아래 글은 얀 웨스터호프(Jan Westerhoff)의 글로 그는 영국의 더럼(Durham) 대학 및 런던 SOAS(School of Oriental and African Studies, 동양 및 아프리카학 연구학교)의 철학자이며, '현실(실제)에 대한 매우 간단한 소개'란 뜻의 저서 'Reality: A very short introduction'(옥스퍼드 대학 출판사, 2011)의 저자이다. 앞으로 8차례에 나눠 발췌 정리해 보겠다<필자 주>

글의 순서 :

1. 정의
2. 입자물리학 표준모델: 모든 것의 기반
3. 물질: 물질은 진짜 있는 것인가?
4. 수학: 모든 것은 수로 이루어진 것인가?
5. 정보 이론: 정보의 세계
6. 의식: 우리에게 어떻게 의식이 들어온 것일까?
7. 인식론: 현실이 존재한다는 것을 어떻게 아는가?
8. 시뮬레이션: 미래

아침에 일어나면 당신은 엊저녁에 떠났던 그 세상을 다시 발견한다. 당신은 여전히 당신이고 일어난 그 방은 잠들던 그 방이다. 바깥세상도 다시 재편된 것 같지는 않다. 역사는 변하지 않았고 미래도 여전히 알 수 없다. 달리 말하자면, 당신은 현실로 돌아온 것이다.

하지만 현실이란 무엇인가? 깊이 파고들수록 현실을 이해하기란 더욱 어려워진다. 우리 주변의 세상을 근본적으로 이해하기 위한 여행을 떠나 보자. 먼저 현실의 정의를 내리는 것으로 시작하여, 마지막은 현실이 무엇이든 간에 당신이 그러리라 여기는 그런 것이 아니라는 것으로 끝맺을 것이다. 어쨌거나 놀라지 마시기를!

입자물리학 표준모델: 모든 것의 기반

현실을 순전히 물질과 에너지로만 설명할 수 있을까?

어떤 것이든 실재할까? 이 의문에는 단 한 가지의 답변 밖에 없다. "물론이지, 실재하구말구. 만일 의심스럽다면 돌부리를 한번 차보시게나."

당신 자신의 감각을 신뢰할 수 있는지 여부는 제쳐두고 방금 발로 찬 것은? 그러나 발은 아프겠지만 궁극적으로 현실(실재)로 귀결되는 것은 그리 많지 않다. 과학은 돌부리를 설명하는데 있어서 놀랍도록 작은 숫자의 재료만 필요로 한다. 한 줌의 서로 다른 입자들, 그들의 상호작용을 지배하는 힘들, 그리고 양자역학에서 규정된 약간의 규칙들이다.

현실 측면에서 이들은 고체처럼 여겨지지만, 가만히 생각하고 있노라면 곧 비현실적으로 느껴지기 시작한다. 돌부리를 분해하면 기본 구성 물질이 원자들인 것을 발견할 것이다. 아마도 돌부리 크기에 따라 다르지만 10억의 10억의 1,000배(1023)정도 되는 원자들이 있을 것이다. 물론 원자들은 더 작은 아원자 입자들로 구성된다. 이들은 쿼크로 이루어진 양성자와 중성자, 그리고 전자들이다. 하지만 원자들의 집합체, 즉, 돌부리의 대부분은 텅 빈 공간이다. 원자를 우리가 사는 지구 행성의 크기로 확대한다면, 가장 가까이 위치하는 전자는 지구에서 태양까지 거리의 2.5배가 된다. 그 사이에 아무것도 없다! 현실(실재)이 이토록 텅 빈 것이라면, 돌부리나 혹은 다른 물체에 형상이나 부피를 부여하는 것은 무엇인가?

물리학은 이 의문에 답하는데 어려움이 없다. 그것은 '전자'들이다. 양자 법칙은 어떤 두 전자도 같은 양자 상태를 점유하지 못한다고 '명령'한다. 그 결과는 아무리 열심히 노력한다고 해도 당신은 두 원자를 같은 공간에 쑤셔 넣을 수 없다는 것이다. 결국 이 '명령'에 따라서 전자들은 우리 주변에 보이는 물질의 구조에 관한한 모든 일을 하고 있다고 파사데나 소재 캘리포니아 공과대학의 숀 캐롤(Sean Carroll)은 말한다.

이는 원자의 중심에 있는 핵이 불필요하다는 말은 아니다. 원자 질량의 대부분은 양성자와 중성자로부터 나온다. 그리고 양성자와 중성자를 함께 묶어주는 힘은 글루온이라 불리는 입자들이 담당한다.

* 글루온, gluon. 양성자와 중성자, 즉, 핵자를 묶어주는 '강한 핵력'을 매개하는 입자이다. 그러나 무작정 묶어주지는 못한다. 핵을 구성하는 양성자나 중성자의 수가 자꾸 늘어나면 양성자끼리의 전기적 반발력에 의해서 핵이 불안정해지는데, 이를테면 덩치가 큰 핵은 스스로 붕괴하는 방사능 원소가 되는 식이다. 그렇더라도 글루온의 능력으로는 핵자를 137개 이상 묶어주지는 못한다. (리차드 파인만의 예측이다.)

그런 것들이 바로 본질적인 현실이다. 전자들과 쿼크들(대부분은 업, 다운 쿼크들), 그리고 글루온들은 우리 주변 일상의 거의 모든 것들을 설명한다. 그러나 다는 아니다. 현실(실재)에는 또 다른 기본 구성요소들도 역시 존재하는데, 이들을 모두 고려하면 모두 16가지 구성요소들(쿼크 6개와 렙톤 6개, 그리고 힘의 매개입자 4개)로 입자물리학에서 표준모델을 구성한다. 이 모델은 암묵적으로 반입자들로 구성되는 거울 속의 세계도 설명한다.