힉스입자와그리스도인 양승훈 ( 밴쿠버기독교세계관대학원원장 ) 2012 년 7 월 4 일, 스위스제네바에위치한유럽입자물리연구소 (CERN) 는거대강입자가속기 (Large Hadron Collider: LHC) 에설치된두검출기 (ATLAS, CMS) 의분석결과를토대로힉스입자 (Higgs particle) 일가능성이높은입자를발견했다고발표했습니다. 이힉스입자는같은장소, 같은양자상태에 ( 한개의입자만존재할수있는 fermion 과는달리 ) 여러개의동일한입자들이동시에존재할수있기때문에보존 (boson) 입자군에속합니다. 그래서힉스입자는힉스보존 (Higgs boson) 이라불리기도합니다. 1) [7 월 4 일, 힉스입자발견을발표하는 CERN 대변인 ] ( 로이터뉴시스 ) 힉스입자는만물을구성하는 17 개의기본입자들중마지막으로발견된입자로서힉스입자와그와관련된힉스장 (Higgs Field) 의존재는왜입자물리학의표준모형 (Standard Model) 에등장하는다른기본입자들이질량을갖는지를설명합니다. 표준모형이란 1960 년대부터시작하여 1973 년에개발된이론인데이모델에서는기본입자로서쿼크 (quark) 6 개, 경입자 (lepton) 6 개등 12 개와이들사이의상호작용을매개하는 4 개의매개입자 (gauge particle, force), 그리고이들입자들에질량을부여하는힉스입자등총 17 개의입자로자연계의현상을설명합니다. 즉이 17 개입자가우주의모든물질과세상을움직이는힘을만든다는것이표준모형의핵심개념입니다. 혹은 [ 표준모형에서제시하는 6 개의쿼크 (Quark) 와 6 개의경입자 (Lepton), 그리고 4 개의매개입자 (Force)] 2) 지금까지표준모형을구성하는기본입자들은힉스입자를제외하고모두실험적으로발견되었습니다. 하지만기본입자에질량을부여하는 17 번째의힉스입자가없이는현대물리학의뼈대로불리는표준모형이완성되었다고할수없었습니다. 기본입자들이힉스입자와상호작용하는정도에따라질량이결정된다는게표준모형의전제인데, 힉스입자가없으면입자들이질량을가질방법이없어지고, 따라서표준모형이성립할수 1) 힉스보존이라명명한것은한국계미국이론물리학자이휘소박사 (Benjamin Whisoh Lee, 1935-1977) 로알려져있다. 경기고, 서울대를거쳐 University of Pennsylvania 에서박사학위를받은이휘소는젊은나이에교통사고로요절하기까지 20 세기후반표준모형이개발되는데중요한기여를했다 - http://en.wikipedia.org/wiki/benjamin_w._lee 2) http://misbehaver.files.wordpress.com/2012/04/particle.jpg 혹은 http://ncc.phinf.naver.net/ncc02/2010/7/30/249/222222222222222222.jpg
없습니다. 역으로말하면표준모형이옳다면힉스입자는있어야하며, 힉스입자가없거나예측과다르다면표준모형을수정하거나폐기하고새로운이론을만들어야합니다. 물리학자들이반세기가까이끈질기게힉스입자를찾아헤맨이유도바로여기에있습니다. 힉스입자를발견하는것이어려웠던이유는태초의대폭발순간에해당하는초고온, 초고압의조건을인위적으로만들어야하는데그러기위해서는엄청나게큰가속기가필요하기때문입니다. 그러므로 CERN 의 LHC 와같은어마어마한가속기가없었다면힉스입자의발견은원천적으로불가능했을것입니다. 피터힉스가자기생전에힉스입자가발견될것을상상도하지못했다고한말도다르게표현하면자기생전에힉스입자를생성시킬수있는강력한초대형입자가속기가만들어질수있으리라고는상상도하지못했다는말과같습니다. 한때전세계에서가장큰입자가속기를보유했던 ( 지금은 CERN 에이어두번째 ) 시카고인근의페르미국립가속기연구소 (Fermi National Accelerator Laboratory, 페르미랩 ) 에서도그렇게오랫동안힉스입자를찾기위해노력했지만성공하지못했습니다. 그이유의하나는가속기링길이만도 6.28Km 에이르는페르미랩의가속기테바트론 (Tevatron) 도충분히강하지않았기때문이라고할수있습니다. 3) 오랫동안페르미랩소장을역임하고중성미자연구로노벨물리학상을수상했던레더만 (Leon Lederman) 이힉스입자가아무리찾아도발견되지않자역정을내는의미로자기책제목을 제기랄입자 (The Goddamn Particle) 라붙인것도 ( 책제목이너무도발적이어서후에출판사에서 The God Particle, 즉 신의입자 라고수정해서출간했지만 ) 그만큼힉스입자를찾기가어려움을말해줍니다. 이외에도전세계적으로대형입자가속기를가진연구소에서힉스입자를찾기 ( 만들기 ) 위해그렇게오랜시간노력을했지만실패한것은바로대폭발순간을모의할수있을정도로입자에너지를높일수없었기때문입니다. [ 둘레가무려 27Km 에이르는 CERN 의 LHC 구조 ] 기본입자들에게질량을부여하는역할을했던 17 번째기본입자힉스는지금까지관측할수없었고, 태초의대폭발때에만잠깐존재했던것으로추정하고있습니다. 힉스입자는처음우주가창조되는순간에존재하다가기본입자들에게질량을부여하고사라진가상적인입자입니다. 그러므로 137 억년전우주가처음창조될때를입자가속기에서인위적으로만들지않고는힉스입자의존재를확인할방법이없습니다. 그런데 CERN 에서는 LHC 를이용하여광속에가깝도록가속시킨양성자들을충돌시킴으로극히작은스케일이지만대폭발이일어나는순간, 즉현재의태양보다 10 만배정도더뜨거운, 극히높은밀도의상태를순간적으로만들수있었고, 양성자들이 부서질때 그부서진조각들속에서힉스입자가존재한다는것을증명한것입니다! 그러면 CERN 의힉스입자연구결과발표가그리스도인들에게갖는의미는무엇일까요? 첫째, 대폭발이론에대한평가에대해신중해야합니다. 아쉽게도한국교회에는몇몇미국근본주의단체 3) http://en.wikipedia.org/wiki/tevatron - Fermilab 은 CERN 발표이틀전인 7 월 2 일에 Tevatron 에서힉스입자를발견했다고주장했다.
들의영향을받아서대폭발이론은무신론이고유물론이기때문에반기독교적이라는오해가팽배해있습니다. 그래서대폭발이론에대해긍정적인그리스도인과학자들에대해색안경을끼고보기도합니다. 물론대폭발이론속에무신론이나유물론을끼워 마케팅 하는사람들이많이있는게사실입니다. 하지만대폭발이론자체가마치무신론이나유물론인듯이, 혹은대폭발이론은반드시무신론이나유물론으로귀결되는것처럼주장하는것은바르지않습니다. 지금까지수많은과학자들의연구결과를종합할때하나님께서적어도우리가연구할수있는어떤방법으로우주를창조하셨다면대폭발의방법을사용하셨을가능성이가장높다고할수있습니다. 일부기독교인중에는하나님이 대폭발이아니고말씀으로창조하셨다 라고주장하는사람들이있는데이것은뭔가를크게오해한것입니다. 말씀으로 창조했다는말은대폭발을통해우주가창조되었다는개념과배치되지않습니다. 하나님은말씀으로세상을창조하셨고, 그말씀으로우주를만든구체적인메커니즘은얼마든지대폭발일수있기때문입니다! 20 세기초에기본적인개념이제시된대폭발이론은 100 여년의역사를지나면서정교하게수정, 보완된이론입니다. 처음제시된원시적인대폭발이론은 1950 년대를지나면서가모브 (George Gamow) 등에의해지금과같은형태로다듬어졌고, 우주개발이본격화된 1960 년대부터대폭발의직접적인증거가되는증거들이쌓이기시작했습니다. 1965 년에발견된우주배경복사 (Cosmic Microwave Background Radiation) 를필두로우주가대폭발에의해시작되었다는중요한증거들이속속발견되기시작한것입니다. 이번 CERN 의발표는아직도물리학의영역에속한초기우주연구중에서대폭발이론을지지하는가장분명한연구결과라고할수있습니다. 물론대폭발이론에대해적대적인사람들은힉스입자가존재한다는증거는간접적이지않느냐고항변할수있습니다. 하지만우리가바람을보지못하지만나뭇잎이나깃발, 다른움직이는것들을보고바람의존재와방향, 강도를유추하는것처럼물리학이나천문학등에서는직접적인관찰이불가능하더라도간접적인증거가믿을만한경우가얼마든지있습니다. 사실우리가직접눈으로본것만을믿는다면현대과학전체를송두리째부인해야합니다. 현대를가리켜전자시대라고하지만아무도전자를직접본사람은없습니다. 전자의집합적행동조차직접적인관찰은불가능합니다. 마찬가지로천문학에서말하는암흑물질이나블랙홀등도아무도직접관측한적이없지만이제는전문가들이라면아무도이들의존재를부인하지않습니다. 부인할수없는간접적인증거들이많이있기때문입니다. 둘째, 과학적언어와신앙적언어는구별해야합니다. CERN 에서발표한내용을조심스럽게살펴보면힉스입자의질량이약 125 126GeV(1GeV=10 억 ev) 일것으로예상했는데이번에 CERN 에서이질량영역에속하는입자를발견한것입니다. 물론실험적오류의가능성도배제할수없습니다. 힉스입자가존재할확률은 99.99994% 로서 300 만번의실험에서한번정도오류가발생하는수준이라고합니다. 그럼에도불구하고힉스입자연구를진행한 CERN 에서는 힉스발견 이라고단정하지않고 ' 힉스에일치하는새입자발견 ' 이라고표현했습니다. 이번에 CERN 에서발견한입자는기존표준모형에들어맞는힉스입자일가능성이확실시되지만, 만의하나완전히새로운이론으로설명해야할입자일수도있습니다. 거의힉스입자가맞을거라고보지만그래도혹이나아닐수있는가능성을열어두고있는것이지요. CERN 에서는사안의중요성을고려하여금년도하반기추가실험을진행한뒤 12 월께나힉스의존재를최종발표하겠다고합니다. 이것이의미하는바가무엇일까요? 아무리주의깊게연구를해도인간이하는연구는오류의가능성이있음을인정하는것이정상적인과학활동의모습입니다. 오류의가능성에대해열려있지않는, 다시말해잠정성 (tentativeness) 이없는주장은더이상과학의영역에속하지않습니다. 철학자포퍼 (Karl Popper) 의용어를빌리자면반증이가능하지 (falsifiable) 않은주장은과학이아니라고할수있습니다. 만일누군가가어떤증거를제시하더라도자기이론은절대로틀릴수없다고주장한다면그것은아무리자연에대한설명이라해도더이상과학적인언급이아니라신앙고백이라고할수있습니다. 하나님이천지를창조하셨다는것은신앙고백입니다. 그렇기때문에성경을하나님의말씀으로받아들이는그리스도인이라면아무도하나님이천지를창조하셨을확률을 99.99994% 라고말하지않습니다!
셋째, 우리의지성을자연과초자연모두에대해열어두어야합니다. CERN 에서발표한것처럼금년연말쯤되어힉스입자의존재가완전히증명된다고해도여전히우리는우주창조의방법으로현대물리학이나우주론에서제시하는, 대폭발이아닌제 3 의메커니즘이있을수있음을염두에두어야합니다. 우선성경에나타난많은기적들처럼우리가과학적으로설명할수없는초자연적메커니즘에의해우주가창조되었을가능성도열어두어야합니다. 하지만그런경우는과학의영역에속하지않습니다. 과학은과학적방법으로설명할수있는경우에국한됩니다. 또한현재까지쌓인증거로봐서는대폭발이하나님이우주를창조하신방법일가능성이가장높지만여전히대폭발이론보다더그럴듯하고이론적, 실험적증거가많은과학적모델이있을가능성도열어두어야합니다. 아마그런과학적모델을제시하는사람이있다면틀림없이노벨상을받을것입니다! 하나님의역사를초자연적영역에만묶어두는것이나자연적영역에만묶어두는것은둘다하나님을제한하는것입니다. 전능하신하나님은초자연과자연으로나누는우리인간의기준과는무관하게역사하실수있는분이기때문입니다. 하나님은무지개가생기는것이나일식이일어나는것처럼과학적으로완벽하게설명할수있는현상에도관여하시지만죽은나사로를살리고물로포도주를만드는기적의현장에도관여하시는분입니다. 끝으로그리스도인들은과학자들의연구결과를기뻐하는법을배워야합니다. 그동안몰랐던우주의신비를발견한다는것은그발견의실용적유익을넘어그자체가기쁨이라고할수있습니다. 우주를구성하는기본요소를설명하는표준모델에서실험적으로발견되지않은마지막입자인힉스입자는어떻게기본입자들이질량을얻게되었는지, 그래서별들과행성들이중력을갖게되었는지를설명합니다. 이번 CERN 의힉스입자연구발표는그동안표준모델에근거한대폭발이론에서예측하고있는가장중요한한가지결과를증명한것이라할수있습니다. 힉스입자의존재에전세계가흥분하는이유는현대물리학자들이대폭발이론을비롯하여물질의궁극적인기원과구성에대해지금까지이론적으로, 실험적으로쌓아온체계가옳다는점을재확인하는사건이기때문입니다. 힉스입자발견을발표하는자리에서힉스는 저는이러한결과가이렇게빨리나오게된것에놀랄뿐입니다. 이는연구자들의전문성과정교한기술이함께만났다는증거입니다.... 저는제가살아있는동안이러한일이일어날줄은전혀예상하지못했습니다... 라고말했습니다. 사실힉스입자의발견은 LHC 와같은 100 억불 ( 약 11 조원 ) 이상의입자가속기와전세계수천명의전문과학자들의공동연구가없었다면불가능한일입니다. 이는힉스가처음이입자의존재를예언했던 1964 년에는상상도하지못했던연구환경입니다. 그래서발표장에서힉스는거듭언론과의인터뷰나코멘트를사양하면서스포트라이트는자기이론이옳음을증명한과학자들에게주어져야한다고한것입니다. [7 월 4 일, CERN 공개세미나현장에초빙된영국의피터힉스. 그와몇몇동료들은 1964 년힉스입자를처음예측했다. 왼쪽은롤프호이어 CERN 소장 ] ( 제네바 =AFP 연합뉴스 ) 자신의이론을증명하는힉스입자의발견을기뻐하는힉스와같이그리스도인들은과학자들의새로운연구결과가나올때마다함께기뻐하는자세를갖는것이필요합니다. 정상적인과학자들의연구를의혹의눈초리로바라보면서성경을부정하는결과가나오면어쩌나하면서노심초사하는것은바람직한태도가아닙니다. 과학자가그리스도인인지여부를떠나저들을통해드러날하나님의창조의신비를기대하는마음을갖는것이필요합니다. 그들이오랜시간동안의관측, 실험, 계산을통해발견한자연의대칭성, 통일성, 조
화등에나타나는창조주하나님의설계의증거들은아무리기뻐해도모자랄것입니다. 다만과학이라는옷을입고슬그머니비집고들어오는인간의자랑과교만, 과학주의나물질주의등이데올로기들만주의한다면누가, 어느곳에서발견하든지모든진리는하나님의것이기때문입니다! - 끝 -