?

영어로는 Physics 이며, 한자로는 物理 이다. 한자를 직역하자면 만물의 이치라는 뜻이 된다. Physics 가 고대 그리이스어로 … 뭐 이런 건 그냥 구글링을 해보면 나오니 검색해보자. 물리는 간단히 말하자면 물체의 운동과 힘을 기술하는 것 이다. 다른 표현으로 적자면, 자연(Nature)에서 일어나는 현상을 설명하는 것이 물리이다.

그리고, 그 설명은 대개는 수학으로 구성된 수식으로 설명한다. 왜냐하면 가장 깔끔하기 때문이다. 하지만, 그 수학이라는 것 때문에 접하기 어려운 것이 바로 물리다.

그러니깐 물체, 운동, 힘 .. 이 무엇인지를 알면 물리는 좀 더 쉬워진다. (라고 감히 말할 수 있을까 ?)

힘이 무엇인지부터 보자. 물리에서 힘(Force)는 물체의 운동, 방향, 구조를 변화시키는 원인 이라고 물리학 교과서에서는 얘기한다. 좀 더 구체적으로 적자면, 물체의 속도를 가속(또는 감속)시키거나, 물체가 변형되는 것을 뜻한다. 이 힘이 바로 앞에서 설명한 4가지 힘이다.

운동은 ? 물체가 움직이는 것을 말한다. 자연계에서 가장 자연스러운 운동은 등속직선 운동이고 (왜 그런지는 나중에…) 그 외에 진동운동(물체의 위치가 주기적 또는 비주기적으로 특정위치에 있는 운동), 등가속 운동(물체의 속도가 일정하게 증가 또는 감소하는 운동), 가속 운동 (물체의 속도가 증가 또는 감소하는 운동), 등속/가속 원운동 등이 있다.

물체는 ? 나도 있고, 옆사람도 있고, 바로 앞에 노트북, 마우스, 키보드, … 모든 것이 물체이다. 그리고 이 물체를 이루는 것이 물질이다. 고등학교때 외웠던 수헬리베붕탄질산플레나마알규인황염아칼카 … 하는 주기율표에 있는 것들 말이다. 수소, 헬륨 … 이런 것들 .. 그리고 이 물질을은 다시 원자핵, 중성자, 전자로 구성되어 있다. 그리고 이러한 것을을 입자물리학의 표준모형에서는 쿼크와 렙톤, 그리고 보선으로 구분한다.

쿼크는 현재까지 밝혀진 바로는 6개가 있고,

가 있다.

그 외에 전자/양전자, 뮤온, 타우온, 또 그에 해당하는 중성미자, 반중성미자, 가 있다.

여기까지가 페르미온이라고 하는 반홀수(정확히는 1/2) 스핀을 가지고 있고 모두 12개다.

정수 스핀을 가지는 보손(Boson, 읽는 사람에 따라서는 보존이라고도 읽는다.) 이 있다. 전자기력의 매개자인 광자, 약한 핵력을 매개하는 W(±) 과 Z(0), 강한 핵력을 매개하는 글루온, 그리고 2013년 하반기를 뜨겁게 달구었던 힉스 보손이 있다.

이런 것들이 모여서 우주를 이룬다. 물론, 이 외에도 앞에서 언급한 초끈 이론 등으로 대변되는 통일장 이론에서는 몇가지 입자를 추가로 가정하기도 하지만 아직까진 밝혀지지 않았다. 그리고 여기에 SF 등에서 가끔 광속을 뛰어넘는 존재로 나오는 타키온도 있지만, 역시나 아직까지는 상상속에 있다.

이러한 입자가 어떤 역할을 하고 어떤 특징을 가지고 있고 … 이런 건 일단 여기까지만 하자… 더 들어가면 머리 아프다. (내 전공이 고에너지 물리 또는 입자 물리학은 아니므로 …)

어쨌거나, 이 큰 우주가 현재까지 밝혀진 바로는 20개 남짓되는 기본 입자의 조합이라는 것은 상당히 의외다.

물론, 여기에 빠져 있는 것들도 있다. 우주 질량의 25% 정도를 차지하는 암흑물질과 68% 정도를 차지하고 있는 암흑에너지는 뭔지 잘 모른다. 우리가 아는 것은 우주 구성요소의 4~5% 정도이다. 물론, 아직까지 전혀 모르고 있는 암흑에너지와는 다르게 암흑물질은 몇가지 후보 물질이 있지만, 아직 명확하지 않은 상태이다.

그러니깐 궁극적으로 물리는 이러한 기본입자들의 운동을 인간이 이해할 수 있게 설명하는 것이 목적이라고 할 수 있을 것 같다. 물론, 사람 개개인이 어떻게 받아들이느냐 하는 것은 좀 별개인 것 같다…

2014/10/03 akpil