사물의 풍경

자연과 문화 그리고 과학기술의 교차로에서 바라보는 사물/객체의 풍경

프랭크 윌첵: 오늘의 인용-장(Field)

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2013. 7. 24.

 

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장 Field

 

공간을 채우고 있는 존재자. 장이라는 개념은 십구 세기에 전기와 자기에 관한 패러데이와 맥스웰의 작업을 통해서 물리학에 도입되었다. 그들은 공간을 채우고 있는 (보이지 않는) 전기장과 자기장이 존재한다는 관념을 도입하면 전기와 자기의 법칙들이 가장 쉽게 형식화될 수 있다는 점을 알아내었다. 어떤 지점에 위치한 전하가 느끼는 힘은 그 지점에서의 전기장의 세기에 대한 척도를 제공한다. 그런데 패러데이-맥스웰 개념에서는, 주변에 그것을 감지하는 전하를 띤 입자가 존재하든 그렇지 않든 간에, 장이 존재한다. 그러므로 장들은 나름의 삶이 있다. 맥스웰이 그 어떤 물질적 전하 또는 전류와도 관련되지 않은 채 자체적으로 생성되는 전기장과 자기장의 교란이 빛으로 해석될 수 있다는 점을 발견했을 때, 이 개념의 유용성이 즉각적으로 드러났다.

 

전기역학의 양자적 판본에서 전자기장은 광자를 생성하고 소멸시킨다. 더 일반적으로, 우리가 입자로서 감지하는 그런 종류들의 들뜸(전자, 쿼크, 글루온 등)은 근본적인 객체인 다양한 장들(전기장 등)에 의해 생성되고 소멸된다. 이것이, 그 어떤 두 개의 전자들도 우주의 어느 곳에서도 정확히 동일한 기본적인 특성들을 지니고 있다는 중요한 사실에 대한 우리의 가장 근본적인 이해를 제공한다. 둘 다 동일한 장에 의해 만들어졌다!

 

때때로 물리학자들이나 공학자들은 "나는 특수하게 차폐된 실험실 내에서 전기장과 자기장을 영으로 줄였다"와 같은 진술들을 할 것이다. 속지 마시라! 이것이 의미하는 것은 그런 장들의 평균값이 영이 되었다는 점이다. 그럼에도 하나의 존재자로서의 전자기장은 여전히 존재한다. 특히 전자기장은 여전히 그 차폐 내부에서 전류에 반응할 것이고, 양자 요동―즉, 가상 광자들―으로 여전히 끓는다. 마찬가지로, 깊은 우주에서 전기장과 자기장의 평균값은 영이거나 거의 영이지만, 그 장들 자체는 전체에 걸쳐 퍼져 있고, 그래서 임의적으로 먼 거리를 가로지르는 빛의 전파를 뒷받침한다. (그 장은 한 지점에서 광자를 소멸시키며, 그 다음 지점에서 새로운 광자가 생성된다,....)

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―― 프랭크 윌첵(Frank Wilczek), <<존재의 가벼움(The Lightness of Being)>>(2008), p. 229-30.