이따금 우주론자들이 예상보다 우주가 더 복잡하고 불안정하다는 사실을 인식할 때마다 난리법석을 부린다.
1500년대와 1600년대에 코페르니쿠스, 케플러, 뉴턴은 지구가 수많은 별들 중 궤도를 돌고 있는 많은 행성 중 하나에 불과하다는 것을 보여줌으로써 폐쇄되고 작은 우주만을 생각하던 안이한 중세의 관념을 깨뜨렸다.

1920년대 허블은 우리의 우주가 지속적으로 팽창하고 있음을 밝힘으로써 우주는 영원불변이라는 기존의 생각을 결국 산산이 부숴버렸다.

그리고 지난 수십년간 우주론자들은 별과 은하계와 사람을 구성하는 보통 물질(ordinary matter)이 우주에 존재하는 물질 중 5%도 되지 않는다는 것을 발견했다. 이러한 우주에 대한 새로운 이해로 골머리를 앓던 과학자들이 직면한 한가지 질문은 바로 “우주는 무엇으로 만들어 졌는가?”이다.


이 질문은 진보적인 신예 관측자들의 오랜 관측에서 비롯된다. 1960년대에 천문학자들은 은하들이 충분히 빨리 돌아 별들 간의 중력 때문에 떨어지지 않는다는 사실을 발견했다. 보이지 않는 것이 나타나 별이 중심에서 벗어나지 못하게 한다. : 중력 이외의 영향을 미치는 발광하지 않는 물질, 이것이 암흑물질이다.


수년동안, 과학자들은 우주에서 이 암흑물질 중 몇 개를 발견했다 ; 그들은 X-ray 망원경으로 유령같은 가스 구름을 보았다. 보이지 않는 물질 덩어리들이 그들 앞에 있는 것처럼 반짝이고, 은하계 안에서 보이지 않는 질량에 의해 야기된 시공간의 휨을 관측했다. 그리고 원시 가스 구름 속의 많은 원소들을 관찰한 덕분에 물리학자들은 보통의 물질은 단지 10%만이 망원경으로 볼 수 있다고 결론지었다.

[사진] 암흑 속에서
암흑물질은 은하계에 포함된다. ; 초신성 측정은 신비한 암흑에너지를 나타낸다.

(CREDIT: HIGH-Z SUPERNOVA SEARCH TEAM/HST/NASA)

그러나 눈에 보이는 ‘보통의’ 물질에 10을 곱한다해도 우주가 어떻게 구성되어있는지 설명하지 못한다. 천문학자들이 성능 좋은 망원경으로 하늘을 볼 때, 한 덩어리의 우주를 보게 된다. 은하계는 하늘에 균일하게 점찍혀 있지 않다. ; 그들은 광대한 공간 속에서 얽힌 얇은 덩굴손과 필라멘트처럼 함께 뭉친다. 단지 은하계가 적당한 속도로 회전하도록 하기에 충분한 눈에 보이는 물질이 없는 것처럼, 덩어리들로 간주되기에 충분한 보통의 물질도 없다. 우주론자들은 지금 아직 발견되지 않은 타입의 입자로 이루어진 암흑물질의 또 다른 형태로 인한 중력이 이러한 광대한 우주구조를 조각했다는 결론을 내린다. 그들은 이 색다른 암흑물질이 우주의 물질들 중 약 25%를 차지한다고 추정한다. - 보통 물질보다 다섯배나 많은 것이다.


그러나 이 신비한 존재는 또 다른 미스터리 암흑에너지와 비교함으로써 드러나게 된다. : 암흑에너지. 1990년대 후반기에, 멀리 떨어진 초신성을 조사하고 있던 과학자들이 물리학 법칙이 의미하는 것처럼 우주가 천천히 축소하는 대신 더욱 더 빠르게 확장되고 있다는 것을 발견했다. 우주를 부풀리는 어떤 종류의 반중력이 있는 것일까?


모든 사인은“예”라고 한다. 여러 가지 현상의 독립적 측정-우주배경복사, 풍부한 원소, 떼지어 모이는 은하, 중력 렌즈, 가스 구름 - 모두 일관되게 한데 모으고 있으나 우주의 그림은 기괴하다. 보통의 물질과 색다른, 알려지지 않은 입자가 우주에서 대략 30%를 함께 구성하고 있다. ; 나머지는 암흑 에너지라고 알려져 있는 이 신비한 반발력이다.


우주가 무엇으로 만들어져 있는지 해석하려면 점점 더 어려워지는 다음 세가지 질문에 먼저 답을 해야 한다. 보통의 암흑물질이 무엇으로 만들어지는지 그리고 암흑물질은 어디에 있는지? 우주에서 무거운 물체에 의한 빛의 휨을 측정하는 것과 같이, 천체 물리학의 관찰은 이미 답을 준다. 색다른 암흑물질은 무엇인가?


과학자들은 운 좋으면 고에너지의 원자 분쇄자 또는 깊은 곳에 묻어둔 암흑물질의 트랩이 향후10년 내에 새로운 타입의 입자를 발견할 것이라는 생각을 가지고 있다.

마지막으로, 암흑에너지는 무엇인가?

10년 전에는 제기되지도 않았던 이 질문은, 이제까지 관찰된 다른 어느 현상보다 더, 알려져 있는 물리학을 넘어설 것처럼 보인다. 중력 렌즈의 계획된 관찰뿐만 아니라 초신성과 우주배경복사의 이제까지보다 더 나은 측정은 암흑에너지의 "상태의 방정식” 에 관한 정보를 줄 것이다. 본질적으로 물질이 얼마나 흐물흐물한가이다. 그러나 당분간 암흑에너지의 본성은 논쟁의 여지가 많고 물리에서 가장 확실하지 않은 문제이다. 그리고 그 대답을 찾았을 때 가장 빛을 받게 될 것이다.


글쓴이 : Charles Seif


<출처> Science ALL

Posted by TopARA

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  1. 2006.08.10 17:34  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    비밀댓글입니다

  2. 토파라 2006.08.10 17:41  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    감사합니다. 수정하였습니다.&lt;br /&gt;
    앞으로도 지속적으로 관심갖아 주십시오