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KISTI 과학향기 제1766호

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암흑물질과 암흑에너지란 무엇인가

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우리가 알고 있는 물질들
원자, 별, 은하, 행성, 나무와 바위 그리고 우리들
이것들은 지금까지 밝혀진 우주에서 5%도 차지하지 못합니다
25%는 암흑물질이고 70%는 암흑 에너지입니다.
이 두 물질들은 보이지 않습니다.
이건 굉장히 이상한데, 이는 우리가 경험한 모든 것은
현실의 아주 작은 부분에 불과하다는 것을 보여주기 때문입니다.
하지만 더 심한것은,
우리는 암흑 물질과 암흑 에너지가 무엇인지 갈피조차 잡지 못하고, 어떻게 작용하는지도 알지 못한다는 겁니다.
하지만 우리는 그것들이 실존한다는 것은 잘 알고 있지요.
그럼, 우리가 아는건 뭘까요?
암흑 물질은 은하를 존재할 수 있게 만드는 물질입니다.
우주가 왜 이런 구조를 이루고 있는지 계산을 해본다면,
일반 물질이 충분치 못하다는것이 꽤나 분명해지죠
일반 물질들의 중력은 은하와 복잡한 구조를 형성하긴
충분하지 않습니다.
만약 가시 물질들만 존재한다면, 별들은 온 사방으로 흩어져야만 할 것이고 은하는 형성되지 못 할겁니다.
그래서 우리는 은하 내부와 주변에 무언가 있다는것을 알 수 있습니다.
뭔가 스스로 빛나지 않고, 빛을 반사하지 하지도 않는..
뭔가 "어두운 것" 말이죠...
하지만 암흑 물질의 존재 여부를 계산할 수 있다는것 말고도,
우리는 볼 수 있습니다.... 약간은 말이죠.
암흑 물질이 매우 집중된 곳 부근에 지나가는 빛이 굴절되어서 말이죠.
그래서 우린 중력과 상호 작용하는 무언가가 있음을 알 수 있습니다.
현재, 우린 암흑 물질이 무엇인지 보다 암흑 물질이 무엇이 아닌지를 더 알고 있습니다.
우리는 암흑 물질이 행성 없는 일반 물질의 구름이 아니라는 것이라는 것을 알고있습니다.
왜냐하면 그런건 우리가 감지 할 수 있는 입자를 방출하기 때문이죠.
암흑 물질은 반물질도 아닙니다.
왜냐면, 반물질은 일반 물질과 반응할때 고유의 감마선을 내뿜기 때문이죠.
암흑 물질은 또한 블랙홀로 이뤄져있는것도 아닌데,
블랙홀은 주변에 매우 격렬한 영향을 주지만,
암흑 물질은 모든 곳에 다 퍼져있는것으로 보이기 때문입니다.
기본적으로 우리는 오직 세가지 사실을 알고 있습니다.
1. 무엇인가 있다.
2. 그것이 중력과 상호작용한다.
3. 그 물질이 아주 많다.
암흑 물질은 아마도, 우리가 알고 있는 물질과 빛의 상호작용이 통하지 않는
복잡한 별난 물질(exotic matter)로 이루어져 있을것입니다.
하지만, 지금 우리로썬 모르는 것이죠.
암흑 에너지는 이보다 더 기이하고 이상합니다.
우린 그걸 감지도 못하고 측정할 수도 없고, 맛보지도 못합니다.
하지만 우리는 이것이 미치는 영향은 확실히 알고 있습니다.
1929년, 에드윈 허블이 멀리 떨어진 은하들의 파장들의 변화를 조사했는데
공간으로 나아가는 이 파장들은 전자기파 스펙트럼에서 적색편이를 일으켰습니다.
공간으로 나아가는 이 파장들은 전자기파 스펙트럼에서 적색편이를 일으켰습니다.
그는 멀리 떨어진 은하일수록 적색편이가 크게 측정 되고,
가까운 은하는 그렇지 않다는 것을 알아냈습니다.
허블은 이것이 우주 자체가 팽창하기 때문이라는것을 밝혀냈는데,
적색편이는 공간의 팽창에 따라 빛의 파장이 늘어지면서 일어나기 때문입니다.
적색편이는 공간의 팽창에 따라 빛의 파장이 늘어지면서 일어나기 때문입니다.
훨씬 최근의 연구에서는 우주의 팽창이 점점 더 빨라지고 있다는 것을 보여주고 있는데,
연구 이전엔 우주의 팽창이 중력에 의해서
결국 느려지거나, 스스로 수축해 언젠가 붕괴 할것이라고 생각하였습니다.
공간은 팽창한다고 해서 그 속성이 바뀌지 않습니다. 그냥 공간이 더 늘어나는 거죠 .
새 공간은 끊임없이 모든곳에서 생성됩니다.
은하들은 서로를 중력으로 강하게 묶고 있는 물질들의 무리이기 때문에,
우리는 우리 일상에서 우주가 확장되는것을 느낄 수 없지만
우린 모든 곳을 보며 알 수 있죠.
매 초마다 우리 주변의 빈 공간이 있는 모든곳은 확장되고 있습니다.
그래서 암흑 에너지는 일종의 진공이 가지는 에너지처럼 보입니다.
우리가 아는 우주의 어떤 다른 에너지보다 강하고,
시간이 갈수록 점점 더 강해지는 에너지 말입니다.
빈 공간은 모든 우주의 다른것을 합친것보다 더 많은 에너지를 갖고 있습니다.
우리는 암흑 에너지가 무엇일지에 대한 몇가지 아이디어을 가지고 있는데,
하나는, 암흑 에너지가 어떤 "물질"이 아니라 그저 공간의 속성이라는 것입니다.
빈 공간은 아무것도 아닌게 아니라, 스스로 에너지를 가지고 있다는 겁니다.
빈 공간은 스스로 공간을 더 만들어 낼 수 있고, 꽤나 활동적이죠.
그런고로, 우주가 팽창하면서, 틈을 채우기 위해서 공간이 더 생기고,
그것에 의해서 또 공간이 계속 생기는 과정을 거치면서 팽창이 가속되는 우주를 만드는 것입니다.
이 개념은 1917년 아인슈타인이 도입한 중력과 반대되는 개념인 우주상수와 유사합니다.
이 개념은 1917년 아인슈타인이 도입한 중력과 반대되는 개념인 우주상수와 유사합니다.
이 개념은 1917년 아인슈타인이 도입한 중력과 반대되는 개념인 우주상수와 유사합니다.
유일한 문제는 이 에너지의 양을 계산하려고 할 때
결과가 굉장히 잘못되었고 이상해서, 오직 혼란만 가중 시킨다는 것입니다.
다른 개념은 진공은 사실 자발적으로
아무것도 없는곳에서 생성되고 사라지는
일시적인 가상 입자들로 가득 차있다는 것입니다.
이 입자들에서 나오는 에너지가 암흑 에너지라는 겁니다.
혹은 암흑 에너지가 우주 전체에 퍼져있는 알려지지 않은 종류의 동적 에너지 유체나 에너지 장으로
어떤 이유에선지 보통 물질과 에너지와 반대의 효과를 일으킬수도 있습니다.
어떤 이유에선지 보통 물질과 에너지와 반대의 효과를 일으킬수도 있습니다.
하지만 존재하더라도, 우리는 그것이 어떻게 동작하는지, 어디에 있는지, 어떻게 찾을수 있는지도 알 수 없습니다.
그래서, 아직 답할 많은 문제들이 있습니다.
우리의 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 이론은 아직 이론입니다.
우리의 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 이론은 아직 이론입니다.
한편으로는, 이 것이 꽤나 절망적일수도 있습니다. 하지만 다른 한편으론, 이 것은 첨단 과학입니다.
굉장히 흥미롭다는 것이죠.
이것은 우리가 모든것의 위에 있다고 생각하지만,
우리는 실제로는 우주 위의 아주 작은 섬 위에서 하늘을 보며
우주가 어떻게 돌아가는지 궁금해 하는 스마트폰 쓰는 유인원일 뿐이라는 사실을 알려줍니다.
아직도 배울 것은 엄청나게 많이 남아 있습니다. 그리고 그것은 기막히게 멋진 일이죠.
기사
.
번역자: Amara.org
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=QAa2O_8wBUQ
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