세상에는 두 종류의 과학 논문이 있다. 하나는 모두가 기다리는 논문이고, 다른 하나는 아무도 기다리지 않는 논문이다. 전자는 대개 노벨상 후보로 거론되며, 후자는 대개 잊힌다. 그런데 가끔 후자가 전자를 향해 던지는 돌멩이 하나가 파문을 일으키기도 한다. 이란의 한 물리학자가 최근 공개한 논문, Alpha – Emergent: The Fine-Structure Constant는 그런 돌멩이 중 하나다. 제목만 보면 평범한 물리학 논문 같지만, 그 내용은 현대 물리학의 가장 깊은 곳—우주의 기본 상수—을 향해 던져진 도전장이다.
미세구조상수(α, 알파)는 물리학에서 가장 신비로운 숫자 중 하나다. 약 1/137이라는 값은 전자기력의 세기를 결정하며, 양자역학과 상대성이론이 만나는 지점에서 등장한다. 이 상수는 왜 하필 1/137일까? 물리학자들은 수십 년 동안 이 질문에 매달려왔지만, 아직 명확한 답은 없다. 리처드 파인만은 “모든 물리학자가 이 숫자를 벽에 붙여놓고 고민해야 한다”고 말했고, 볼프강 파울리는 죽기 직전까지 이 숫자의 의미를 찾으려 애썼다. 그런데 이제, 이란의 한 연구자가 이 상수가 “창발적(emergent)” 현상이라고 주장하고 나섰다.
창발성은 복잡한 시스템에서 단순한 규칙들이 모여 예상치 못한 성질을 만들어내는 현상을 말한다. 예를 들어, 개미 한 마리는 단순한 행동을 하지만, 군집 전체는 놀랍도록 지능적인 행동을 보인다. 이 논문은 미세구조상수도 마찬가지라고 주장한다. 즉, α가 우주의 근본적인 상수가 아니라, 더 깊은 층위의 물리 법칙들이 모여 나타난 결과물이라는 것이다. 이 주장이 사실이라면, 물리학의 기본 가정 중 하나인 “상수는 변하지 않는다”는 명제가 흔들릴 수도 있다.
물론 이 논문은 아직 검증되지 않았다. 물리학계는 새로운 주장에 대해 언제나 회의적이며, 특히 이처럼 근본적인 문제에 대한 도전은 더더욱 그렇다. 하지만 흥미로운 점은 이 논문이 던지는 질문 자체다. 왜 우리는 미세구조상수를 “주어진 것”으로 받아들일까? 왜 이 숫자가 변하지 않는다고 가정할까? 과학의 역사는 이런 가정들이 깨지는 순간들로 가득 차 있다. 뉴턴의 절대시간은 아인슈타인에 의해 무너졌고, 양자역학은 고전물리의 결정론을 허물었다. 그렇다면 미세구조상수도 언젠가 그 비밀이 밝혀지지 말라는 법은 없다.
이 논문이 주목받지 못하는 또 다른 이유는 저자의 위치다. 이란은 국제적인 연구 네트워크에서 상대적으로 고립된 편이며, 서구 중심의 과학계에서는 변방으로 여겨지는 경향이 있다. 하지만 과학의 역사는 변방에서 나온 아이디어들이 중심부를 뒤흔든 사례들로 가득하다. 멘델의 유전법칙은 체코의 한 수도원에서 발견되었고, 라마누잔의 수학은 인도에서 시작되었다. 이란의 이 논문이 그런 사례가 될지는 모르지만, 적어도 한 가지는 확실하다. 과학은 언제나 예기치 않은 곳에서 새로운 질문을 던지며, 그 질문들이 쌓여서 결국에는 진리를 밝힌다.
물론 이 논문이 틀릴 가능성도 크다. 하지만 과학은 틀리는 과정에서 발전한다. 중요한 것은 질문을 멈추지 않는 것이다. 미세구조상수가 왜 1/137인지, 그리고 그것이 정말로 창발적인 현상인지에 대한 답은 아직 없다. 하지만 이 논문이 그 질문을 다시 한 번 던졌다는 것만으로도 의미가 있다. 어쩌면 우리는 지금, 물리학의 새로운 장을 여는 첫 발걸음을 보고 있는지도 모른다.
“과학은 결코 완전한 진리를 발견하지 못한다. 과학은 오직 더 나은 근사치를 발견할 뿐이다.” – 버트런드 러셀
이 논문에 대한 더 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있다.
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