실험적 실증이 필요하다

초끈이론의 진실 - 이론 입자물리학의 역사와 현주소
피터 보이트 지음, 박병철 옮김 / 승산 / 2008년 10월

     초끈이론에 대해 처음 접하게 된 내용은 『숨겨진 우주』라는 리사 랜들의 책을 보고 처음 이론의 개괄적인 내용을 접하게 되었다. 허나 초반부의 물리이야기는 학창시절 배웠던 개념들이라 그리 어렵지 않게 넘어 갈 수 있었으나 중반 이후부터는 현대물리학의 얘기에 초끈이론이라는 형이상학적인 물리이론을 접하니 그 이론이 과연 맞는 것일까 하는 의문이 들었던 내용이다. 그 실체의 증명은 과연 어떤 방법으로 가능할까? 상상의 나래를 펼쳐 보면 책 속에 그려져 있는 단순화된 그림이나 사진이 어찌 보면 현실과는 전혀 다른 이야기로 느껴진다. 특히 원자 속의 물질에 대한 이론들에 대해서는 특히 더 그렇게 느껴진다. 이런 느낌이 처음 양자역학이 도입되면서 핵물리학에서 설명하는 소립자에 대한 이야기가 동일한 전철을 밟고 있는 내용이지 않나 생각된다. 허나 이런 내용들의 증명 방법은 또 다른 문제를 안고 있기에 과연 실질적인 내용인가에 대한 인식은 또 다른 차원의 문제하는 생각이 든다.

     이런 의문과 문제점을 생각하면서 저자는 현실 상황에 나타나는 물리현상의 인정은 결과적으로 인지할 수 있는 실험 결과를 통해 인정받아야 한다고 주장한다. 그 실험결과 또한 많은 논리적 연역에 의해 도출되는 내용으로 인지되는데 과연 실험결과에 대한 현상과 내용이 미시세계의 내용을 증명해 줄 수 있을까 의문이 든다.

     책 속에 입자가속기에 대한 얘기가 많이 나온다. 입가가속기는 초끈이론의 단초를 물리적으로 확인할 수 있는 장치 중에 하나라고 한다. 입자가속기에 대한 내용 중에는 쉽게 납득하지 못하는 내용이 많다. 어마어마한 규모—수 킬로 지름길이를 가진 가속기—나 천문학적인 비용을 들여 건설하는 돈 먹는 기계라는 생각이 많이 든다. 이런 가속기가 과연 어떤 결과물들을 만들어 내고, 그 결과가 투입된 돈과 노력의 결과에 맞는 것인지는 모르겠다. 이런 얘기를 하면 무식하다고 할 지 모르겠다. 하지만 그 규모와 내용은 우리의 상상을 초월한다. 그런데 그렇게 자원을 투입하여 만들어진 입자가속기에서 나오는 결과는 신문지상이나 방송매체에 달랑 보여지는 여러 가지 현란한 선이 그어진 사진 한 장 내지는 수 킬로미터의 터널에 설치되어 있는 자석들의 영화 속 장면과 같은 내용이 전부이지 않나 생각된다. 무식한 얘기이고 그 이면에 심오한 뭔가가 있으리라 상상된다. 더 공부를 해야 할 내용 같다. 물리학자가 얘기하는 입자의 크기는 사진 한 장에 보여지는 입자의 괘적을 사진으로 촬영이 가능할까 의문이 든다. 설령 찍혀 진 사진의 내용이 관연 특정 입자가 그리면서 내 놓은 에너지의 변형된 형태라고 인정할 수 있을까 하는 의문이 든다.

     너무너무 작은 미시의 세계이면서도 어마어마한 힘의 세계이기도 한 핵물리학의 이야기는 쉽게 이해하기 어려운 내용이다. 거기에 한 술 더 떠 수학을 기초로 한 끈 이론은 쉽게 이해할 수 없는 세계이다. 또한 그 설명하는 수학이론 또한 모르는 내용이기도 해서 더울 더 어렵게 느껴진다. 진짜 실존 하는 세계인지도 의문이 풀어지지 않는다. 단지 상상 속의 세계인지도 모르겠고… 마치 사이버세상이라는 컴퓨터를 매개하는 세상 속인지도 모르겠다. 우리의 감각으로는 정형화 할 수 없는 가상의 세계를 그리고 있는 것과 같다. 이런 세계에 대한 실증은 결국 물리 실험을 거쳐 증명해 내는 것 만이 설득할 수 있고, 이런 설득 과정이 현대물리학의 발전사라는 것을 저자는 강조하고 있다. 증명되지 않은 내용은 사실이 아니라는 얘기다. 양자역학도 이론과 실증되는 물리실험의 증명을 통해 정설로 인정되는 과정과 같이 끈 이론 또한 동일한 과정을 거쳐야 하는데 과연 그 증명 방법은 무엇일까? 끈이론을 연구하는 물리학자들의 과제일 것이다.

     실험물리학이 아닌 이론물리학은 단지 이론적인 내용으로 그칠 수 있는 것이고 상상의 내용이 전부일 수 있기에 실증적인 결과가 뒷받침 될 때 정설로 인정되어야 하지 않을까? 그런데 현대의 기술은 극복해야 할 과제가 많다. 현재의 이론물리학의 내용이 비록 정설이라고 할지라도 지금의 기술이 이를 증명할 수 있는 한계에 와 있다고 하면 새로운 기술의 방법을 찾아야 할 것이다. 이 또한 물리학자들이 풀어야 할 과제일 것이다. 천문학적인 자금이 필요하고, 천재적인 학자들의 각고의 노력이 집약되어야 만이 풀릴 수 있는 문제는 언제 풀릴지 모르는 내용이기는 하지만 유럽에서 설치되어 가동 중인 CERN(유럽 원자핵 공동 연구소)의 입자가속기가 좋은 결과를 만들어 낼 수 있으리라 기대된다. 간헐적으로 들리는 연구과정과 내용의 보도를 통해 책 속에 저자가 피력하는 부정적인 내용이 아닌 끈이론이 되었든 다른 핵물리학을 설명하는 또 다른 이론이 되었든 새로운 미지의 세계를 알아 가는 과정이 될 것이다.