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아무것도 없는 데에서 무언가를 만드는 것이 가능할까요?
더 구체적으로 말하자면 에너지가 물질로 만들어 질 수 있나요?
네, 물질이 반물질과 함께 할 때라면 (반물질: 반입자로 된 물질)
가능합니다.
반물질에 대해서는 아직 많은 의문점이 있습니다.
반물질이 많이 있어야 할 곳에는 반물질이 별로 없습니다.
가장 유명한 물리 공식으로 시작해봅시다.
E=mc^2 이라는 공식 말이지요.
이 공식에 따르면 질량은 농축되어 있는 에너지입니다.
그리고 질량과 에너지는 서로 바뀔 수 있습니다.
마치 환율이 큰 두 통화와 같아요.
질량 1그램은
90조 줄( Joule)이라는 엄청난 양의 에너지에 필적합니다.
하지만 물질을 어떻게 에너지로 바꾸지요?
비밀은 에너지 밀도에 있습니다.
만약 엄청난 양의 에너지를
좁은 공간에 집중시키면
새로운 입자가 생겨날 것입니다.
더 자세히 보면,
이런 입자들이 쌍둥이처럼
항상 짝을 이룬다는 사실을 알 수 있습니다.
이것은 입자들이 항상 대응물인
반입자를 갖고
이 두 물질이 항상
50대 50의 똑같은 질량의 비율을 유지하기 때문입니다.
이것은 공상 과학 소설처럼 들릴 수 있지만
입자 가속기 안에서 항상 일어나는 현상입니다.
유럽 입자 물리 연구소의 강입자 충돌기에서
두 양성자의 충돌로
10억의 입자와 반입자가
매초마다 생성됩니다.
예를 들어, 전자를 생각해 보세요.
전자는 아주 작은 질량과 음전하를 가집니다.
이것의 반입자, 즉 양전자는
정확하게 동일한 질량과
양의 전하를 가지고 있습니다.
그러나 정반대의 전하로부터 떨어져 있는
두 극은 매우 동일하고 완전히 안정되어 있습니다.
그리고 이것은 먼 사촌뻘인
양성자와 반양성자의 경우에도 동일합니다.
그러므로, 과학자들은
반물질로 만들어진 세상이
우리의 세계와 동일할 것이라고 확신합니다.
이러한 반세계에서
우리는 반물,
반금을 볼 수 있을지도 모릅니다.
예를 들어,
반대리석을 생각해 보세요.
대리석과 반대리석이 합쳐지는 모습을
상상해보세요.
이 두 고체물질은
엄청난 에너지로
변할 수 있으며
원자 폭탄과 동등한 힘을 가지고 있습니다.
물질과 반물질이 결합하면
엄청난 에너지가 생기기 때문에
공상 과학 소설은
반물질 안의 에너지를 이용하는 생각을 활용합니다.
예를 들면, 스타 트랙처럼 우주선에 에너지를 공급하는 것이지요.
아무튼, 에너지 속에 있는 반물질은
일반적인 연료보다 효율성이 훨씬 더 높습니다.
1그램의 반물질로는
자동차로 지구를 1,000바퀴를 돌 수 있을 것입니다.
아니면 우주비행선을 우주 밖으로 보낼 수 있을 것입니다.
그렇다면 왜 반물질을 에너지 자원으로 쓰지 않을까요?
왜냐하면, 반물질이 그냥 가만히 있지는 않기 때문입니다.
거두어 주길 기다리지요.
반물질을 연소시키기 전에
반물질을 먼저 만들어야 합니다.
반물질을 얻기 위해서는
받아들이는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를
소비해야 합니다.
하지만 반물질로 이루어져있는 행성이
우주 어딘가에 있고
우리가 찾아 낼 수 있다면 어떨까요?
몇 십년 전 만해도, 많은 과학자들은
반물질로 이루어진 행성이 존재할 것이라고 믿었습니다.
오늘날 관측 자료들은
우주에 어떤 곳에도 의미있는 정도의 반물질이 존재하지는
않다는 것을 보여줍니다.
이것은 기묘합니다. 왜냐하면 우리가 앞에서 말한 것 처럼
우주에는 반물질이 있는 양 만큼
물질이 존재해야만 하기 때문이지요.
물질과 반물질이
각각 똑같은 양만큼 존재한 이후로
반물질이 없어졌다는 것인가요?
그러므로 이것이 진짜 미스터리입니다.
지금 무엇이 일어나고 있는지 알기 위해서는
우리는 빅뱅에서부터 알아봐야 합니다.
순간적으로 우주는 창조되었고
엄청난 양의 에너지가 질량으로 변했습니다.
그리고 우주가 만들어졌을 당시에 우주에는
똑같은 양의 물질과 반물질이 있었습니다.
하지만 몇 초뒤에
대부분의 물질과 모든 반물질이
한 쌍을 지으며 사라졌습니다
엄청난 양의 방사능을 방출하면서요.
그 방사능은 아직도 존재한다고 합니다.
원래 물질의 1억분의 1정도가
남게 되었고
반물질은 하나도 남지않았습니다
"잠깐만요" 여러분은 아마 이렇게 이야기하겠지요.
"왜 반물질은 모두 없어졌지만
물질은 남았어요?"
이것은 우리가 운이 좋았던 것으로 보입니다
그리고 작은 불균형이
물질과 반물질 사이에 존재하는 것 같습니다.
그것이 아니면 어떤 입자도
우주에 존재하지 않았을 것이고
그렇다면 인간도 존재하지 않았을 겁니다
하지만 무엇이 이런 불규칙성을 만들었을까요?
유럽 입자 물리 연구소가 실험을 통해 그 이유를 알아내려고 합니다.
왜 사물이 존재하는지
그리고 왜 우리가 방사능만으로 가득찬
우주안에 살지 않는지 말이예요.
하지만 아직은 우리는 그 답을 얻지 못했습니다.