[박종진의 과학 이야기] 자기 홀극

일상에서는 한 번도 들은 적이 없는 생소한 용어다. 하지만 일단 그 속뜻을 알고 나면 아주 쉽게 이해가 간다. 자석은 한쪽이 N극이면 다른 쪽은 항상 S극이다. 길이가 한 뼘쯤 되는 막대자석을 반으로 자르면 짧은 자석 두 개가 된다. 그 두 자석 모두 한쪽은 N극이고 반대쪽은 S극이다. 계속해서 반으로 나눠도 항상 한쪽은 N극이고 다른 쪽은 S극이 된다. 심지어는 N극 끝에서 조금 떼어내도 그 조각의 반대쪽 끝은 여전히 S극이다.     하지만 전기는 그렇지 않다. 양성자는 +전하만을 띄고 전자는 -전하만을 갖는다. 전기는 +와 -가 각각 독립해서 존재할 수 있다는 말이다. 마치 전기의 예처럼 자기 홀극이란 N극이든 S극이든 한쪽 극만 갖는 상상 속의 자석을 말한다.   1980년경 미국 MIT 공대 대학원생이던 앨런 구스는 왜 자석은 전기처럼 독립된 N극과 S극이 존재하지 않는지 궁금했다. 빅뱅 직후 존재했던 자기 홀극이 왜 지금은 발견되지 않는지 알고 싶었다. 오랜 기간 연구를 거듭했지만, 그는 결국 자기 홀극을 발견하는 데 실패했다. 그리고 좀 뚱딴지 같은 결론을 내렸다. 빅뱅 후 우주가 급팽창하게 되어 공간이 엄청나게 커지자 자기 홀극 입자가 희석되어서 눈에 띄기 힘들다는 이론이다.     쉬운 예를 들어 어느 작은 연못에 물고기가 많아서 물 반, 물고기 반이란 말을 할 정도였다. 그런데 무슨 이유에서 그 연못이 태평양만큼 커지자 그 많던 물고기가 다 어디로 갔는지 쉽게 보이지 않는다는 말이다.   앨런 구스가 우주 급팽창 이론을 처음으로 발표했을 때 많은 사람이 그의 이론에 동의하지 않았다. 우주가 급팽창하는 바람에 자기 홀극이 희석되어 찾기 불가능하다니 정신 나간 사람 취급을 받았다. 그런데 빅뱅 후 우주 온도가 내려가면서 상전이 현상이 생기고 거기에서 발생한 엄청난 에너지가 우주를 급팽창시켰다는 이론이 탄력을 받자 그동안 빅뱅 이론의 문제점이던 우주 지평선 문제, 우주 편평도 문제, 그리고 자기 홀극 문제까지 한꺼번에 해결되어 버렸다.     정신 나간 대학원생의 얼토당토 않은 이론인 줄 알았는데 앨런 구스의 우주 급팽창 이론은 우주의 진화 과정을 아주 잘 설명해 주었다. 지금은 빅뱅 이론과 함께 우주 급팽창 이론이 정설로 굳어지고 있다.   최근에 일단의 한국 과학자들이 초전도체를 발견했다고 해서 난리가 났다. 지금은 세계 여러 연구소에서 검증하고 있다. 초전도체의 성격상 회의적인 시선이 많은 것도 사실이지만 혹시 앨런 구스가 찾던 자기 홀극을 발견한 것이 아닌가 의심을 하는 사람도 있다고 한다. 지금까지는 우주에 존재하는 힘이 4가지라고 알고 있지만, 어떤 학자들은 다섯 번째 힘도 있을 것이라고 한다. 관측되지 않아서 잘 모르기는 하지만 우주 대부분을 차지하는 암흑물질과 암흑에너지의 정체도 언젠가는 밝혀질 것이고, 블랙홀을 명쾌하게 설명할 수 있는 새로운 물리학도 나올 것이다.     무엇보다도 상온 상압에서 작동하는 초전도체는 수소 핵융합 발전과 함께 우리 인류의 생존과 직결된다. 백여 년 전에 아인슈타인은 시간과 공간은 절대적이 아니라 상대적이라고 했다. 21세기를 사는 우리도 피부로 느낄 수 없는 얘기지만, 사실이다. 어쩌면 우리는 아주 새로운 미래에의 전야에 와 있는지도 모른다. (작가)         박종진박종진의 과학 이야기 우주 급팽창 우주 지평선 우주 온도