히로세 다치시게 지음, [질량의 기원] 발췌

 

① 1장: 현대에 있어서의 만리장성

- 이 설명에 따르면 물질의 질량은 처음부터 물질에 갖추어진 것이 아니고, 우주 초기에 진공 속에 나타난 힉스라 부르는 소립자에 의해서 초래된 것이라 한다. (12쪽)

- 그런데 질량을 단순히 물질의 양이라 생각하면, 그것은 보통 ‘무게’로 측정할 수 있다. 결국 질량과 무게는 서로 떼어 놓을 수 없는 것이고 물질이 있으면 거기에는 반드시 무게가 있다는 것이 우리들의 상식이다. 확실히 종이, 나무, 금속, 물, 유리 등, 주변을 둘러보아도 무게가 없는 물질은 어디에도 없다. 바로 그렇기 때문에 인류는 먼 옛날부터 스스로의 경험을 통해서 <저울로 무게를 측정함으로써 물질의 분량을 결정할 수 있다>는 것의 올바름을 인식해 왔다. (12쪽)

- 하지만 지금은 사정이 다르다. 현대물리학의 최신 이론이 <질량과 물질은 별개의 것>이라 주장하고 있기 때문이다. 그렇다면 질량이 없는 물질이 있어도 된다고 말할 수 있을 것 같다. (12쪽)

- 이 논의를 진행시켜 가면 소립자보다 작은 세계, 예컨대 질량의 기원을 떠맡는 힉스 입자를 발견하려면 이제까지는 없던 높은 에너지를 발생하는 가속기가 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다. (25쪽)

- 이제까지의 검토에 따르면 힉스를 실험으로 확실히 포착하기 위해서는 20TeV라는 에너지가 필요하고, 따라서 이 규모의 가속기를 건설하지 않으면 안되는 것이다. (26쪽)

- 이상과 같이 ‘질량’은 그만큼 우리들 일상생활의 온갖 장면에 나타난다. (27쪽)

- 그러한 사정이므로 표준모형의 입장에 서면 질량조차도 더 기본적인 법칙으로부터 유도할 수 있다는 것이 된다. 표준모형은 처음에 질량이 없는 원시물질이 있었고, 그후 무언가의 기구- 이것을 힉스 기구라 한다-에 의해서 물질이 질량을 획득했다고 주장하고 있다. 이 표준모형의 예측을 실험적으로 검증하고 질량의 기원을 밝히려는 것이 에너지․프런티어를 지향하는 대가속기 계획이다. (29쪽)

② 2장: 질량이란 무엇인가?

- 천칭이나 용수철 저울로 무게를 재는 것은 일상적으로 체험하고 있는 것이므로 “질량이란 무게로 측정할 수 있는 물질의 고유의 양이다.”라고 말하면 안심할 수 있지 않을까. (32쪽)

- 엄밀하게 말하면 지구상에서도 중력은 장소에 따라 다르다. 그래서 비례상수 k의 값은, 가령 그것이 지구상이었다 하더라도 장소가 다르면 다른 값이 된다. (35쪽)

- 이와 같이 비례상수가 일정한 값을 잡을 수 없다면 이미 질량을 무게로 대신할 수는 없다. (35쪽)

- 그런데 k가 정해지지 않는다면, 다시 질량은 어떻게 해서 측정하는가 하는 의문이 생긴다. (35쪽)

- 단위 분동의 무게를 결정해서 그것을 단위질량이라 하면 그 분동과의 비교로부터 물체의 질량을 결정할 수 있다. (36쪽)

- 미터법이 제정된 당초는 1기압, 섭씨 4도의 물 1000세제곱센티미터의 질량을 1킬로그램이라 정의하였지만 오늘날에는 물에서 떠나 ‘국제 킬로그램 원기’에 의해서 결정되고 있다. 또한 섭씨 4도의 물 1000세제곱센티미터의 질량은 0.999972 킬로그램이다. ‘국제 킬로그램 원기’는 백금90-이리듐10의 합금으로 만들어진 높이와 지름이 약 39밀리미터의 원기둥이고 1899년의 제1회 국제도량형총회에서 원기로 인정됐다. 현재 프랑스․세이블의 국제도량형국에 보관되어 있다. (37쪽)

- 그리고 천칭이라는 얼핏 보기에 원시적인 장치에 의해서 질량을 결정할 수 있었다. 천칭의 원리는 정지된 물체에 작용하는 중력을 이용하고 있으므로 이와 같이 결정된 질량을 ‘중력 질량’이라 부른다. (37쪽)

- “관성이란 원래의 운동상태를 변화시키지 않으려는 물체 고유의 성질이다.” (39쪽)

- 즉 운동 상태를 바꾸려고 생각하면 힘을 가해서 가속도를 발생시킬 필요가 있다. (39쪽)

- 1. 힘은 가속도에 비례한다. 2. 관성의 크기는 질량에 비례한다. 3. 힘을 일정하게 했을 때 질량과 가속도는 반비례한다. (40쪽)

- [힘]=[질량]×[가속도]. 이 식에서 질량은 관성의 크기에 비례하므로 이것을 ‘관성질량’이라 부른다. 결국 이것은 물질의 고유의 양이라는 의미에서 질량이고, 관성의 척도가 된다는 의미에서 관성질량이라 부를 수 있다. (40쪽)

- “질량에 2개의 정의가 있으면 불편해서 견딜 수 없다. 도대체 우리는 그 2개를 어떻게 구분해서 사용하는가?” (43쪽)

- 하지만 걱정할 것 없다! 다행스럽게도 결국 이 양자는 일치하는 것이다. (43쪽)

- 그래서 다음의 문제는 소립자처럼 미소한 것의 질량은 어떻게 해서 측정하는가다. (43쪽)

- 이와 같이 천칭으로는 측정할 수 없는 소립자의 질량이라도 역학적인 방법으로 결정할 수 있다. (45쪽)

- 무게를 느끼는 것으로서의 중력질량과 관성으로서의 관성질량은 전혀 관계가 없는 정의로부터 출발한 개념이므로 이 2개가 일치하지 않으면 안되는 필연적인 이유는 어디에도 없다. (45쪽)

- 1896년 부다페스트대학의 실험물리학자 R. 에토베슈는 자신이 고안한 정밀한 비틀림 저울을 사용해서 관성질량과 중력질량의 비가 온갖 물질에서 일정한지 아닌지를 검증하려 했다. (46쪽)

- 이와 같이 생각해 가면 지구상에 존재하는 모든 물체는 관성질량과 중력질량이라는 상이한 성질을 통해서 원심력과 중력의 작용을 동시에 받고 있음을 알 수 있다. (47쪽)

- 이들 일련의 실험에 의해서 1조분의 1이라는 극히 높은 정밀도로 관성질량의 값이 중력질량의 값에 비례하는 것이 확인됐다. (50쪽)

- 아인슈타인은 원심력과 같은 겉보기의 힘과 중력을 구별할 수 없다는 ‘등가원리’를 기본가설로 하여 거기서부터 중력장의 이론을 전개했다. (51쪽)

- 마지막으로 이 장을 끝냄에 있어서 지겹도록 장황한 것 같지만 여기서 얻은 결론은 2개의 질량개념이 똑같다는 것을 <증명>한 것은 아니라는 점에 주의하자. 어디까지나 이것은 등가원리라는 <가설>에서 유도된 결론이다. 가설을 출발점으로 해서 유도되고 있는 이상 그 결론도 또한 가설일 수밖에 없다. (58쪽)

- 그리고 일반상대론이 중력장을 올바르게 기술하는 것은 많은 실험으로 검증되어 있고 현재는 이 이론을 의심하는 사람은 없다. 이러한 것은 출발점이 된 등가원리의 올바름- 그 본질적인 원인은 모르지만-을 시사하고 있다고 해도 될 것이다. (58쪽)

③ 3장: 질량은 어디에 있는가?

- 물질을 그 구성요소로 분해해 갔을 때 먼저 최초에 나타나는 요소는 ‘분자’이다. 분자는 색깔, 딱딱한 정도, 냄새... 등 물질의 성질을 남기는 최소단위다. (61쪽)

- 양성자․중성자의 크기는 대략 1000조분의 1미터(10-15m)이지만 전자의 크기는 현재의 실험으로는 아직 관측되어 있지 않다. 따라서 많은 이론은 전자를 크기가 없는 점상(점 모양)의 입자로서 취급하고 있다. 물질은 모두 우리들 인간도 포함해서 양성자․중성자․전자라는 3종류의 소립자로 구성된다. (63쪽)

- 양성자의 질량은 1.67×10-27 킬로그램이고 중성자의 질량은 이것보다 0.14퍼센트만큼 무겁다. 이에 반해서 전자의 질량은 훨씬 가벼워 양성자․중성자의 약 1800분의 1, 즉 9.11×10-31킬로그램이다. (64쪽)

- 원자의 크기란 전자의 회전궤도의 넓이에 상당하고 약 100억 분의 1미터(10-10m)이다. 원자핵의 크기(10-15m)는 전자궤도의 10만분의 1에 상당한다.

- ...이러한 상황 속에서 게르만(겔만)과 츠바이크에 의해서 ‘쿼크 모델’이 제안되었다(1963년). 이 모델에 따르면 양성자․중성자와 같은 하드론은 ‘쿼크’라 부르는 미소한 요소로부터 성립하고 있다. 당시 3종류의 쿼크 업(u), 다운(d), 스트레인지(s)가 가정되었다.

- 실증의 학문으로서의 물리학에서는 존재하는 것은 반드시 관측되지 않으면 안되고 역으로 관측되지 않는 것은 존재한다고는 단정할 수 없었다. 쿼크는 이렇게 오랜 동안 정착한 과학의 상식을 깨버렸다. <관측되지 않아도 존재하는 것은 존재한다.> 이것이 쿼크가 우리에게 가르쳐준 새로운 물질관이다. (69쪽)

- 그런데 쿼크의 전하는 1/3을 1단위로 하고 있다. (69쪽)

- 현재는 쿼크를 포함하는 모든 소립자에 입자와 반입자가 쌍으로 되어 존재하는 것이 밝혀져 있다. 쿼크의 예에서도 알 수 있는 것처럼 입자와 반입자의 양자수(전하, 바리온 등)는 서로 반대의 부호를 갖는다. (74쪽)

- 100종류 이상이나 있는 하드론을 모두 쿼크 모델에 의해서 보기 좋게 설명할 수 있다는 것이다. (75쪽)

- 쿼크의 경우와 마찬가지로 6개의 렙톤에도 또 반입자(반렙톤)가 대응하고 있지만 그것들은 렙톤수 –1을 갖는다. (75쪽)

- 렙톤은 모두 단독으로 관측할 수 있으므로 각각에 대해서 질량을 결정할 수 있다. (76쪽)

- 전자의 질량은 9.11×10-31킬로그램이고, 뮤입자와 타우입자는 각각 전자의 질량의 약 200배, 약 3600배의 질량을 가진 것이 실험으로 밝혀지고 있다. (77쪽)

- 이에 반해서 뉴트리노는 전기적으로 중성이고 전자기 상호작용을 하지 않기 때문에 그 검출이 매우 어렵다. 간접적인 측정으로부터 3개의 뉴트리노의 질량은 매우 작다는 것을 알고 있지만 그 값은 아직 확정되어 있지 않다. 특히 타우뉴트리노 질량의 불확정성이 크다. (77쪽)

- 결국 u, d 쿼크의 질량은 양성자, 중성자 질량의 1/3이 된다. (77쪽)

④ 4장: 전화하는 질량

- 빛은 파동이고 입자이기도 하다. (81쪽)

- 특수상대론에 따르면 물체가 정지하고 있을 때의 질량을 m0라 하면 운동하는 물체의 전체에너지 E는 E=m0c2/√1-(v/c)2으로 주어진다. 여기서 속도 v가 광속 c에 비해서 충분히 작을 때는 위의 식은 양호한 근사로 E=(1/2)m0v2+m0c2처럼 나타낼 수 있다. (85쪽)

- 특수상대론의 에너지에 대한 관계식은 정지질량과 정지에너지가 비례하는 것을 의미하고 있다. 결국 적절한 수단이 있으면 질량과 에너지는 서로 전화(질적으로 바뀌어서 달리 됨)할 수 있는 것이다. (86쪽)

- 즉 빛은 질량이 제로여도 에너지를 가질 수 있고, 그 에너지가 전자와 양전자의 질량으로 전화했다고 생각하면 이치가 맞는다. (86쪽)

- 오히려 질량은 에너지의 하나의 모습으로 생각하면, 반응을 통해서 불변인 양은 상대론적으로 기술한 <전체에너지, E>라는 것이 된다. (89쪽)

- 결국 질량이 물질에 고유한 양이라 하여도 그것은 결코 불변의 양은 아니고 물체의 속도에 의존해서 얼마든지 증대하는 것이다. (90쪽)

- 우리가 사는 물질의 세계에 반물질이 존재할 수 없는 이상 물질을 매크로의 규모로, 전부 에너지로 전화하는 것은 불가능하다. (95쪽)

⑤ 5장: 질량과 힘

- 쿼크는 왜 뿔뿔이 존재하지 않고 3개씩 모이는 것일까. 2개의 쿼크, 4개, 5개의 쿼크가 속박된 소립자는 왜 존재하지 않는가. 어째서 양성자와 중성자는 단단하게 결합하고 있는가. 이러한 물질의 규칙성은 도대체 어떠한 메커니즘으로 만들어지고 있는 것일까... (110쪽)

- 과연 만유인력의 법칙은 물체나 행성의 운동을 정량적으로 기술한다. 하지만 데카르트로서 더 중요한 것은 중력의 발생과 전파의 메커니즘을 탐구하는 일이었다. 중간에 개재물이 없이 순식간에 전달되는 ‘원격작용’으로서의 만유인력은 너무나도 신비적인 것처럼 생각되었다. (112쪽)

- 결국 물질의 소재로서의 쿼크, 렙톤과 그것에 작용하는 힘이라는 메커니즘에 의해서 물질의 계층구조를 이해하는 것이다. (113쪽)

- (패러데이의) 전기분해를 비롯한 여러 가지 실험은 원격작용의 주장을 배척하고 근접작용의 사고방법을 강하게 지지하는 것이었다. (115쪽)

- 전자기파도 또 입자로서의 성질을 보이는 일이 있다. 입자적 묘상에 섰을 때 전자기파를 ‘광자(빛의 입자)’라 부른다... 전자기력은 2개의 전하 사이에서 광자의 (옷의) 캐치볼에 의해서 발생하고 시간을 들여서 전파된다고 생각할 수 있다. (121쪽)

- 먼저 처음에 강한 힘에 대한 것이다. 이것은 양성자와 중성자를 단단하게 결합시키고 있는 힘으로 전자기력에 비하면 100배나 강한 힘이다. 이 강한 힘은 원자핵의 안전성- 그것은 물질의 안전성이기도 하다-을 보증하고 있다... 양성자, 중성자는 쿼크로 구성되어 있으므로 강한 힘은 쿼크 사이에 작용하는 힘이라 할 수 있다... 쿼크 사이에 인력을 미치고 쿼크를 속박해서 하드론을 만드는 소립자- 그것이 ‘글루온’이다. (123쪽)

- 글루온은 컬러하에 결합하여 강한 힘을 전달한다. (124쪽)

- 힘의 세기를 결정하는 하량으로서 전자기력에 대해서 ‘전자’, 강한 힘에 대해서 ‘컬러하’가 있었다. 약한 힘의 하량을 ‘위크(weak)하’라 부른다. 쿼크, 렙톤은 모두 위크하를 가지므로 약한 힘이 작용한다. (133쪽)

- ...이제까지 보아온 것처럼 3개의 힘- 전자기력, 강한 힘, 약한 힘은 모두 입자교환이라는 통일적인 사고방법으로 이해할 수 있음을 알았다... 그러나 중력도 또한 그래비톤이라 부르는 게이지 입자의 교환에 의해서 기술할 수 있는 것이라 믿어지고 있다. (133쪽)

- 이와 같이 전자기력과 중력은 그 작용이 멀리까지 다다르는 힘이기 때문에 그 효과는 매크로세계에서도 관측할 수 있다. 이에 반해서 강한 힘과 약한 힘은 도달거리가 매우 짧기 때문에 마이크로 세계에 밖에는 효과를 미치지 않는다. (135쪽)

⑥ 6장: 질량의 탄생

- 4개의 힘의 밑바탕에는 그것을 지배하고 있는 더 기본적인 법칙이 있는 것은 아닐까... (138쪽)

- 그리고 물질의 가장 기본적인 요소라고 생각되고 있는 쿼크, 렙톤은 각각 6개씩 돼버린다. (139쪽)

- 그에 반해서 힘의 이론은 천체의 운동, 지상에서의 물체의 운동, 그리고 전기․자기의 현상에서 볼 수 있었던 것처럼 여러 가지 현상의 밑바탕에 있는 공통의 법칙을 발견하려는 노력 속에서 태어났다. 그것은 현상의 분해라는 것보다는 오히려 <통합>이라는 편이 적절할 것이다. (140쪽)

- 맥스웰에 의해서 완성된 고전전자기학은 매크로 세계에서의 전기․자기의 현상을 기술하는 이론이다. 도모나가와 슈윙거는 이 고전전자기학을 마이크로 세계의 전자기현상을 포괄하는 양자전기역학으로 확장하였다. 한마디로 양자역학이라 해도 전자기력, 약한 힘, 강한 힘을 기술하는 양자역학이 있다. (143쪽)

- 전자기력은 2개의 하전입자간에 광자가 교환됨으로써 전달되고 또 약한 힘은 쿼크, 렙톤간에 세 종류의 위크 보손(W+, W-, Z0)이 교환됨으로써 전달된다. 이와 같이 2개의 상호작용은 어느 것도 <스핀 1을 갖는 게이지 입자의 교환>이라는 공통의 묘상으로 이해할 수 있다. (144쪽)

- “같은 게이지 입자이면서 어째서 위크 보손이 질량을 갖는가”... 게이지 입자의 질량은 제로이어야 할 것인데도 위크 보손만이 질량을 갖는다- 바로 이러한 것에 질량의 기원을 해명하는 열쇠가 잠재하고 있기 때문이다. (144쪽)

- 상대론적 불변성이란 틀림없이 온갖 관성계에서 물리법칙이 같은 형식으로 기술된다는 요청(공준)이다. 조금 더 구체적으로 말하면 어떤 관성계에서 성립하고 있는 법칙을 별개의 관성계로 변환- 이것을 로렌츠 변환이라 부른다-했을 때 그 법칙이 같은 형태로 되어 있다는 것이다. (148쪽)

- 게이지란 척도라든가 치수를 의미하는 말로서 철도의 레일폭 등에 사용되고 있다... 게이지 변환에 대해서 원래의 방정식이 바뀌지 않을 때 ‘게이지 불변성’ 또는 ‘게이지 대칭성’이 성립하고 있다고 말한다. (149쪽)

- 일반적으로 게이지 대칭성을 충족하는 것 같은 장을 ‘게이지 장’이라 한다. 이제까지 논의해 온 강한 힘의 장, 약한 힘의 장, 중력의 장도 또한 게이지장이다. 이리하여 힘의 장은 모두 게이지장으로 되어 있음을 알 수 있다. (150쪽)

- 전자기력에 대한 게이지 대칭성으로부터 다음의 중요한 결과가 유도된다. 1. 전하는 어떠한 과정에서도 보존된다. 2. 광자의 질량은 제로가 아니면 안된다... 둘째의 결론은 더 일반적으로 “모든 게이지 입자(광자, 글루온, 위크보손, 그래비톤)의 질량이 제로다”라고 말할 수 있다... 하지만 실제로는 위크 보손의 질량은 양성자의 100배나 된다! (151쪽)

- “어떤 물리법칙이 대국적 대칭성에 대해서 불변일 때 거듭 국소적 대칭성에 대해서도 불변이지 않으면 안된다는 보다 강한 제약(조건)을 부과함으로써 보다 새로운 힘의 장이 생긴다.” 이 장의 힘이야말로 ‘게이지장’이다. (154쪽)

- 광자의 경우가 그러한 것처럼 게이지 대칭성이 성립하고 있으면 게이지 입자의 질량은 제로가 아니면 안 되었다. 하지만 지금은 사정이 다르다. 대칭성이 (자발적으로) 깨진 것이다. 그리고 그러한 것에 의해서 위크보손은 질량을 가질 수 있게 된 것이다. (156쪽)

- ...여기서 대칭성의 자발적 깨짐을 도입해 본다. 그러면 새로운 장의 퍼텐셜 에너지는 그림 6-7b처럼 변화한다. 놀랍게도 이제까지 진공이라고 생각되어 있던 장소는 이미 최저의 에너지 상태가 아닌 것이 돼버렸다. 더 낮은 에너지 상태가 장이 제로와는 다른 장소(원점의 주위)에 나타난 것이다. 이 새로운 진공이야말로 확실히 질량 생성능력을 갖춘 ‘힉스장’이다. (157쪽)

- ...우리는 이러한 마이크로 세계에서도 등가원리가 정당한 가설이라고 생각하는 것에 조금도 주저하지 않는다... 결국 쿼크, 렙톤도, 게이지보손도 온갖 것의 관성질량과 중력질량은 똑같은 것이다. (161쪽)

- 1. 전자기 상호작용으로 성립하고 있는 ‘게이지 대칭성’을 대전제로 한다. 이때 힘을 전달하는 게이지 입자의 질량은 제로가 아니면 안된다. 2. 이론이 (대국적 대칭성은 물론) ‘국소 게이지 대칭성’을 충족할 것을 요구하면 힘의 장을 만들어낼 수 있다(이때에도 게이지 입자의 질량은 제로 그대로이다). 3. ‘국소 게이지 대칭성의 자발적 깨짐’의 도입에 의해서 게이지 입자가 질량을 획득한다. 4. 대칭성을 자발적으로 깨면 ‘골드스톤 보손(질량도 스핀도 제로의 입자)’과 ‘힉스 입자(질량은 갖지만 스핀 제로의 입자)’가 나타난다. 5. 게이지 입자가 질량을 획득하면 ‘스핀 수직성분’이라는 새로운 자유도가 나타나는데, 이것은 골드스톤 보손이 변신함으로써 생긴 자유도다. 결국 질량 제로의 게이지 입자가 골드스톤 보손을 먹고 질량을 갖게 된 것이다. (167쪽)

- 표준모형의 가장 중요한 기둥이라고도 해야 할 ‘힉스 기구’를 검증하기 위해서는 어떤 일이 있어도 힉스 입자를 포착하지 않으면 안 된다. 하지만 반양성자의 경우와는 달라서 힉스 입자의 질량은 모르고 있어 충돌하는 양성자의 에너지에 대해서 정확한 예측이 서지 않는다. (172쪽)

⑦ 7장: 우주와 질량

- 우주는 개벽(빅뱅) 후 10-11초 이전에서는 게이지 대칭성이 성립하는 대칭성이 높은 상태였다... 개벽 후 10-11초 지났을 때 우주를 채우는 진공에 극적인 변화가 생겼다. ‘진공의 상전이’가 일어난 것이다. 그때까지 성립하고 있던 게이지 대칭성이 자발적으로 깨졌기 때문에 진공은 대칭성이 낮은 상태로 전이한 것이다. 이 결과 에너지의 최소값은 이미 원점이 아니고 원점에서 벗어난 장소에서 실현되었다. 우주에 힉스장이 발생하고 그것에 의해서 위크 보손이나 쿼크, 렙톤이 질량을 획득하고 전기약력은 전자기력과 약한 힘으로 분기했다. 이리하여 우주는 <단순에서 복잡으로> 변모를 수행하여 오늘날 우리가 보는 새로운 질서- 질량, 전자기력, 약한 힘-가 나타난 것이다. (192쪽)

- ...반대로 우주초기를 향해서 시간을 거슬러 올라가면 에너지가 높아지는 것이므로 세계는 복잡에서 단순으로 역행할 것이다. 초기우주에서 3개의 힘이 일원화되어 있었다는 것은 바로 이러한 단순한 세계가 있었던 것을 의미한다. (199쪽)

- 우주의 창조와 동시에 원시의 힘이 나타나 우주를 지배했다. 그러한 상태가 계속된 것은 플랑크 시간(10-44초)까지의 순간이었다... 개벽 후 10-44초 지났을 때 첫 번째의 진공의 상전이가 일어났다... 첫 번째의 상전이에서 원시의 힘으로부터 중력이 분리되어 대통일이론의 세계가 나타났다... 3개의 힘(강한 힘․전자기력․약한 힘)은 ‘대통일 힘’으로서 일원화되어 있다. (201쪽)

- 개벽으로부터 10-36초가 지났을 때 두 번째 진공의 상전이가 발생했다... 이 상전이의 직후에 기묘한 일이 일어났다. 10-28센티미터의 우주가 단숨에 1센티미터까지 대팽창하였다는 ‘우주 인플레이션’이 있었던 것이다... 그런데 두 번째의 상전이로 대칭성의 자발적 깨짐에 의해서 대통일 힘으로부터 강한 힘이 독립하였다... 이때 그때까지 질량 제로의 X입자가 양성자의 1015배라는 큰 질량을 획득한다. (204쪽)

- 개벽으로부터 10-11초가 지나서 우주의 온도가 1015K까지 내려 갔을 때 세 번째의 상전이가 일어났다... 위크 보손, 쿼크, 렙톤이 질량을 획득한 것은 바로 이때이다. (204쪽)

- 개벽으로부터 10-4초가 지나고 우주의 온도가 1012K가 됐을 때 마지막의 상전이가 발생했다... 마지막의 상전이에서 쿼크는 글루온의 끈에 의해서 속박되어 양성자나 중성자 속에 가두어졌다. 이리하여 물질의 소재로서의 2개의 소립자인 양성자와 중성자가 준비된 것이다. (205쪽)

⑧ 8장: 질량의 주변

- 그런데 은하를 전파망원경으로 보면 사정은 변한다. 빛을 발하지 않는 물질인 ‘암흑물질’이 대량으로 있음을 안 것이다. (210쪽)

- 회전속도 v가 r에 의존하지 않는다- 그것은 209페이지의 식에서 질량 M이 거리 r에 비례해서 증가하고 있음을 의미하고 있다. (211쪽)

- 밝게 빛나는 은하의 외측에는 빛도 전파도 방출․흡수하지 않는 암흑물질(dark matter)이 대량으로 분포하고 있다. (211쪽)

- 소립자물리학의 입장에서 암흑물질의 후보가 될 수 있는 것을 검토해 보자. 무거운 뉴트리노. 초대칭성 입자. 표준모형으로부터 예상되는 소립자에 ‘악시온’이라 부르는 가벼운 질량을 갖는 미지의 소립자가 있다. (217쪽)