우주 및 천문 최신정보

[송몽채]

정도령 후보자 입니다. 이번에 시작한 저의 동영상 한 번 보세요. 동영상 제목 '지구천국 1-1' 을 입력하시면 됩니다. 현재 1회(4부)와 2회(3부)로 시작하여 모두 21회를 올려놓았습니다. 특히 8회의 4부와 5부에서는 종합정신수련의 실제 동작 모습을 보여드리고 있습니다.​

*우주및 천문학에 관한 최신 정보

일반인들이 가장 잘 모르는 분야 중 하나가 이 과학에 관한 정보인데, 여기에서는 본인이 최근에 읽은 과학에 관한 글과, 평소에 과학에 관한 본인의 지식을 결합하여 올려보기로 합니다.

싣는 내용: 1.우주에 관한 여러 가지 놀라운 내용

2.상대성 원리에 관하여 3.양자론(量子論)에 관해서 4.소립자(素粒子)에 대하여. 5. 암흑 물질(暗黑 物質)과 암흑 에너지.

1.우주에 관한 여러 가지 놀라운 내용

宇宙에 관한 정보는 수많은 천문학적인 관측 장비에 의하여 놀라운 엄청난 내용들이 속속 밝혀지게 되었다. 여기에서는 그 중 중요한 내용을 선정하여 보여주겠다.

1)은하수: 밤하늘에 희미하게 한 줄로 늘어선 우유 빛 줄기는 옛날 우리의 선조들은 그것이 어떤 무늬인지, 혹은 우주에 있는 가스인지 전혀 모르는 채 의문을 갖고 있었다. 은하수에 처음으로 망원경을 향하고서, 그것이 실은 수 없이 많은 별의 집합체라는 것을 밝힌 학자는 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)였다. 그리고 천왕성의 발견자인 윌리엄 허셜(1738~1822)은 은하수가 마치 볼록렌즈와 같은 모양을 한 별의 집단이라는 결론을 내렸다. 우리 은하는 약 2000~3000 억 개의 별로 구성되어 있다고 추정하고 있다. 또한 우리 은하는 지름이 약 10 만년 되는 막대 나선은하(가운데 부분이 마치 막대기처럼 되어 있는 은하)이며, 태양은 은하의 중심에서 약 2만 6,000 광년의 거리에 있다. 중심 부분은 마치 달걀의 노른자위 같은 모양을 하고 있는데 이를 벌지(bulge)라고 부른다. 이 벌지의 중심 부분에는 강력한 블랙홀(black hole)이 있으며, 벌지에는 늙은 별, 즉 나이가 많은 별이 많이 있어서 별의 고령화가 진행되고 있는 곳이기도 하다. 우리은하의 벌지는 공 모양보다는 약간 가늘고 긴 막대 모양을 하고 있다. 우리 은하의 두께는 태양 근방에서 약 2,000 광년이다. 또한 우리 은하의 주변에는 마치 공 모양의 암흑물질로 둘러 싸여 있는데, 이를 헤일로(halo)라고 하며, 이 헤일로 주변에는 약 200 개의 구상성단(球狀星團)이 있다. 구상 성단이란 수 백 개~수 만 개의 별이 마치 하나의 공 속에 밀집되어 있는 모양인데, 이 구상 성단의 형성 원인을 살펴보자. 은하가 처음으로 만들어질 때는 하나의 거대한 성운(星雲) 속에서 여러 별이 탄생하여 무리를 지으면서 만들어 지는데, 이 때 이 은하의 주변에는 작은 크기의 성운이 수 백 개가 떠 돈다는 것이다. 이 작은 성운 속에서 수 백 개 혹은 수천, 수만 개의 별이 탄생하여 은하의 주변에 떠 도는데, 은하계가 하나의 거대한 인력권을 형성하기 때문에 은하에서 벗어나지 못하고, 은하의 멤버로서 존재한다는 것이다. 이 구상성단에는 대부분 나이가 많은 별이 있다고 한다. 우리 은하수의 크기는 지름이 약 10만 광년이라 하였는데, 이 10만 광년이 얼마의 크기인지 가늠하기가 쉽지 않다. 가령 지구(지름 약 13,000 km)를 유리구슬 정도의 크기로 줄였다고 할 때, 은하의 지름은 태양에서 목성까지 정도의 크기(약 7억 8,000 만 km)가 된다는 것이다. 이 거리는 빛의 속도로 약 45분 걸리는 거리다. 그렇다면 지구를 바닷가의 모래 정도의 작기(대략 1 mm)로 줄인다면? 그 때는 은하수의 지름은 대략 지구에서 화성까지의 거리가 된다는 것이다. 그러므로 지구에서 화성까지 모래를 깔아 놓으면, 우리 지구는 하나의 모래 정도에 지나지 않는다는 말이 된다. 이정도면 우리의 은하계가 얼마나 큰지 짐작을 할 수가 있게 된다. 10만 광년이 이정도니, 우리 우주의 크기는 어느 정도나 될까. 우주는 현재의 과학 장비로 관측한 바에 따르면 지구에서 가장 먼 은하계까지의 거리가 약 130억 광년이라고 한다. 상상하기조차 어려운 크기라고 하겠다. 하지만 이 130 억 광년도 지구상의 망원경으로 관측한 것이고, 실제의 우주는 이보다 훨씬 더 클 가능성이 있다. (가령 우주의 지름이 130 억 광년이고, 태어 난지도 130 억년이라고 가정하자. 현재의 우주 과학자들의 관측한 바에 따르면 우주는 거의 빛의 속도로 팽창하고 있다 한다. 그런데 책, ‘플레이아데스의 사명’과 책, ‘2012년 지구 차원 대전환과 천상의 메시지들’에 따르면, 우리 우주의 현재의 나이는 현재 21조년에서 22 조년으로 들어섰으며, 우주의 평균 수명은 약 311조 년이라고 한다. 그렇다면 우주의 실제의 크기는 약 22 조 광년이라고 할 수 있게 된다. 도저히 상상하기조차 어려운 크기라고 하겠다.---본인의 註) 그럼 은하수의 팔은 무엇이며, 어째서 별들이 팔에 많이 있을까 하는 문제이다. 이것은 보텍스(vortex) 에너지(energy)를 이해하면 알 수 있는데, 이 보텍스 에너지란 다른 말로 하면 토러스(torus)라고 하며, 한 무리의 에너지 집합체가 가만히 있는 것이 아니고 중심에 있는 핵을 중심으로 회전한다는 것이다. 즉, 우주에 있는 모든 에너지 체(體)는 회전하는 형태로 존재한다는 것인데, 우리가 학교 다닐 때 물리나 화학 시간에 배웠던 물질의 최소 단위인 원자까지 내려가 보면, 원자 주위는 수많은 전자가 회전하고 있고, 가장 밖의 전자 이내의 영역은 하나의 에너지 장(場)으로 존재하며, 좀 더 확대하여 우리의 태양계 역시 태양을 중심으로 가장 밖에 있는 명왕성 안은 하나의 에너지 장으로 존재하며, 우리의 은하수 은하계 역시 중심의 블랙홀을 중심으로 회전하는 하나의 에너지 場으로 존재한다는 것이다. 이 토러스에 관해서는 포스터 겜블(Poster Gamble)님의 ‘Official movie, thrive what on earth will it take’를 유투브에서 보면 잘 이해할 수 있다. 우리의 은하계는 눈에 보이지 않는 에너지가 회전하고 있으며, 그 에너지는 여러 개의 팔로 구성되어 있다는 것이다.

한편, 은하계 안에 있는 모든 별들은 가만히 그 자리에 있는 것이 아니고, 수 억 년에 한 번씩 은하의 중심을 축으로 해서 회전하고 있는데, 그 별들이 회전하다가 은하계 팔에 진입하게 되면 팔 안에 있는 에너지 때문에 속도가 늦어진다는 것이다. 그렇게 되면, 그 팔 안에는 속도가 늦어진 많은 별들이 빛나게 되며, 별이 일단 팔을 벗어나게 되면, 다시 원래의 회전 속도로 복귀하여 은하를 회전한다는 것이다. 이런 이유로 은하계의 팔이 수많은 별로 빛나게 된다는 것이다.

2)블랙홀(black hole)

블랙홀은 우주에서 가장 불가사의한 존재 중 하나이다. 이 블랙홀에 관한 연구는 얼마 전에 고인이 된 영국의 스티븐 호킹(Stephan William Hawking) 박사가 최고의 전문가였다. 항성, 즉 별은 태양을 기준으로 해서 그 무게가 다양하게 분포되어 있는 바, 어떤 별의 무게가 태양의 0.08 배 이하의 별은 핵 융합은 일어나지 않고, 아무리 압축해도 중심의 온도가 올라가지 않기 때문에 핵융합 반응이 없어서, 그 수명도 정확하게 정의할 수 없게 된다. 이런 별을 ‘갈색 왜성’이라고 칭한다.

(색깔이 갈색처럼 어둠침침하기 때문) 이 갈색 왜성은 빛이 매우 약해서 관측이 거의 되지 않아서, 과거에는 이론상 존재하는 별이었는데, 최근에는 적외선 망원경 같은 첨단 관측 장비가 개발되어, 그 모습을 촬영하게 되었다. 모습이라고 해 보았자 멀리 있는 별이니까 하나의 점으로 밖에 나타나지 않으나, 여하튼 그 모습을 촬영할 수 있게 되었다는 것은 놀라운 과학적 성과이다. 다음에는 항성의 무게가 태양의 0.08배~8배 의 별은 그 수명이 다할 때 쯤 되면, 점점 크기가 커져서 적색거성(赤色巨星)이 되며, 이런 항성은 비교적 온화한 죽음을 맞게 된다. 즉, 가스는 서서히 우주 공간에 확산되게 되고, 항성의 중심부분만 남는다. 이때의 별은 엄청나게 무거워서 1 세제곱 센티 당 약 1톤의 무게가 되고, 멀리서 볼 때는 백색으로 빛나게 되어서 이름을 ‘백색왜성’이라고 부른다. 여기서 우주 공간으로 퍼진 이 항성의 잔유물(殘有物)을 ‘행성상 성운(行星狀 星雲=멀리서 볼 때 마치 하나의 행성 모양을 가진 성운이라는 뜻)이라고 하며, 이 행성상 성운은 그 모양이 가지가지의 다양한 모습을 갖고 있는 것이 특징이다. 다음에는 항성의 무게가 태양의 8배~25배가 되는 별은 수명이 다할 때가 되면 역시 거대한 적색 거성이 되며, 한계 점에 이르면 초신성 폭발을 일으키며, 이때는 그 중심에 중성자별이 남게 된다. 이중성자 별은 무게가 엄청나서, 1 세제곱 센티미터 당 약 10 억 톤의 무게를 갖게 되고, 크기는 지름이 약 10 km 정도인데도, 무게는 태양의 무게와 비슷한 엄청난 무게를 갖는다. 이 중성자별은 비록 지름이 약 10km에 불과한 작은 별이나, 내부는 중성자로 가득 차 있고 굉장한 무게를 갖고 있으며, 고속으로 회전하기 때문에 이 회전으로 인한 전파를 발생한다. 회전 속도는 數 밀리 초(=1000 분의 1초가 1 밀리 초 임)부터 수초까지 다양하다. 한 번 생각해보라. 지름이 약 10km인 별이 1초에 1000 번 회전한다는 것을! 상상하기도 쉽지 않을 것이다. 이 중성자별을 최초로 발견한 과학자는 1967년에 영국의 천문학 대학원생인 조슬린 벨(Jocelyn Bell 1943~)이었다. 그녀는 우주에서 인간의 맥박처럼 규칙적으로 발사하는 전파를 포착하여, 이를 분석해본 결과 중성자별에서 발사하는 전파임을 알았고, 이 별을 펄서(pulsar=맥박처럼 전파를 발사하는 별이라는 의미. pulse=맥박, 고동)라고 명명하였다. 다음에 별의 무게가 태양의 25 배 이상의 무거운 별은 수명이 다할 경우에는 초신성 폭발 이후에 중성자별이 되지 않고, 블랙홀이 된다는 것이다. 이 블랙홀은 빛도 통과할 수 없는 그야말로 검은 구멍 그 자체이다. 현재 천문학적인 관측에 의하면, 우주에 있는 거의 모든 은하계의 중심에는 거대(巨大)한 블랙홀이 있다고 한다. 그리고 중심의 거대 블랙홀 이외에도 은하계의 곳곳에 수많은 작은 블랙홀이 있는 바, 우리 은하 안에는 약 4~5 억 개의 작은 블랙홀이 있다고 한다. 천문학자들은 이 블랙홀이 빛이 없기 때문에 그 존재를 촬영할 수가 없고, 단지 블랙홀 주변에 형성되는 강착원반(降着圓盤), 즉 블랙홀 주변에 가스끼리의 마찰을 통하여 만들어지는 수백만 도의 온도를 갖는 전자기파가 빛을 발하며, 바로 이 둥그런 빛의 원반 모양을 보고서 블랙홀의 존재를 알 수 있다고 한다. 블랙홀에 가령 우주선이나 별이 빨려 들어간다면 어떻게 될까? 그야 당연히 블랙홀의 무시무시한 압력에 의하여 찌부러지게 되고, 결국 산산 조각이 나게 된다. 또한 쌍성(雙星)의 경우 한 별이 초신성 폭발을 하여 블랙홀이 되고 다른 한 별이 적색거성(赤色巨星)이 될 경우에 블랙홀의 흡인력에 의하여 적색거성의 가스가 급격하게 블랙홀에 빨려 들어가게 되는데, 이때 그 가스 중 블랙홀 속으로 들어가지 않은 가스는 블랙홀에서 격렬한 속도로 분출되게 된다. 이를 제트라고 부른다. 지구에서 수십억 광년의 거리에 있는 블랙홀의 경우, 이 제트 분출에서 강력한 빛이 발사되는 경우가 있는데, 태양 빛의 수 조 배 혹은 수십조 배의 엄청나게 밝은 빛을 발하여, 지구에서 보면 마치 하나의 밝은 별처럼 보인다.

그러나 실은 별이 아니고, 하나의 은하계의 중심에 있는 블랙홀에서 분출하는 밝은 빛이라는 것이다. 이런 우주 탄생 초기의 밝은 빛을 발하는 은하계를 퀘이사(quasar)라고 칭한다.

Quasar 의 명칭은 ‘quasi-stella radio sources’에서 따온 말로서 ‘별(=stella)과 유사(類似=quasi)한 전파원(電波源=radio sources)’이라는 의미이다. 나중에 신성(新星)과 초신성을 설명할 때 다시 자세히 설명하겠다. 또한 블랙홀은 그 수명이 영원한 것이 아니고, 세월이 흐르면 증발해서 없어진다고 하는데, 이 증발 설은 영국의 스티븐 호킹 박사가 주장하였다.

3)태양계 바깥의 행성은 어떻게 찾아내는가?

지구에서 가장 가까운 별인 켄타우루스 별까지의 거리가 약 4.2광년이다. 그러니까 똑딱 하는 사이에 지구를 7.5회 회전하는 빛의 속도로 가는데도 4.2년이 걸리는 거리이니까, 그 거리가 얼마나 먼지 상상해보기 바란다. 은하문명에서 최근에 발간한 책이 ‘메톤 행성 방문기’인데, 이 메톤 행성이 바로 켄타우루스 항성을 돌고 있는 행성이고, 그곳에서 온 우주인이 지구인 여성과 사랑을 했다는 것이 내용인 바, 본인과 한기로 님이 공동 번역하였다. 지구와 가장 가까운 별의 거리를 실감하려면, 가령 서울의 남산 꼭대기에 작은 구슬 하나를 놓아둔다면, 켄타우루스 별은 부산의 영도다리 위에 작은 구슬 하나를 놓아둔 상태 정도가 된다는 것인 바, 서울에서 아무리 성능이 좋은 망원경으로 보아도 부산의 구슬을 보는 것은 불가능 할 것이다. 그래서 지구에서 다른 별을 사진 촬영을 한다고 할 때, 아무리 성능이 좋은 망원경이라도 하나의 점으로 밖에 볼 수가 없다는 것이다. 그러므로 인터넷 등에서 다른 별이나 행성을 촬영한 것처럼 사진을 보이면, 그것은 상상 속의 그림정도 이며, 이런 사진을 마치 실물처럼 말하는 것은 우주에 관한 지식이 없다는 것이 된다. 별과 별 사이가 이렇게 먼 거리에 있기 때문에 가령 하나의 은하가 다른 은하와 만나서 합체(合體)가 되어도 개개의 별과별이 충돌하는 경우는 거의 없다고 한다.

사실 오늘날의 가령 우리 은하계나 이웃 은하계인 ‘안드로메다’ 은하 역시 수많은 은하가 합해져서 이렇게 큰 은하로 되었다고 과학자들은 추정하고 있다. 우리의 은하와 주변의 은하들은 약 30 개 정도인데, 이런 은하의 군집(群集)을 ‘국부(局部) 은하군(銀河群)’이라고 부른다. 이 30 여개의 은하 중 우리의 은하와 지구에서 약 260만 광년 거리에 있는 ‘안드로메다’ 은하가 가장 크고, 미래의 모습을 전망해보면 우리의 주변에 있는 ‘대 마젤란 은하’나 ‘소 마젤란 은하’ 등은 결국 우리의 은하에 합쳐지게 될 것이며, ‘안드로메다’ 은하 주변의 은하도 역시 자체의 끌어당기는 힘에 의하여 주변의 은하들은 모두 합하게 될 것이며, 현재 초속 약 250 km로 우리의 은하와 안드로메다 은하가 서로를 향하여 접근하고 있으며, 지금부터 약 60 억년 이후에는 두 은하는 하나로 합하여서 ‘타원은하(=모양이 타원형의 은하)’로 될 것으로 전망하고 있다. 좌우지간에 본론으로 돌아가서, 하나의 항성 주변에 있는 행성은 어떻게 찾아내는 것일까? 앞에서 말했듯이 어느 별이나 주변에 있는 행성들을 망원경으로 그 모습을 볼 수가 없어서, 다른 특별한 방법으로 행성의 유무를 확인한다는 것인 바, 그 방법은 몇 가지가 있다. 즉, 하나는 ‘토플러 법’이라는 것이 있는바, 항성이 지구에서 멀어질 때는 빛의 파장이 길어지니까 붉은 색을 띄다가 가까워질 때는 파장이 짧아지니까 푸른색을 띄게 된다는 것이다. 그래서 이 현상이 주기적으로 보이면, 이 항성 주변에 이 항성에 영향을 주는 행성이 있음을 알 수 있다는 것이고, 항성의 무게와 크기를 안다면 행성의 무게와 크기도 알 수 있다는 것이다. 또 한 가지 측정 방법은 트랜싯(transit) 법이다. 이 방법에서는 행성이 항성 앞을 통과하는(=트랜싯) 현상[이런 현상을 식(蝕)이라고 함]을 관측하여, 행성이 통과할 때 항성의 빛이 약해지는 정도를 관측하는 것이다. 지구에서 행성이나 항성의 모습을 촬영할 수는 없기 때문에, 이와 같이 별의 빛이 약해지는 비율을 측정하여 항성의 크기를 안다면 행성의 크기도 알 수 있다는 것이다.

4)신성(新星)과 초신성(超新星)은 어떻게 다른가?

초신성에 관해서는 앞에서 설명하였다. 즉, 태양의 약8배~25배 의 무게를 갖고 있는 별은 수명이 다할 경우 적색거성(赤色巨星)이 되었다가 격렬한 폭발을 하며, 중심부는 중성자 별이 된다는 것이다. 이때는 초신성 폭발이 된다. 또한 태양의 25배 이상이 되면 초신성 폭발이 된 후 블랙홀이 돤다. 하지만, 태양 무게의 0.08배~8배의 무게를 갖는 별은 수명이 다할 경우 백색왜성(白色矮星)이 된다고 했는데, 이 때 쌍성(雙星)이면서 다른 하나의 별이 적색거성일 경우에는 백색왜성의 흡인력에 의하여 적색거성의 팽창된 가스가 백색왜성으로 몰려들게 된다. 이렇게 백색왜성 위에 쌓인 가스는 어느 임계점에 도달하게 되면 핵융합 반응을 일으켜서 폭발하게 되며, 이때는 극도로 밝은 빛을 발하게 되며, 본래의 별보다 수천 배의 밝기가 된다. 이것이 신성이다. 하지만 이 백색왜성의 폭발은 불과 며칠 혹은 몇 주일 동안만 빛나며, 빛이 다하면 다시 원래의 백색 왜성으로 돌아간다. 그러므로 신성이란 새로 생긴 별이 아니고, 이처럼 백색왜성 위에서 가스가 폭발하는 현상을 말하는 것이다.

5)변광성(變光星)이란 어떤 별인가?

별 중에서 밝기가 변하는 별을 말한다. 항성은 가스의 덩어리이기 때문에 팽창하려는 속성이 있고, 또한 스스로의 중력으로 다시 수축하려는 성질이 있는데, 일반적인 별들은 이 두 힘이 균형을 이루고 있다. 하지만, 어떤 별은 균형점을 이탈하여 수축과 확장을 반복하기도 한다. 가장 많이 수축을 하고난 이후 확장을 시작하려는 시점에서 그 별은 가장 빛나게 되며, 그 이후에는 빛이 점점 약해진다. 이와 같이 빛나고 어두워지고를 반복하는 별을 변광성이라고 한다. 변광성에는 세 가지 유형이 있다. 첫째의 유형은 폭발형(爆發型) 변광성인데, 항성의 표면에서 우리의 태양처럼 폭발 현상[이를 플레어(flare)라고 함]이 일어나는 것이다. 두 번째의 유형은 격변(激變) 변광성인데, 이는 그 항성이 거의 백색왜성에 가까운 별이고, 쌍성을 이루고 있으며, 상대방 별이 수명을 다하여 적색거성이 되어서, 이 적색거성으로부터 가스가 급격하게 유입되어서 표면에서 핵폭발을 일으키는 별을 말한다. 앞에서 말한 신성 폭발과 비슷하나, 다른 점은 이 별이 완전한 新星은 아니고 신성과 비슷한 변광성이라는 것이다. 셋째로는 식(飾) 변광성이다. 식 변광성이란 쌍성(雙星)이 서로가 중심축을 중심으로 회전할 때, 하나의 별이 다른 별을 겹쳐서 통과할 때, 그 다른 별의 빛이 약해지는 현상을 말한다. 이와 같이 변광성에는 3가지 종류가 있다는 것이다.

6)퀘이사(Quasar)란 무엇인가?

1963년도에 천문학자들은 수 십억 광년 떨어진 먼 거리의 우주에서 아주 강렬한 빛을 발하는 천체를 발견하였다. 그 천체의 밝기를 계산해보니 태양 밝기의 수 조 배나 되는 강렬한 빛을 낸다는 것을 알아내었다. 그 밝기는 가령 태양이 그 퀘이사라고 할 때, 현재의 태양은 밤하늘의 3등성 정도 밖에 되지 않는다는 것이다. 그래서 무슨 이유로 그 천체(그런 천체는 은하계임을 알아내었음)가 그렇게 밝은가 하는 것이다. 그 이유는 놀랍게도 블랙홀 때문이라는 것이다. 즉, 강력한 흡인력을 지닌 블랙홀 주위에 빨려 들어가는 별의 잔해가 강착원반(降着圓盤)을 형성하게 되고, 원반이 마찰에 의하여 가열됨으로써 에너지가 방출된다는 것이다. 이 때 블랙홀에서 블랙홀에 떨어지지 않은 물질이 높은 에너지의 제트로 분출되게 되며 이 분출되는 빛이 멀리서 보면 엄청나게 빛나는 빛으로 보인다는 것이다. Quasar 의 명칭은 ‘quasi-stella radio sources’에서 따온 말로서 ‘별(=stella)과 유사(類似=quasi)한 전파원(電波源=radio sources)’이라는 의미이다. Quasar는 다른 이름으로 준성(準星)이라고 한다.

7)행성상(行星上) 성운(星雲)이란 무엇인가?

가시광선으로는 잘 보이지 않지만, 적외선 사진으로 보면 밤 하늘에는 수많은 성운이 촬영된다. 이 성운이란 하늘에 보이는 마치 구름과 같은 모양을 하고 있는 가스 덩어리이다. 우리의 태양도 원래 가스 덩어리가 자체의 무게를 이기지 못하여 회전을 하여 둥근 모양의 가스 덩어리인 항성(恒星)이 되었고, 이 태양의 주변에 행성(行星)들이 만들어져서 오늘날의 태양계가 성립되었다. 성운에는 여러 가지 종류가 있는 바, 단순하게 가스 구름의 형태로 있는 것이 있는가하면(예: 장미 성운, 게 성운—등등), 초신성이 폭발한 이후에 그 폭발로 인한 둥근 고리 모양의 가스가 시간에 지남에 따라서 계속해서 커지는 성운이 있으며, 오늘의 주제인 행성상 성운도 있다는 것이다. 이 행성상 성운이란 태양 무게의 8배~0.08 배의 별이 그 수명이 다하게 되면, 적색거성이 된 이후에 초신성 폭발을 하는 것이 아니라, 그 적색거성을 구성하는 가스는 외부로 퍼지면서, 중심부는 지구 크기의 백색왜성으로 된다는 설명은 앞에서 했는데, 이 때 가스가 외부로 서서히 퍼져 나가서 둥그런 모양을 형성하는 것을 멀리서 보면 마치 하나의 행성 모습과 비슷하기 때문에 ‘행성상 성운’이라고 명명했다는 것이다. 그런데 초신성 폭발 잔해가 고리 모양으로 시간이 지날수록 계속해서 커지는 것과는 달리, 행성상 성운은 급격하게 확대되지 않고 서서히 커지면서, 그 모양도 여러 가지의 다양한 형태를 보이고 있는데, 이런 현상은 두 가지 요인에 의한 것이라고 한다. 하나는 행성상 성운의 진화 과정에서 고속과 저속(低速)의 성풍(星風)이 분다는 것인데, 이 성풍의 속도 차가 서로 어울러져서 전체의 성운 모양에 차이를 나타낸다는 것이고, 다른 한 가지 요인은 행성상 성운을 지구에서 보는 각도의 차이에 따라서 여러 가지 다양한 모양이 나타난다는 것이다.

8)별까지의 거리는 어떻게 측정하는가?

우선 금성이나 달 등의 태양계 안에 있는 행성까지의 거리는 지구에서 그 행성에 전파나 레이저를 쏘아서, 되돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는데, 오차는 수 km에서 수 cm로 비교적 정밀하게 측정한다. 하지만, 이 방법으로는 태양계 안에서도 일부분만 측정이 가능하다. 두 번째의 방법은 연주시차(年周時差)를 이용하는 방법이다. 즉 우리의 지구가 어느 한 지점에서 어느 별을 보는 각도와, 6개월 후의 어느 지점에서 그 별을 보는 각도에는 약간의 차이 측 시차가 생가는 바, 이 시차를 삼각함수의 삼각법을 이용하여 계산하는 방법이다. 이 방법으로 약 36,000 광년까지의 거리를 측정할 수 있다. 우리의 은하계의 지름이 약 10만 광년이기 때문에, 이 방법으로 우리 은하계의 약 1/3에 해당하는 별까지의 거리를 측정할 수 있다. 다음의 방법은 어떤 별의 실제 밝기와 망원경으로 측정하는 밝기의 차이를 알아내서 그 별까지의 거리를 추정하는 방법이다. 즉, 어떤 광원(光源)으로부터 내가 있는 곳까지의 거리가 멀어지면 그 광원에서 나온 빛이 점점 약해진다는 것은 상식이며, 빛의 밝기는 거리의 제곱에 반비례 하므로, 이런 원리를 이용해서 거리를 측정한다는 것이다. 그러므로 실제의 별이 얼마나 밝느냐 하는 것만 알면 그 별까지의 거리를 추정할 수 있게 된다. 그럼, 실제의 별의 밝기는 어떤 방식으로 측정할까? 이에는 몇 가지 방법이 있다는 것이다. 첫째의 방법은 맥동 변광성(脈動 變光星)으로 거리를 측정하는 것인 바, 변광성이란 마치 인간의 맥박처럼 그 밝기가 일정기간을 주기로 변하며, 그 주기를 측정하여 그 별의 밝기를 알아낸다는 것이다. 이 방법으로는 대략 6500 만 광년까지의 거리를 측정할 수 있다. 다음에 두 번째 방법은 주 계열성 (主 系列 性) 항성의 색깔로서 판단하는 방법이다. 주계열성 별이란 태양처럼 수소원자의 핵융합 반응을 하는 별을 말한다. 별의 색이 푸른색에 가까우면 그 별이 밝게 빛나고, 붉은 색에 가까우면 그 별이 어둡게 빛난다는 것이다. 세 번째로는 은하계 안에서 빛나는 초신성의 밝기로 그 초신성까지의 거리를 측정하는 것인 바, 대체로 초신성의 밝기는 거의 비슷하기 때문에 하나의 초신성이 폭발하면, 그 초신성의 밝기를 측정하여 그 초신성이 포함된 은하계까지의 거리를 측정할 수 있다는 것이다. 현재 이런 여러 가지 방법을 사용하여, 여러 가지 첨단 망원경을 이용하여 지구로부터 최대 137 억 광년 거리에 있는 별까지의 거리를 측정할 수 있다고 한다. 불과 50년 전까지만 하더라도 이렇게 먼 거리에 있는 별까지의 거리 측정은 상상할 수 없었던 일이다.

9)별과 별 사이 혹은 우주 공간은 완전히 텅 비어 있을까?

보통 우주 공간은 암흑천지이며, 별과 별 사이에는 아무 것도 없는 빈 공간이라고 생각한다. 그러나 우주 공간은 암흑물질이라는 현재의 지구촌 과학으로는 규명하지 못한 물질로 채워져 있으며, ‘장미성운’이니 ‘게성운’이니 하는 성운(星雲)이 곳곳에 있으며, 이 성운에서 새로운 별이 탄생한다는 것이다. 우선 위의 암흑물질에 관하여 생각해보자. 우리의 은하수나 안드로메다은하가 속해 있는 약 40개의 은하계의 그룹을 앞에서 말했듯이 국부(局部) 은하군(銀河群)이라 칭하고, 이런 국부 은하군이 모여서 대규모의 은하 무리를 이루는 은하의 단체를 은하단(銀河團)이라 칭한다. 또한 이런 은하단이 대규모로 모여서 1,000 개 이상의 은하가 무리를 이루면 대은하단(大銀河團)이라고 부른다. 이와같은 대은하단이 흩어지지 않고 하나의 인력권에 묶이는 현상을 과학자들은 전체의 은하단 속에 포함되어 있는 하나의 물질 때문이라고 보고 있는 바, 그 물질이 바로 암흑 물질이라는 것이다. 이 암흑 물질은 아직까지 과학자들이 실제의 모습이나 형태를 포착하지 못한, 말하자면 이론 속에만 존재하는 물질이기는 하나, 반드시 이 암흑물질을 인정해야 별이나 은하의 탄생에 관하여 과학적인 설명을 할 수가 있다는 것이다. 다음에는 암흑물질과는 비슷하나 실제로는 다른 ‘암흑 에너지’에 대하여 알아보자. 이 암흑에너지는 암흑물질 뿐만 아니라 우주의 모든 곳에 있는 에너지로서, 블랙홀 속에도 있다고 보는 에너지이다. 이것을 말하기 전에 ‘우주 거대 구조’에 관하여 알아보자. 우주 거대 구조란 앞에서 말했던 대은하단이 수도 없이 모이게 되면, 마치 고기 잡는 그물과 같은 구조로 우주에 퍼져 있게 된다는 것인 바, 이 그물 같은 구조 안에 우주에 있는 모든 은하들이 있고, 그물코와 그물 코 사이에는 텅 빈 공간이 존재한다는 것이다. 그래서 이렇게 그물코처럼 은하단과 대은하단 혹은 초은하단을 퍼지지 않고 묶는 작용을 하는 인력이 있는 존재가 바로 암흑물질이라는 것이다. 마치 우무가사리 안에 콩이 많이 있는 형상을 생각하면 된다. 우무가사리가 암흑물질이고 콩이 은하계라고 생각하는 것이다. 그리고 위의 그물코와 같은 은하수들의 집합 사이에 있는 공간은 그냥 텅 빈 것이 아니고, 여기에도 우주의 에너지가 있다는 것으로서, 바로 이 에너지가 ‘암흑 에너지’라는 것이다. 그러므로 우주는 암흑에너지+암흑물질로 구성되어 있다고 생각할 수 있다. 그리하여 별과 별 사이에 있는 암흑물질의 공간뿐만 아니라 별이나 은하계가 전혀 없는 텅 빈 공간에도 가장 기본적인 우주 에너지인 암흑 에너지가 존재한다는 것이다. 하지만 이런 암흑물질이나 암흑 에너지를 현재의 지구촌 우주 과학에서는 관측이 불가능하다는 점에서 이론상의 존재에 불과하다. 이처럼 우주에서 관측이 불가능하나 엄연히 존재하는 것으로는 4차원~11차원까지의 다차원 세계가 있다. 현재 물리학계에서는 ‘초끈 이론’이 정설로 굳어지고 있는데, 모든 물질을 구성하는 최소의 단위인 미립자도 그보다 훨씬 작은 10의 마이너스 30 승 m 정도 되는 미세한 초 끈으로 구성되어 있다는 것이다. 그런데, 이 초끈 이론에 의하면 우주는 10~11 차원으로 구성되어 있다는 것이다. 현재 다른 5차원 이상의 영계(靈界) 통신, 즉 체널링 메시지(channeling message)에 의하면, 우리의 우주는 지난 2012년 12월 21일 이전에는 11 차원이었는데, 그 이후에 12차원으로 진급하였다고 한다. 그리고 현재 석가모니, 예수 그리스도, 성모 마리아, 성 저메인, 마이트레야(=미륵) 부처, 과세음 보살, 쿠트후미 대사(大師) 등의 마스터들은 지구 주변에 있는 5차원의 공간에 거주하고 있다는 것이다. 또한 인간이 죽고 난 후에 가게 되는 천국계와 지옥계 역시 지구 주변의 공간에 존재하는데, 이 공간을 4차원 공간이라고 하며, 이 4차원 공간은 5차원 공간과 포개져서 존재한다는 것이다. 마치 공중에 KBS, MBC 등의 여러 종류의 전파가 주파수의 차이로 인하여 공존하고 있는 현상과 비슷하다. 4차원 공간은 영혼이 임시로 거주하는 ‘임시 영계’이고 5차원 이상의 공간이야 말로, 더 이상 죽음이 없는 영원한 삶을 누리는 공간이라는 것이다. 그리고 5차원 이상 12 차원까지 다양한 우주 공간이 존재하는 바, 인간이 죽고 난 이후에는 임시영계인 4차원으로, 그리고 윤회전생을 극복할 만큼 영혼이 성숙하게 되면 5차원의 靈界로, 그리고 그 이후에 자기의 영혼의 성숙도에 따라서 6차원 이상의 고차원의 우주로 점점 진급하게 된다는 것이다. 이상은 우주과학과 영성과학을 결합해본 본인의 우주론 중 일부이다.

10)은하끼리 충돌하면 어떻게 될까?

현재의 우리의 은하계 안에는 약 2,000 억~3,000 억 개의 별이 있고, 우리의 우주에는 약 2,000 억~3,000 억 개 이상의 은하계가 있다고 과학자들은 추정하고 있는데, 실제로 은하계가 우주에 몇 개나 있는지는 아무도 모른다. 그러나 저 앞에서 말했듯이 현재의 과학 장비로 측정되는 가장 먼 은하계까지의 거리가 약 130 억(정확히는 137 억) 광년이나, 텔레파시로 전해오는 높은 차원에 거주하는 존재들의 메시지에 의하면 우리의 우주가 만들어진지 약 22 조년에 들어섰다고 하니까, 크기 역시 지름이 약 22 조 광년 정도의 크기라고 할 때 은하계의 숫자 역시 엄청나게 많아지게 된다. 우주 과학자들은 현재의 우리가 살고 있는 은하수 은하계(우리의 은하계 명칭임)나 이웃 은하계인 안드로메다 은하계는 과거에 수많은 작은 은하계와 합쳐진 모양이라고 한다. 즉, 모든 은하계는 세월의 흐름에 따라서 경제학에서 말하는 인수합병(引受合倂)이 이루어지고 있다는 것으로서, 우리의 은하계와 안드로메다 은하계 역시 저 앞에서 언급했듯이 현재 엄청난 속도로 서로를 향하여 달려오고 있으며(초속 약 250 km), 약 60 억년 후에는 서로가 충돌하게 되어 있다는 것이다. 그럼 이런 은하계가 서로 충돌하는 경우에 별과 별이 서로 충돌하여 굉장한 혼란이 일어나지 않을까 하는 우려가 있겠으나, 실제로는 전혀 그렇지 않다는 것이다. 즉 현재 지구와 가장 가까운 거리에 있는 알파 켄타우리 혹은 베타 켄타우리 등의 별까지의 거리가 약 4.2~4.3 광년의 거리에 있는 바, 빛의 속도로 달려가더라도 4년 정도의 시간이 걸리는 먼 거리에 태양 등 별이 몇 개가 있으니 그 사이의 거리가 얼마나 멀 겠는가 하는 것이다. 이는 마치 서울의 남산에 구슬 하나가 있고 부산의 영도다리 위에 구슬 하나가 있는 것과 비슷하다는 것으로서, 그 사이에 다른 구슬이 몇 개가 지나갈 때 이들 구슬들이 충돌할까 하는 것을 생각해보면 얼른 알 수 있는 일이다. 이런 이치로 하나의 은하계와 다른 은하계가 충동하더라도 별과 별이 서로 부딪치는 일은 거의 없다는 것이다. 본인의 판단으로는 그렇더라도 수 천 억 개의 별들이 서로 마주칠 때 그래도 몇 개의 별은 충돌할 가능성은 있으리라고 생각하는데, 이때에는 전능하신 하나님의 힘으로 서로의 궤도를 변경시켜서 이와 같은 일은 피하게 하리라고 생각한다. 이는 하늘, 즉 하나님은 우주상에 있는 모든 생물과 무생물의 일거수일투족(一擧手一投足)을 훤히 실시간으로 알고 있고 함께한다는 점을 감안해서 본인 혼자만의 판단인 것이다. 그럼 이와 같은 合體를 거듭하는 은하계의 미래, 즉 우주의 미래는 어떻게 될까? 우주의 미래는 앞에서 말했던 플레이아데스 성단에서 온 셈야제 님이 잘 설명하고 있는데, 우리의 우주는 계속 커지다가 어느 한계에 도달하게 되면, 다시 수축을 시작하게 되고, 처음 시작 단계까지 오게 되면 완전히 눈에 보이지 않는 영(靈)의 상태로 환원되어 약 4조 년의 휴식 기간을 갖게 된다는 것이다. (이 때 우주의 나이는 311 조년) 인간으로 말하면 밤에 잠자는 시간이 되겠다. 4조년이 지나면 다시 빅뱅(Big Bang)에 의하여 새로운 우주로서의 삶을 시작하게 되며, 이와 같은 탄생이 총 7회 있게 된다는 것이다. 그 이후에는 순전히 영혼만의 우주인 우르(Ur) 우주, 그리고 다시 중심우주의 순으로 삶은 계속된다는 것이다. 다시 본론으로 돌아와서 그렇다면, 우리의 우주가 계속 커지면 밤에 보이는 별들과 은하계는 어떻게 될까? 이 문제는 우주가 계속해서 커진다는 사실에 근거해서 추론해보면 알 수 있는 바, 우리의 은하계와 안드로메다 은하계가 합쳐지고, 이어서 주변의 약 40 개에 달하는 은하계는 모두 이 거대한 은하계에 합쳐질 것이다. 이어서, 우리의 은하계와 다른 모든 은하계는 거리가 점점 멀어져서 궁극적으로는 밤하늘에서 우리의 은하계 이외에 다른 은하계는 보이지 않게 될 것이다. 최고로 좋은 망원경으로 보아도 우주에서 오로지 우리의 은하계만 보일 뿐 다른 은하계는 안보이고, 밤하늘이 모두 깜깜하기만 하는 하늘을 볼 때 천문학자들의 마음은 어떨까?

11)화이트 홀(white hole)과 웜홀(worm hole) 및 감마선 버스트(bust) 등 우리가 그 명칭을 잘 들어보지 못했던 것들은 어떤 존재일까?

화이트홀과 웜홀은 이론상 존재할 뿐 아직까지 관측은 되지 않은 존재임에 비하여 감마선 버스트는 관측이 된 우주의 특이한 존재이다. 화이트홀은 간단히 말해서 블랙홀의 반대 현상이라고 보면 된다. 즉, 이 화이트 홀 속에서 밖으로 물질을 내 뿜을 수는 있으나, 물질이 들어갈 수는 없고, 심지어 빛도 들어갈 수가 없다는 것이다. 그런데 재미있는 것은 물질을 밖으로 내뿜기만 하고 들어갈 수는 없기 때문에 물질은 화이트 홀 주변에 쌓여서 블랙홀처럼 무거운 천체가 된다는 것인데, 화이트 홀 자체를 블랙홀처럼 관측은 불가능할 것이라고 주장하는 과학자들이 많다는 것이다. 좌우지간에 이론상으로만 존재하는 이 화이트홀은 매우 특이한 존재이다. 다음에는 웜홀(worm hole)에 관하여 알아보자. 이 웜홀은 아인슈타인의 상대성 원리에 의하여 이론상 제시된 것이라고 하는데, 자전(自轉)하는 불랙홀에서는 제트라고 하는 멀리서 보면 빛의 분출 줄기를 통하여 물질이 빠져 나오기도 하며, 또한 이론상 블랙홀에서 반대의 방향으로 물질이 빠져 나가는 통로가 있을 것이며, 이 물질은 화이트 홀로 빠져 나갈 것으로 생각한다는 것이다. 바로 이 통로가 웜홀이라고 하는데, 영어로 웜이 ‘벌레’라는 의미이므로, 마치 벌레가 나무 잎을 먹으면 구멍이 생기는 것과 같다고 해서 웜홀이라는 명칭이 생겼다는 것이다. 흔히 SF(=Science Fiction) 소설에 UFO가 우주의 한쪽에서 다른 한쪽으로 순식간에 이동하는 장면이 많이 나오는데, 이 UFO가 이동하는 통로가 바로 이 월홀이라고 추정할 수도 있다. 하지만 이 웜홀 역시 이론상 존재할 뿐이고 실제로 관측할 수가 없기 때문에, 현재 과학계에서 거론되고 있는 ‘끈 이론’에서 물질을 구성하는 최소의 입자는 소립자가 아니고 10의 마이너스 30 승의 초미세 단위인 ‘끈’이라고 하지만, 실제의 관측을 할 수 없기 때문에 이론상 존재하는 것과 똑 같다는 것이다. 다음에는 감마버스트에 관하여 알아보자. 이 감마(그리스 알파베트로 ‘감마’ 라는 의미)선 버스트(bust=강타, 파열의 의미. 우주선(宇宙線)에는 알파선, 베타선, 감마선 등 다양한 종류가 있다)는 우주의 아주 먼 거리(보통 수 백 만 광년 혹은 그보다 번 거리)에서 오는 감마선을 말하는데, 처음에 이 우주선이 포착되었을 때, 과학자들은 매우 의아해 했었다고 한다. 그러나 인공위성을 띄어서 정밀하게 측정해보니 이 감마선은 블랙홀에서 발생한다는 것을 알아냈다. 앞의 블랙홀 편에서 설명했듯이 태양 질량의 8배~25 배의 별은 초신성 폭발 후에 중성자 별이 된다고 했는데, 25배 이상의 별은 극 초신성 폭발(極 超新星 暴發), 즉 보통의 초신성 폭발보다 훨씬 규모가 큰 폭발을 하여 블랙홀이 되며, 이때 감마선이 발생한다는 것이다. 그래서 과학자들은 이런 현상을 ‘감마선 버스트’라고 이름 지었다.

12)항성(恒星)은 어떻게 태어나는가?

별이 어떻게 태어나는가는 일반인들이 잘 아는 내용이나, 여기서는 좀 더 자세하게 살펴보기로 하겠다. 별은 보통 성운(星雲)이라고 칭하는 분자들의 집합체, 즉 분자운(分子雲)에서 탄생하는데, 이때의 분자란 수소분자를 의미한다. 1 세제곱 센티 당 보통 100 개~100 만개 정도의 수소 분자가 있고, 온도는 –270 도~-170도 정도라고 한다. 우주 공간에 있다 보니 수소 분자의 온도가 이처럼 낮다는 것이다. 분자운이 충분히 무거워지면 회전을 시작하여 결국 별이 탄생하게 되고, 이어서 별 주변에 분자운이 회전하면서 행성이 탄생하게 된다. 보통 별은 태어날 때 많은 별이 동시에 탄생한다고 한다. 그러나 별들이 은하계를 회전하는 사이에 서로 거리가 멀어져서 헤어지게 된다고 한다. 우리의 태양도 태어난 이후에 약 20 번 정도 은하계를 돌았기 때문에 형제 별들과 헤어졌다고 추정한다. 또한 별은 하나만 같은 곳에 있지 않고 두 개의 별이 함께 있으면서 서로를 돌고 도는 형태의 별들이 많이 있는데, 이를 쌍성(雙星)이라고 칭한다.

13)‘오르트 구름’이란 무엇인가?

우리의 태양계는 천왕성 해왕성 명왕성(이 명왕성은 크기가 너무 작아서 우리 태양의 행성 명단에서 빠졌다. 하지만 엄연히 태양을 일정한 주기를 갖고서 돌고 있는 하나의 행성임은 틀림없다)을 끝으로 하는 하나의 인력권을 형성하는데, 사실은 이것이 끝이 아니고 우리의 태양에서 약 1.6광년 밖의 오르트 구름이 그 끝이라는 것이다. 이 오르트 구름이란 네델란드의 우주 과학자인 얀 오르트(Jan H. Oort, 1900~1992)가 혜성을 연구하다가 알게 된 구름이라는 것이다. 실제로는 구름이 아니고 얼음 덩어리가 모여 있는 것인데, 혜성(彗星)이란 바로 이 얼음 덩어리가 태양 주변을 지나갈 때 태양의 인력에 의하여 멋진 꼬리를 만들어 우리가 보통 사진에서 보는 그런 모양을 연출한다는 것이다. 즉, 태양에서 약 1.6 광년의 거리에는 태양을 중심으로 빙 둘러서서 존재하는, 멀리서 보면 마치 구름처럼 보이는 얼음 덩어리들이 떠 돈다는 것이다. 멀리서 볼 때 구름처럼 보이는 것이지, 실제의 모양은 가로, 세로, 높이 약 10 km의 정육면체에 유리구슬 하나가 있는 정도라는 것이다. 하지만 존재하는 범위가 너무 넓어서 얼음덩어리의 총 숫자는 대충 5조~6조 개 정도가 된다고 한다.

14)우주의 탄생과 죽음은 어떻게 되는 것인가.

현재 천문학계에서 완전히 정설로 굳어진 우주 탄생설(誕生設)은 빅뱅(big bang: big=크다 bang=꽝 하는 소리)說인데, 우주가 처음 탄생할 때는 ‘꽝’하는 소리와 함께 無에서 有로 순식간에 태어났다는 것이다. 이 탄생설이 생기게 된 이유는 현재 관측에 의하여 우주가 거의 빛과 같은 속도로 커지고 있다는 데 있다. 우주가 계속 확장된다면, 이를 거꾸로 생각해서 과거로 거슬러 올라가보면, 결국 우주는 어느 한 점에서 갑자기 생겨났을 것으로 추정된다는 것이다. 이렇게 해서 우주는 확장을 거듭하여 오늘날 우리가 볼 수 있는 우주가 되었는데, 이 우주의 미래에 관해서는 3가지 시나리오가 있다는 것이다. 정확한 실제의 현상을 모르니 이론상으로만 존재하는 것인데, 하나는 우주가 영원히 현재의 상태로 있다는 것이고, 또 하나는 우주가 영원히 팽창한다는 것, 그리고 또 하나는 팽창을 거듭하다가 팽창 에너지가 0이 되면, 다시 수축하기 시작하여 결국은 하나의 점으로 되어서 우주 공간에서 사라지게 된다는 것이다. 그런데, 재미있는 것은 본인이 여러 책을 통하여 알게 된 것인 바, 우리의 우주의 나이가 현재 몇 살이며, 우주의 소멸까지 평균 몇 살이나 될 것인가 하는 문제이다. 우리의 우주는 우주의 몸인 별과 은하계로 구성되어 있는 바, 그 몸의 배후에는 마음에 해당하는 존재가 있고, 통상 이를 하나님, 비로자나 불, 대일여래(大日如來), 로고스(Logos), 법신불(法身佛), 상제(上帝)님, 하느님---등등으로 부르고 있는 바, 우리가 일상생활을 하면서 누구나 느끼는 ‘나와 항상 함께 하면서 현재의 나의 모든 마음과 말과 행동을 알고 있고, 과거의 모든 마음과 말과 행동을 알고 있는 우주의 어느 곳이나 존재하는 인간의 마음으로는 도저히 측량을 할 수 없는 거대하고 무궁무진하며, 전지전능(全知全能)한 성령(聖靈)으로서의 추상적인 존재로서, 때로는 인간의 몸으로 변화하여 인간 세상에 同時에 한 명, 수 천명, 수 억 명으로 나타날 수도 있으며, 우주에 있는 모든 생물체의 마음을 同時에 파악할 수 있고, 그들 생물체와 同時에 그들 각각의 언어로 대화도 할 수 있는 엄청난 존재’가 있다는 것이며, 우리가 보통은 ‘하나님’이라고 부르는 존재이다. 그러므로 이 하나님은 우주의 축소판인 인간과 똑 같이 삶과 죽음을 되풀이 한다는 것이다. 지구에서 약 500 광년의 거리에 있는 ‘플레이아데스’ 성단(星團)에 있는 ‘에라’ 행성에서 온 ‘셈야제’라 부르는 우주여인이 스위스인 ‘빌리 마이어(Billy Meir)’ 님에게 전해준 우주의 수명에 관한 정보는 놀랍다고 할 수 밖에 없는데, 우주는 약 311조년을 살고 난 후에 순수한 靈으로서의 우주로 환원되어, 약 4조년의 휴식과 숙고(熟考) 기간을 보낸 후에 다시 빅뱅에 의한 탄생이 시작된다는 것이다. 이와같은 윤회전생을 7회 반복한 이후에는 더 이상 윤회하는 것은 별 의미가 없기 때문에, 이번에는 순수하게 눈에 보이지 않는 靈의로서의 우주로 변하게 되고 이를 ‘우르(Ur) 우주’라고 부른다는 것이다. 이 우루 우주도 7회의 삶과 죽음을 되풀이 한 이후에, 이번에는 ‘중심우주(中心 宇宙=Central Universe)’로 진화한다는 것이다. 여기까지가 셈야제 님이 전해준 정보인데, 본인의 생각으로는 이 중심우주 보다 더 상위(上位)의 우주로 몇 단계가 더 있다고 생각한다. 놀랍지 않은가? 좌우지간에 이 우주에 관한 삶과 죽음에 관해서는 현재 밝혀진 우주과학과 본인의 영성(靈性)에 관한 지식을 결합하여 써 보았는데, 지구상에서 밝혀진 엄격한 의미에서의 과학을 훨씬 초월하는 우주 과학 이론이라고 하겠다. 사실은 플레이아데스 우주인들도 우주의 죽음과 탄생을 논하기에는 우주에 관한 지식이 부족하여, 안드로메다 은하계에서 살고 있는, 우주 과학이 그들보다 훨씬 진보한 우주인들에게서 배운 내용이라고 한다.

2.상대성 원리에 관하여

아인 슈타인의 상대성 원리는 일반인들이 많이 들어보았고, 또한 E=mc자승 에 관한 것도 많이 들어보았으나, 막상 상대성 윈리가 무엇인가를 묻는다면 선뜻 대답하기가 어려운 것이 사실이다. 뉴톤의 중력이나 속도, 혹은 관성 등과 같은 고전 물리학을 넘어서서, 현대 물리학에서 가장 중요한 영향을 끼친 과학 원리는 상대성 원리와 양자역학이라고 한다. 그래서 우선 상대성 원리부터 한 번 살펴보기로 하겠다. 1905년에 아인슈타인은 ‘특수 상대성 원리’라는 논문을 발표하였고, 그 이후에 다시 ‘일반 상대성 원리’를 발표하였는바, 뉴톤에 의하여 확립된 물리 법칙이 그 때까지 지구촌에서 받아들이는 일반적인 물리 법칙었는데 아인슈타인은 그때까지의 시간과 공간에 관한 사고방식을 뿌리 채 뒤흔들었다는 것이다. 아인슈타인이 확립한 놀라운 물리 법칙을 몇 가지 적어본다면, 에너지는 빛의 속도의 자승 곱하기 질량, 즉 ‘E=mc 자승’이어서 에너지와 물질 사이에 상호 전환 할 수 있다는 것을 말하였고, 어떤 물체가 빛의 속도로 날아갈 경우 질량이 커지고, 그 물체의 크기가 줄어들며 시간이 늘어난다는 것, 그리고 빛이 강한 중력장 곁을 지나게 되면, 빛은 중력에 의하여 휘어진다는 것 등이다. 이런 사고방식은 당시의 사람들에게는 생각할 수 없는 획기적인 물리 법칙이었다. 그럼 특수 상대성 이론에 관하여 우선 생각해보자. 특수 상대성 이론은 크게 세 가지 특징을 갖고 있는 바, 첫째는 어떤 물체가 빛과 비슷한 속도로 지나갈 때는 시간이 늦어진다는 사실이다. 가령 예를 들어 달 위에 어떤 사람이 서 있다고 할 때, 그 사람 앞을 우주선이 빛과 비슷한 속도로 지나간다고 하자. 그러면 달에 서 있는 사람이 우주선 안에 있는 시계를 본다고 하면, 이 때 우주선 안의 시계는 달 표면 위의 시계보다 시간이 훨씬 더 늦어진다는 것이다. 그렇다면 우주선 안에 있는 사람은 시간이 늦어진다는 것을 느낄 수 있을까? 그것은 그렇지 않고 우주선 내부에 있는 사람은 시간이 늦어지는 것을 전혀 느끼지 않는다는 것이다. 그 이유는 그 우주선 안에 있는 모든 물체는 원자와 전자까지 모두가 함께 동일하게 속도가 늦어지기 때문이라는 것이다. 둘째는 이렇게 빛과 비슷한 속도로 지나가는 우주선은 원래의 우주선보다 그 길이가 훨씬 줄어든다는 사실이다. 세 번 째 특징은 우주선이 빛과 비슷한 속도로 나아갈 때, 그 질량이 커진다는 것이다. 다음에는 일반상대성 원리에 대하여 알아보자. 일반 상대성 원리에서는 또 다시 상식과는 어긋나는 현상이 나타나는데, 첫째 빛은 중력이 있는 곳에서는 휘어지면서 앞으로 나아간다는 사실이다. 빛이 휘어진다는 것은 곧 중력이 있는 곳에서는 공간 자체가 휘어지기 때문인데, 공간이 휘어진다는 것은 우리가 생각하기 쉽지 않다. 하지만, 아인슈타인이 이 이론을 발표하고 난 후에, 과학자들은 개기 일식 때 하늘을 관찰하여 실제로 별빛이 휘어져서 지구에 도달한다는 사실을 확인하였다는 것이다. 둘째로는 중력이 시간의 흐름에도 영향을 미친다는 것이다. 그리하여 중력이 강한 곳에서는 시간이 매우 천천히 흐르며, 계산상으로는 블랙홀에서의 시간은 완전히 멈추게 된다는 것이다. 그래서 예를 들어 한 우주선이 블랙홀에 들어가서 잠깐 있다가 나와서 상당히 먼 거리에 가서 그동안 지나간 시간을 측정해보니, 놀랍게도 100 년 정도의 시간이 흘렀다는 것도 있을 수 있다는 것이다. 이상의 놀라운 사실을 어떻게 지구상의 하나의 인간이 생각해 낼 수 있느냐 하는 것이다. 이에 대하여는 아인슈타인이 어떤 사람인가에 관하여 알아볼 필요가 있다는 것이다. 아인슈타인은 우리가 잘 알다시피 유대인이고, 1879년 3월 14일에 독일의 울름에서 태어나서 학교 다닐 때 별로 두각을 나타내지 못하는 평범한 학생이었는데, 유독 수학이나 물리학만큼은 뛰어난 재능을 나타냈다고 한다. 그럼 아인슈타인이 어떻게 해서 고등학교를 자퇴하고, 대학교 시험에 낙방하고 재수하여 입학하고, 또한 대학원 시험에 다시 낙방하였으며, 이어서 생활을 영위하기 위하여 스위스의 특허청에 어떻게 취직하였는지를 한 번 알아보자. 다음은 Naver에서 발췌한 글이다. “아인슈타인의 젊은 날은 실패와 실수로 가득했다. 고등학교를 자퇴했고 스위스 폴리테크닉대에 지원했지만 프랑스어와 화학 점수 때문에 낙방했다. 재수를 해서 폴리테크닉에 입학했지만 처음 만난 물리학 지도 교수인 하인리히 베버는 최악이었다. 베버는 물리학적 지식은 이미 세상에 다 나와 있고 미래의 물리학자들이 새롭게 밝힐 법칙 따위는 없다고 생각하는 사람이었다. 당시 스위스의 대학들은 유대인에 대한 차별이 심했다. 역설적이게도 이런 유대인 차별이 아인슈타인을 이론물리학의 세계에 남게 해줬는지도 모른다. 당시 교수들은 졸업 후 취직도 잘되고 더 많은 보수를 받을 수 있는 공학이나 응용물리학과 같은 곳은 스위스 학생들을 보내고, 유대인 학생들은 주로 인기도 없고 위상도 낮은 이론물리학 같은 전공을 선택하도록 했다. 아인슈타인은 물리학을 계속 공부하고 싶었지만 대학원 진학에 실패했다. 여러 교수에게 "당신의 조교로 받아 달라"고 편지를 썼지만 모두 거절당했다. 그 와중에 또 4살 연상의 대학 친구 밀레바 마리치와 사랑에 빠져 결혼도 하기 전에 애부터 낳게 됐다. 자기 힘으로 대학원 입학도 못하고 직장도 구하지 못하다가 친구인 그로스만의 아버지 추천으로 특허사무실에 일자리를 잡는다. 그마저도 2급 기술직에 응모했지만 그의 기술 능력에 실망한 소장이 3급 기술직을 제안해 겨우 자리를 구했다.” 이상이 아인슈타인이 명성을 날리기 이전의 모습인데, 이런 아인슈타인이 매일 열심히 일해서 생활비를 벌어야 하는 직장을 갖고서도, 현대 물리학계의 사고방식을 근본적으로 바꿀 획기적인 논문을 써서 발표했으니, 과연 그는 타고난 대 천재라고 할 수 밖에 없을 것이다. 그는 스위스에서 당시의 나치의 박해를 피하여 미국으로 망명하고, 대학 교수로 일하면서 노벨 물리학상을 수상하게 되었는바, 이 물리학상을 받게 된 과학적 업적이 위에서 말한 상대성 원리가 아니고, 현대 양자 역학에서 언급하고 있는 광자, 즉 빛의 본질에 관한 논문 때문이었다고 하니, 이 점 역시 우리가 생각했던 것과는 다른 점이다. 그럼 우선 아인슈타인이 물리학계에 대하여 어떤 공헌을 하였는가 부터 알아보자. 아인슈타인은 당시의 물리학이 안고 있었던 수수께끼, 즉 전자기학의 기초 방정식 및 뉴톤 역학의 모순점을 자기의 특수상대성이론과 빛의 성질에 관한 이론을 갖고서 훌륭하게 설명을 하였다는 것이다. 여기서 그가 구축한 빛의 성질에 관한 연구는 20세기에서 탄생한 ‘양자역학’의 기초가 되었다는 것이다. 그는 특수 상대성 이론에서 일반 상대성 이론을 만들어 냈는데, 이 일반 상대성 이론은 천문학에 지대한 공헌을 하였다는 것이다. 즉, 이 상대성 이론에 의하여 우주가 팽창하거나 수축한다는 것을 밝혔으며, 우주가 빅뱅에 의하여 탄생하였다는 것을 밝혔고, 또한 블랙홀의 존재도 그의 이론에 의하여 예언되었고 나중에 관측 장비의 발전에 의하여 실제로 블랙홀이 관측되었다는 것이다. 또한 물리학에서는 4가지 힘이 존재하는데, 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이라는 것이다. 중력은 우리가 잘아는 힘이고, 전자기력은 전기력이나 자기력으로서 이것도 일상생활에서 보통 접할 수 있는 힘이다. 하지만, 강한 핵력과 약한 핵력은 아인슈타인이 살아 있을 당시에는 잘 몰랐던 힘이었다. 강한 핵력이란 원자 속에 있는 중성자와 양자를 구성하고 있는 쿼크 사이에서 쿼크를 강하게 결합시키는 힘이고, 약한 핵력이란 중성자가 중성미자(뉴트리노)와 전자를 방출하고 양성자로 변할 때 작용하는 힘(=강한 핵력보다 훨씬 약한 힘)이다. 아인슈타인은 당시에 중력과 전자기력을 통합하는 이론을 연구하였는데, 그 이론을 완성하지는 못하였다는 것이다. 그러나 최근에 전자기력과 강한핵력 및 약한 핵력을 통합하는 이론이 부분적으로 완성되었는바, 이를 ‘게이지 이론’ 혹은 ‘대 통합 이론’이라고 한다. 여기서 중력을 이 대통합 이론에 넣어서 네 가지 힘을 통합한 이론이 ‘초대통합 이론’인데 아직까지는 완성되지는 못하였고, 물리학자들은 1980년대에 등장한 ‘초끈이론’을 적용하여 이 초대통합이론을 완성하려고 현재 노력중이다. 좌우지간에 아인슈타인이 위에서 언급한 여러 가지 과학적인 업적을 성취하였고, 따라서 그가 20세기에 어째서 가장 위대한 과학자 중 한사람인지를 알 수 있는 것이다. 그럼 상대성 이론의 구체적인 모습에 접근해보자. 우선 아인슈타인이 어렸을 때부터 의문을 품었던 사실은 가령 인간이 하늘을 빛의 속도로 날아간다고 가정할 때, 그 사람이 손을 앞으로 쭉 뻗어서 들고 있는 거울에 빛이 도달하고 자기의 얼굴이 그 거울에 보일까 하는 문제였다. 즉, 지구 위에서 자기의 얼굴이 거울에 비친다는 것은 자기가 정지해 있기 때문에 비칠 것이며, 달려가며 손을 쭉 뻗어서 거울을 보아도 여전히 거울에 얼굴이 보이는 것은 자기가 달리는 속도가 빛의 속도에 훨씬 미치지 못하기 때문에 보인다는 것이다. 하지만, 앞에서 가정했듯이 공중에서 그 사람이 빛의 속도로 날아갈 때도 그러냐 하는 것이다. 결론은 빛의 속도로 날아가도 여전히 얼굴이 거울에 비친다는 것이다. 이것은 얼른 생각하면 비과학적인 것 같으나, 우리가 백화점 같은 곳에 가서 위로 가지 않고 옆으로 가는 에스컬레이터(escalator)를 생각해보면 수긍이 갈 것이다. 에스커레이터에 한 사람이 타고서 가만히 서 있다고 할 때, 에스커레이터를 안 탄 곁에 있는 사람이 관찰 할 경우 에스커에리터를 탄 사람은 가만히 서 있어도 앞으로 나아간다. 하지만 이 사람이 앞으로 걸어가게 되면 이 사람의 진행속도는 자기의 걷는 속도+에스커레이터의 속도가 되어서 더 빨라진다. 이와 비슷하게 빛의 속도로 진행하는 사람이 눈앞에 손을 뻗어서 거울을 보고 있을 경우에도 빛은 앞으로 나아간다는 것이다. 따라서 그 사람은 거울에 비치는 자기의 얼굴을 볼 수가 있다는 것이다. 이점은 빛이 소리와 같은 파동과는 다른 성질을 갖고 있기 때문에 그렇다는 것이다. 그런데 당시의 과학자들은 소리나 물결 같은 파동으로 미루어 보아서 어떤 파동이 다른 쪽으로 전달되려면 반드시 전달하는 매체가 있어야 한다고 생각하였다. 따라서 당시의 과학자들은 빛을 전달하는 매체로서 ‘에테르’라고 부르는 물질이 우주 공간에 존재하고, 빛은 이 에테르를 매체로 전달된다고 보았다. 그런데 여기서 문제가 발생하였다. 만일 에테르가 지구 주변에 있다고 한다면 지구는 에테르의 저항을 받아서 오랜 시간이 지나면 지구는 자전과 공전을 멈추어야 한다. 그래서 당시의 과학자들은 ‘에테르가 지구 같은 물체에는 아무런 영향을 미치지 않는다’라고 생각하였다. 당시의 과학자들은 음파가 공기 속을 지나가는 것을 빛이 에테르를 통과하여 지나가는 것과 동일하다고 생각했다. 그런데 음파의 속도는 초속 340m이기 때문에, 음파가 나아가는 방향으로 바람이 초속 5m로 불 경우에 음파의 속도는 345m가 되며, 바람이 부는 반대의 방향으로 음가가 나아가면 초속 335m가 되므로, 빛이 에테르를 통과하여 나아갈 때도 마찬가지의 현상이 나타날 것으로 생각하였다. 그리하여 과학자들은 과연 에테르가 있어서 빛의 진행에 방해가 될 것인가 하는 것을 밝히는 실험을 하였는데 이를 ‘마이컬슨과 몰리’의 실험이라 한다. 그 실험 결과는 에테르가 존재하지 않는다고 결론이 났는데, 아인슈타인은 직접 실험을 한 것은 아니지만 우주 안에 에테르는 존재하지 않는다고 말하였다. 그러니까, 아인슈타인은 실험을 통하여 과학 법칙을 알아낸 것이 아니고, 순전히 사고실험(思考實驗)을 통하여 그 어려운 법칙을 알아냈다는 점이 곧 그가 타고난 대천재라는 것을 알 수 있게 해준다는 것이다. 그럼 아인슈타인이 상대성 원리를 생각해내게 해준 물리 법칙은 무엇이었을까? 그것은 지동설을 주장한 과학자 갈릴레이의 생각이 밑바탕이 되었다는 것이다. 즉, 당시의 과학자들은 만일 지구가 가만히 있지 않고, 자전과 공전을 하다면 그 속도가 굉장할 것이므로 지구 위에는 바람이 굉장한 속도로 불어야 할 것이라고 생각하였다는 것이다. 하지만, 갈릴레오는 그렇게 생각하지 않았다. 즉, 갈릴레오는 달려가는 마차를 생각했는바, 달리는 마차에서 공을 위로 던질 경우, 그 공이 직선으로 떨어질 것이냐 아니면 아래로 굽어지면서 떨어질 것이냐 하는 것을 생각했으며, 결과는 당연히 아래로 일직선을 그리며 떨어진다는 것을 알았다는 것이다. 따라서 지구 위에 있는 공기 역시 지구가 엄청난 속도로 자전을 할지라고 공기와 지구는 함께 움직일 것이므로, 당연히 바람은 불지 않는다고 생각한 것이다. 갈릴레오의 이런 생각은 옳았다는 것이다. 이런 생각을 ‘갈릴레오의 상대성 원리’라고 하는 바, 정지해 있는 지상에서와 마찬가지로 움직이고 있는 마차나 차량이나 그 위에서의 운동도 정지해 있는 지상에서의 운동과 마찬가지라는 것이다. 단 여기에는 조건이 있는 바, 움직이는 차량이 등속도(等速度)로 움직일 때만 그렇다는 것이지, 가속도(加速度)로 움직일 때는 위의 실험에서의 공은 아래로 떨어질 때 직선이 아니고 뒤로 처지면서 떨어진다는 것이다. 그런데, 차량이 등속 운동을 할 때 그 차 안에서 사람이 공을 위로 던져서 떨어뜨릴 때, 그 차 밖에 서 있는 사람이 그 공을 볼 때는 어떤 움직임을 보일까? 그때는 밖에 있는 사람에게 공은 포물선을 그리며 떨어진다는 것이다. 아인슈타인의 상대성 원리는 바로 이 갈릴레오의 상대성 원리에 기초하고 있다는 것이다. 그리하여 아인슈타인은 여기서 공이 아니고 빛이면 그 운동은 어떻게 되는가를 생각하였고, 그는 실제의 실험이 아니고 순전히 사고(思考) 실험에 의하여 다음과 같은 놀라운 결론을 도출하였다는 것이다. 즉, ‘빛은 일반적인 물체와는 그 성질이 달라서 가령 거의 빛과 같은 속도의 우주선에서나 그보다 훨씬 느린 우주선에서나 그 우주선 안에서 우주선이 나아가는 방향과 같은 방향으로 빛을 쏘았을 때, 두 가지 모두 빛은 같은 속도로 나아가고, 우주선 밖에서 보았을 때도 역시 빛은 같은 속도로 나아 간다”라는 것이다. 이것은 저 앞에서 살펴보았던 평지에 있는 에스컬레이터의 경우와는 전혀 다른 내용인데, 바로 이점이 빛의 특성이라는 것이다. 아인슈타인의 이 빛에 관한 생각은 나중에 여러 가지 실험을 다른 과학자들이 해 본 결과 실제로 정확한 사실임이 증명되었다는 것이다. 아니, 실험도 해보지 않고서 아인슈타인은 어떻게 이런 사실을 알아냈을까? 바로 이런 점이 그가 타고 난 대천재라는 것이다. (본인의 판단으로는 아인슈타인의 전생이 외계인 과학자였고, 지구에 태어나서 별 힘들이지 않고 실험도 해보지 않고 순전히 사고실험에 의하여 상대성 원리를 만들어 냈다고 본다.) 아인슈타인은 특수상대성 원리를 먼저 만들어냈고, 다음에는 그 원리가 보다 더 일반적인 경우에 적용된다는 의미에서 일반상대성 원리를 만들어 냈다. 그럼 우선 특수 상대성 원리부터 그 내용이 과연 무엇인가부터 알아보자. 이 특수 상대성 원리는 빛의 속도에 관한 것으로 시작해보자. 가령 달 위에 내가 서 있다고 하고, 그 달 저편을 한 대의 UFO가 거의 빛과 같은 속도로 왼쪽에서 오른쪽으로 날아간다고 가정하자. (실제의 UFO가 우주 공간을 날아갈 때는 빛과는 비교할 수 없는 순간 이동을 한다고 한다. 가령 책, ’플레이아데스의 사명‘을 읽어보면, 이 책에서는 우주 여인 셈야제 님이 스위스 인 빌리 마리어 님에게 UFO가 어떻게 순간 이동하는지에 관하여 설명하는 장면이 나온다. 즉, 지구에서 약 500 광년 거리에 있는 플레이아데스 성단까지 가는 데 걸리는 시간은 1초의 수백만 분의 1에 불과하다는 것이다. 그러므로 UFO가 날아간다는 느낌도 없이 순간적으로 이동한다는 것이고, 이렇게 이동하는 사이에 UFO와 승무원들 몸의 세포는 하나하나 분해어서, 플레이아데스 성단에 도착하여 다시 재조립된다는 것이다. 그 과정이 너무나 짧은 시간에 이루어지기 때문에 자기 몸이 분해되는 것도 전혀 느끼지 못한다는 것이다. 마치 공상 과학 소설에 나오는 장면 같으나, 셈야제 우주인의 다른 여러 가지 과학에 관한 설명이 타당성이 높아서 이 UFO의 순간이동에 관한 과학적 원리도 사실일 것이라고 추정된다.) 이런 경우 우선 우주선 안에 있는 관찰자가 빛을 관찰하는 경우부터 살펴보자. 우주선 안의 중앙에 빛을 앞과 뒤로 발사하는 장치가 있고, 그 빛은 관을 통하여 앞과 뒤에서 밖으로 나가는 장치가 있다고 생각하자. 이 때 빛과 비슷한 속도로 이 우주선이 앞으로 나아갈지라도, 우주선 안에 있는 관찰자는 우주선이 한 곳에 가만히 있으며, 움직이는 것은 달이라고 느낄 것이다. 그러므로 우주선 안은 정지해 있기 때문에 중앙에서 발사된 빛은 앞과 뒤를 향하여 같은 속도, 즉 초 당 30 만 킬로키터로 나아갈 것이다. 따라서 관찰자는 앞과 뒤에서 동시에 빛이 우주선에서 빠져 나가는 것을 볼 것이다. 하지만 달에서 우주선을 바라볼 때는 전혀 다른 현상이 나타난다. 즉, 달에서 우주선 내부를 바라볼 때면, 우주선 안의 중앙에서 빛을 발사하는 순간 우주선 뒤로 발사된 빛은 우주선의 속도 때문에 빛이 빛 검출기(이 검출기는 빛이 우주선의 양쪽에서 빛이 빠져 나가는 순간에 빛을 검출하는 장치이다)에 우주선 앞으로 발사되는 빛 보다 먼저 도달한다는 것이다. 따라서 우주선 앞으로 발사되는 빛은 뒤쪽을 향하여 발사된 빛보다 늦게 검출기에 도착한다는 것이다. 즉, 달에서 바라보는 우주선의 앞과 뒤쪽에서 나오는 빛이 시간차를 보인다는 것이다. 이처럼 움직이는 우주선 안에서의 시간과 움직이는 우주선을 바라보는 우주선 밖에 있는 사람이 관찰하는 시간의 흐름에 차이가 발생하는데, 이것은 곧 시간의 흐름이 절대적이 아니고 상대적이라는 것이다. 그런데, 그렇다면 우리는 다음과 같은 생각을 할 수도 있겠다. 즉, “빛과 비슷한 속도로 움직이는 우주선에서의 시간의 흐름과 우리의 지구상의 시간의 흐름에는 차이가 있을 것이고, 가령 빛과 비슷한 속도로 우주 공간을 비행하는 UFO 안에서 가령 1년이 지난다면, 지구상에서의 시간은 가령 30 년이 지나서, 아들이 우주선을 타고 우주여행을 하고 왔더니 아버지보다 더 늙어버렸다 하는 일도 발생할 수도 있겠구나 하는 생각도 할 수 있을 것이다. 왜냐하면 위의 예에서 보듯이 달 곁을 날아가는 우주선 안의 시간의 흐름과 달 밖에서 바라보는 관찰자의 시간의 흐름에는 그 속도에 차이가 나기 때문이다. 그런데, 놀랍게도 방금 말한 생각, 즉 우주선 안에서의 시간의 흐름과 지구에서의 시간의 흐름 사이에는 차이가 발생하여 위의 아버지와 아들의 예 같은 일이 실제로 일어날 수도 있다는 것이다. 그럼 다시 달 곁을 빛과 거의 비슷한 속도로 날아가는 우주선과 이를 달 위에서 바라보는 관찰자를 설정하여 어째서 달 위에서 우주선을 바라보면 우주선 안의 시간이 달 위의 시간보다 더 천천히 흐르는가를 알아보자. 그러니까, 우주선 안에 있는 사람이 빛을 우주선 바닥에서 곧바로 위를 향하여 쏘았다고 하자. 그러면 우주선 안에 있는 사람은 아무리 그 우주선이 빛과 거의 비슷하게 빠른 속도로 날아간다고 해도 빛은 곧바로 위를 향하여 올라간다는 것을 관찰할 것이다. 하지만 달 위에서 그 우주선을 바라볼 경우에는 우주선 안의 빛은 곧바로 위를 향하여 올라가지 않고 직 삼각형의 빗금처럼 올라갈 것이다. 그러므로 이 우주선 안에서 걸리는 시간은 밑변의 길이가 아니라 밑변에서 위를 향하여 사선(斜線)으로 올라가는 빗변의 길이가 된다는 것이다. 그래서 빛과 비슷하게 빠른 속도로 날아가는 비행체에서는 시간이 지구 위에서의 시간보다 훨씬 느리게 흘러간다는 것이 사실이며, 지구 위를 날아가는 보통의 비행기도 몇 조분의 1 초 정도 시간이 느리게 흐른다는 것이 밝혀졌다는 것이다. 다만 몇 조분의 1초이니까 사람들은 전혀 그 것을 느끼지 못할 뿐이라는 것이다. 다음에는 빠르게 비행하는 우주선의 무게가 크게 늘어나고, 크기는 매우 작아지는 현상에 대하여 알아보자. 이 현상은 본인도 충분히 공부가 되어 있지 않아서 설명하기가 매우 어려운데, 결론만 말한다면 우주선이 매우 빠른 속도로 움직일 경우에는 우주선의 크기가 작아지고, 무게는 무한대를 향하여 늘어난다는 사실이다. 이 현상도 우리는 현실에서 느끼는 것과는 큰 차이를 내고 있는 바, 현실에서 아무리 빨리 공중을 날아가는 비행기일지라도 크기가 작아지거나 무게가 늘어난다고 생각하기는 어렵다. 하지만, 정밀하게 측정하는 도구가 있다면, 가령 하늘을 날아가는 비행기는 수 조 분의 1cm, 또는 수 조 분의 1g 의 길이의 축소와 무게의 늘어남을 알 수 있을 것이다. 그런데 앞에서 말한 빛과 비슷한 속도로 날아가는 우주선 안에 탑승한 사람은 우주선과 자기의 키가 작아지는 현상과, 우주선의 무게가 엄청나게 무거워져 있다는 사실을 느낄 수 있을까?

실제로 우주선 안에 있는 사람은 전혀 그런 사실을 느낄 수가 없다는 것이다. 그 이유는 우주선 안의 모든 물건은 원자와 전자까지 일률적으로 무거워지기 때문이라는 것이다. 우주선이 굉장한 속도로 나아갈 때, 우주선 안에서 바라보면 주변의 모든 사물은 우주선이 나아가는 방향으로 줄어든다는 것이다. 그러므로 가령 우주선이 달을 향하여 움직인다면, 달은 세로는 그대로인데 가로가 줄어들어서 마치 럭비공과 비슷하게 보인다는 것이다. 그런데 이런 사실을 실제의 관측으로 알아낼 수는 없을까? 만일 우주에서 날아오는 우주선(宇宙線: 앞에서 말한 宇宙船과 다름)이 지구의 대기권을 통과하면 어떻게 될까?

우주선은 빛과 똑 같이 초속 30만 킬로미터의 속도로 지구를 향하여 돌진하고, 이 우주선이 공기와 만날 경우에 공기와 충돌하여 ‘뮤온’이라는 입자를 방출한다는 것이다. 이 뮤온 입자의 생존 기간은 약 백만 분의 2초 정도가 되어서 상식적으로는 대기권에 닿자마자 사라져야 한다는 것이다. 하지만, 이 뮤온 입자는 거의 지표면에 닿을 정도가 되어야 사라진다는 것이다.

이것은 바로 빛의 속도로 물질이 날아가서 대기권과 만나고 나서 속도가 늘어지기 때문에 일어나는 현상이라는 것이다. 뮤온의 입장에서는 지구를 향하여 빛의 속도로 달려가기 때문에, 지구는 옆으로 늘어난 럭비공처럼 보일 것이고, 따라서 대기권은 극도로 엷어지게 보여서, 자기는 백만분의 2 초의 극도로 짧은 기간 동안 날아갔으나, 지구의 과학자가 관측하기로는 약 0.6초 동안의 기간 동안 날아간 것으로 관측되며, 따라서 뮤온 입자는 지구 표면에 거의 닿을 정도의 거리를 날아간 것이 된다는 것이다. 이 얼마나 놀라운 사실인가? 이것이 곧 시간은 상대적인 현상이라는 것인 바, 이 실험으로 어떤 물체가 빛의 속도로 날아갈 때, 무게가 무한대로 무거워지고 크기가 작아진다는 것도 사실일 것이라고 추측할 수가 있다는 것이다. 하지만 크기가 작아지고, 무게가 늘어나는 현상은 어디까지나 우주선(宇宙船) 밖에서 관찰한 결과이고 우주선 안에 있는 사람은 그런 사실을 전혀 모른다는 것이다. 그 이유는 우주선을 비롯하여 인간의 몸 세포 역시 하나 하나가 모두 작아지고 무게가 늘어나기 때문이라는 것이다. 이상이 아인슈타인의 특수 상대성 원리의 대체적인 그림이었고, 그는 특수 상대성 이론을 보다 더 보편적인 원리로 만들어서 이를 ‘일반 상대성 원리’라고 칭하여 발표하였다. 일반 상대성 원리는 중력에 대한 개념부터 시작한다. 우리는 지구가 인력이 있어서 모든 물건을 끌어당긴다고 생각하고, 뉴톤의 중력의 법칙에 의하여 중력에 관한 모든 것을 이해하고 있다. 하지만, 아인슈타인은 이 중력 역시 상대적인 것이라고 하였다. 예를 들어 엘리베이터 속에 있는 사람을 생각해보면, 엘리베이터에 탄 사람은 엘리베이터가 올라갈 때에는 중력에다 올라가는 가속도가 합쳐져서 몸무게가 평소보다 더 무겁게 느껴지며, 내려갈 때에는 그와 반대로 몸무게가 더 가볍게 느껴진다는 것은 누구나 인정할 것이다. 만일 엘리베이터가 보통의 속도보다 훨씬 빠른 속도로 내려간다면 몸무게를 전혀 느끼지 않을 수도 있다. 바로 이런 현상이 곧 중력이 상대적이라는 것이다. 만일 중력이 전혀 없는 우주 공간에서 우주선(宇宙船)을 타고서, 정지해 있다가 빠른 속도로 앞으로 나아간다면 어떨까? 이럴 경우 비록 공기가 전혀 없는 우주 공간이어도 역시 중력이 작용하여, 자기의 몸은 관성에 의하여 뒤로 제껴진다는 것이다. 즉, 중력이 후방을 향하여 작용한다는 것인데, 이 힘은 지구 위에서 지구의 중앙을 향하여 작용하는 힘과 전혀 똑 같은 힘이라는 것이다. 그래서 중력과 관성력은 전혀 차이가 없는 같은 것이라고 하는 것이 아인슈타인의 생각이었고, 이것은 사실이라는 것이다. 그렇다면 어째서 빛이 가령 태양을 지날 때 휘어지느냐 하는 것이다. 그것은 중력에 의하여 공간이 휘어지기 때문이라는 것이다. 아인슈타인은 사고 실험을 통하여 가령 지구의 상공에서 두 개의 사과를 상당한 거리를 두고서 떨어뜨린다면, 가령 그 사과들이 지표면에 관계없이 지구의 한 중앙을 향하여 떨어진다고 했을 때, 이 두 개의 사과는 지구의 한 중앙에서 만날 것으로 보았다. 즉, 두 개의 사과는 지구의 중앙으로 내려갈수록 점점 가까워진다는 것이다. 그리하여 이와 같이 사과들이 점점 가까워진다는 것은 곧 공간이 휘어져 있기 때문이라고 생각하였는바, 이와 같은 생각을 일반화한다면, 모든 중력이 있는 곳은 공간이 휘어진다고 할 수 있다는 것이다. 공간이 휘어진다면 당연히 빛은 직진을 하지 않고 휘어서 나아갈 것이다. 아인슈타인의 이와 같은 생각은 개기일식 때에 실제로 과학자들이 태양 뒤쪽에 있는 별들의 빛이 휘어져서 지구에 도달한다는 사실을 관측함으로서 증명이 되었다는 것이다. 이렇게 생각하면, 다음에는 어떤 굉장히 무거운 항성이나 행성이 있을 경우, 그 무게 때문에 중력이 파동이 되어서 사방으로 퍼져나갈 것을 예상할 수 있다. 이런 파동을 중력파라고 하는데 실제로 이 중력파는 2016 년도에 미국의 연구팀이 관측하였다고 발표하였다. 그리하여 아인슈타인이 예언했던 이 중력파의 관측에 의하여 아인슈타인은 더욱 빛나는 물리학자가 되었다는 것이다. 다음에는 중력이 너무나 엄청나서 빛조차 빠져나갈 수 없는 블랙홀은 과학적으로 생각할 때, 블랙홀의 중력이 너무나 커서 주변의 공간이 엄청나게 휘어져서 빛조차 나갈 수 없다고 생각할 수 있다. 그리하여 아인슈타인은 우주 공간에 이 블랙홀이 존재할 수 있다고 예언하였는데, 최근의 우주 망원경에 의하여 이 블랙홀을 실제로 관측하게 되었다는 것이다. 일반 상대성 원리에서 어떤 물체가 빛의 속도로 비행한다고 할 때, 시간이 늦어지는 현상에 덧붙여서 또 하나의 기이한 현상은 그 물체의 무게가 이론상으로는 무한대로 커진다는 것이다. 이 무게가 늘어나는 현상은 과학책에서는 별로 설명이 없는 것으로 보아서, 아인슈타인이 직감적으로 느껴서 그렇게 생각했는지 모르나, 물리학 수학적인 계산상으로는 그렇게 결과가 나오는 것 같다.

3.양자론(量子論)에 관해서

뉴톤 역학 이후 1900년대에 들어서서 물리학계에서 가장 중요한 이론을 말하라 한다면 앞에서 논했던 아인슈타인의 상대성 원리와 더불어 이 양자론이라고 할 수 있다. 상대성 원리는 아인슈타인 한 사람이 수립한 이론임에 반해서 양자론은 수많은 물리학자들이 노력하여 수립한 이론이다. 이 양자론이 생기게 된 과정을 추적해보자. 우선 우리가 멀리 공을 던지면 낙하지점을 알 수 있는가 인데, 공을 던지는 순간의 속도와 방향 그리고 높이를 정확히 안다면 그 공의 낙하지점을 정확하게 계산해 낼 수 있다는 것이다. 주사위를 던질 때에도 몇 번의 주사위가 나올지 알 수 있을까? 이에 대하여 과학자들은 주사위가 던져지는 속도, 각도, 위치 등을 정확하게 알면 몇 번의 주사위가 나올지 알 수 있다고 한다. 프랑스의 과학자인 라플라스는 뉴턴역학을 더욱 발전시켜서 다음과 같은 말을 하였다. 즉, “만일 우주의 모든 물질의 모든 현재의 상태를 엄밀하게 알 수 있는 생물체가 있다면, 그 생물체는 우주의 미래의 모든 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 우주의 미래는 정해져있다” 라는 말을 하였다. 하지만 양자론의 등장 이후에 이런 사고방식이 틀렸다고 하는데, 그 이유는 양자론에 따르면 우주의 미래를 예언하는 것은 불가능하다는 것이다. (이와 같은 생각은 어디까지나 과학적인 영역에서의 생각이고, 神의 영역으로 들어가면 이는 전혀 다른 이야기가 된다. 즉, 우주 절대신(絶對神) 혹은 우주 본체신(本體神)이라고 칭하는 하나님이 썼다고 추정되는 우리나라의 격암유록(格庵遺錄)의 예언서에는 지금부터 약 470 여 년 전에 그 당시로서는 미래인 임진왜란, 병자호란, 이씨조선이 28대에 끝날 것과 일제 강점기가 36년간 있을 것이라는 것과, 해방이후 이승만 조봉암 신익희 등의 정치인들이 등장하고, 이어서 박정희 대통령이 등장할 것이라는 것 등의 내용이 들어있는데, 이렇게 400년 500 년 후에 일어날 일을 예언할 존재는 하나님 외에는 없다고 본인은 판단하고 있다. 그러므로 ‘우주의 모든 물질의 현재의 상태를 엄밀하게 알 수 있는 존재’가 하나님이라고 하게 되면 이는 과학을 초월하는 것이 된다.---본인의 註) 양자론에 의하면 전자, 중성자, 양성자 등의 미시 물질의 세계에서는 뉴톤 역학에서 말하는 앞에서 공중에 공을 던질 때와 같은 예측은 불가능하고, 모든 것이 확률로서 나타나는 불확정성의 세계라는 것이다. 또한 그런 미시(微視)의 세계에 들어가 보면 보통의 물리학 상식으로는 도저히 이해할 수 없는 불가사의(不可思議)한 현상이 많다는 것이다. 그렇다면 미시의 세계라 하니까, 하나의 물질이 얼마나 작으면 미시의 세계에 있다고 하느냐 하는 것이다. 우리가 보통 1mm 라고 하면 1cm의 1/10 이니까, 아주 작은 것으로 인식한다. 그러나 1mm의 1/100 이나 1/1000 정도 되면 눈에 거의 보이지 않게 작은 것이 된다. 그렇다면 물질을 쪼개고 쪼개서 원자 정도가 되면 얼마나 작은 것인가? 그것은 상상을 초월한다는 것이다. 즉, 놀랍게도 천만분의 1mm가 된다는 것인데, 숫자로 쓰면 1/10,000,000 mm 인데, 그것이 얼마나 작은 것인가가 실감이 나지 않아서, 야구장에 유리구슬 하나가 있다면, 이 유리 구슬의 크기: 지구의 크기는 대충 원자 하나의 크기: 야구공 의 크기가 된다는 것으로서 원자가 얼마나 작은 것인가를 상상할 수 있다. 그러니 원자가 얼마나 작은지 실감할 수 있을 것이다. 그런데 원자는 양자와 중성자로 구성되어 있으며, 그 주변을 전자가 돌고 있는데, 이 중성자나 전자의 크기는 원자와 비교하여 얼마나 작을 것인가 하는 것이 또한 문제다. 다시 야구장으로 들어가 보자. 야구장 안에 구슬 하나가 있다고 할 때 원자 핵을 돌고 있는 가장 바깥쪽에 있는 전자가 야구장 울타리를 형성하고 있다고 생각하면 원자는 그 야구장 크기가 될 것이다. 그러므로 중성자:원자=작은 구슬:야구장의 크기가 된다는 것인바, 전자나 중성자 등의 소립자가 얼마나 작은 것인지를 실감할 수 있을 것이다. 앞으로 말하고자 하는 소립자의 세계는 주로 전자, 원자핵, 그리고 빛에 관한 이야기가 될 것인바, 이 세 가지가 자연계에서의 주역(主役)이라는 것이다. 원자 주변을 돌고 있는 전자에 관해서 말한다면, 가령 야구 베트로 야구를 칠 때 그 베트와 야구공이 서로 닿는 부분은 전자가 된다는 것이다. 원자핵은 양자와 중성자로 구성되어 있다는 것은 현대인은 거의가 잘 알고 있는 사항이다. 그러나 빛에 관해서는 그 성질이 어떤 것인지는 대부분의 일반인들이 잘 모르는 지식이다. 좌우지간에 양자론은 극도로 크기가 작은 微視의 세계에 관한 법칙이므로, 상대성 원리와 같이 현실적으로 양자의 세계를 인식하기가 매우 어렵다는 점에서 공통이라는 것이다. 하지만 인간의 인식(認識)이라는 것이 한계가 있고, 우리가 인식하지 못하지만 엄연히 우주에는 수 없이 많은 것이 존재한다는 것을 알아야 한다는 것이다. (가령 인간이 죽고 나면 천국계와 지옥계가 있어서 이 두 세계에서 수 십 년 혹은 수 백 년을 지내고 난 후에 다시 지구의 어느 곳에서 재생한다는 내용을 보통의 사람들이 인식하기에는 매우 어렵다는 것이다. 그 이유는 천국계나 지옥계 등의 영계는 눈에 보이지 않기 때문이라는 것이다. 하지만 초등학교부터 고등학교 까지 수많은 과목을 공부한 현대인들은 윤회전생의 과학적인 설명을 듣고 나서, 그 윤회전생의 과정에서 죽고 난 후에 임시로 휴식할 공간의 필요성과, 그 공간이 우리 지구촌 주민들을 예로 든다면 지구 주변에 있을 것이고, 원자 주위를 돌고 있는 전자의 회전 속도가 훨씬 빨라지면 물질은 눈에 보이지 않게 되어서 결국 천국계과 지옥계가 지구 주변에 엄연히 있지만 사람들의 눈에는 보이지 않는다---등의 진리를 합리적인 추론에 의하여 인식하게 된다는 것이다. 이처럼 눈에는 보이지 않으나 그 존재를 합리적인 추론에 의하여 인식할 수 있다는 것이 현대인의 특징이라고 할 수 있다. 좌우지간에 인간이 평소에 잘 인식하지 못하는 내용이 우리 우주에는 굉장히 많다고 생각해야 한다는 것이다. ---본인의 註) 그럼 양자론에 대하여 생각해보자. 우선 빛에 관하여 생각해보자. 이 빛은 파동과 입자의 두 가지 성질을 동시에 갖고 있다는 것부터 우리의 상식에 어긋난다. 입자면 입자이지 어떻게 동시에 파동의 성질을 갖고 있다는 말인가? 하지만, 미시(微視)의 세계에서는 상식이 통하지 않는다. 예를 들면 미시의 세계에서는 물체가 동시에 여러 곳에 존재한다. 이런 현상을 ‘상태의 공존’이라고 하는데, 아니 어떻게 하나의 물체가 동시에 여러 곳에 있을 수 있다는 말인가? 하지만 이 역시 미시의 세계에서는 상식이 통하지 않는다는 말이 사실이라는 것이다. 이렇게 비상식적인 현상을 몇 가지 더 예로 들어본다면, 우리가 중, 고등학교 화학 시간에 배웠던 내용, 즉 모든 원자핵 주변에 전자가 그 원자핵을 돌고 있다는 내용은 상식인데, 실제의 현상은 전자가 원자핵의 둘레를 회전하고 있는 형상보다는 핵 주위를 전자구름이 둘러싸고 있다는 것이 더 정확한 표현이 된다는 것이다. 이 때 전자의 숫자가 하나이든 여러 개이든 상관없이 전자 구름이 원자를 둘러싸고 있다는 것인데, 이런 현상이 발생하게 되는 이유는 전자가 원자 주위를 엄청나게 빠르게 회전하고 있기 때문이라는 것이다. (보통 전자는 초 당 수 십억 번의 속도로 회전하고 있다고 한다. 즉, 전자의 속도는 빛의 속도라는 것이다.---본인의 註) 또 다른 재미있는 현상은 진공에서는 물질이 생겨나기도 하고 사라지기도 한다는 것이다. [보통 눈에 보이는 물질이 눈에 보이지 않는 반물질(反物質)로 변화한다는 말을 우리는 많이 들어왔다.---본인의 註] 그리고 또 다른 예를 든다면, 전자와 같은 미립자는 물질을 쉽게 뚫고 지나간다는 것이다. 그것은 이 미립자가 원자보다 훨씬 작기 때문에 원자의 숲을 뚫고 지나간다고 생각할 수 있다.

그럼, 우선 빛이 파동과 입자의 성질을 동시에 갖고 있다는 내용부터 한 번 살펴보자. 파동이라는 것은 가령 수면위에 물결의 파동이 퍼져나갈 때, 가령 방파제가 있고 그 방파제의 어느 한 곳이 허물어져 있어서 파도가 그 곳을 통과하여 나아간다고 할 때, 그 파도는 방파제를 통과하여 다시 그림자 부분 전체에 퍼지면서 파도는 다시 생겨서 앞으로 나아간다는 것이다. 빛의 성질도 이와 같아서, 가령 벽이 있고 그 벽에 구멍이 있을 때 빛을 비추면 빛은 구멍을 통과하여 다시 그 벽 저쪽 전체에 빛의 파동을 치면서 앞으로 나아가기 때문에, 벽 저쪽은 모든 공간이 훤하게 밝아진다는 것이다. 하지만 빛은 또한 입자의 성질도 동시에 갖고 있어서, 이 두 가지 성질을 동시에 그림으로 나타낸다는 것이 어렵다는 것이다. 그럼, 파동에 관한 이야기부터 시작해보자. 만일 긴 용수철이 있다고 할 때, 한 쪽 끝을 잡고서 위 아래로 흔든다면, 그 용수철은 다른 끝까지 파동을 이루면서 흔들리게 된다. 이처럼 골을 이루면서 모양이 전해지는 현상을 ‘파동(波動)’이라고 부른다. 파동에는 횡파(橫波)와 종파(從波)가 있는데, 횡파란 용수철의 파동처럼 앞으로 나아가는 파동의 방향과, 위 아래로 왔다 갔다 하는 진동의 방향이 서로 직각을 형성하는 파동을 의미한다. 한편 종파란 공기의 진동파 같은 파동을 말하는데, 우리가 큰 소리를 쳤을 경우에는 공기가 진동을 일으킨다. 이때는 공기 분자의 밀도가 높은 부분과 밀도가 낮은 부분이 교차하면서 파동이 생기게 된다. 이처럼 파동의 진행방향과 진동방향이 같이 나타나는 파동을 종파라고 부른다. 또한 파동이 서로 겹치게 되면 힘이 합해져서 파동의 높이가 더 높아지거나, 혹은 힘이 서로 상쇄가 되어서 파동이 없어지는 현상이 나타나게 되는바, 이런 현상을 ‘파동의 간섭’이라고 부른다. 빛에는 이런 파동의 간섭 현상이 매우 독특하게 나타나는데, 이를 실험으로 확인해보자. 실제 실험이 아닌 思考 실험으로도 확인할 수 있는데, 그것은 판을 두 개 설치하고서, 앞의 판에는 빛이 통과하는 공간(=슬릿)을 하나 만들고, 뒤의 판에는 슬릿을 두 개 만든다. 그렇게 하고 나서 앞에서 빛을 비추면 우선 빛이 맨 앞의 하나의 슬릿을 통과하여 파동으로서 나아간다. 그 다음에 다시 두 개의 슬릿을 빛이 통과하면 두 개의 빛은 서로 간섭하게 된다. 이때 두 개의 슬릿에서 나간 빛 중 상호 보완된 빛은 파동이 겹쳐지기 때문에 더 밝은 빛으로 나타나게 된다. 또한 상호 상쇄되는 부분은 빛이 어둡게 된다. 그리하여 두 개의 스릿이 있는 판 앞에 설치된 스크린에는 빛이 밝고 어두운 모양이 순서대로 나타나게 된다. 다음에는 빛의 종류에 관해서 알아보자. 빛은 파장의 장단에 따라서 우리의 눈에 보이는 빛과 눈에 보이지 않는 빛으로 나누어지게 된다. 눈에 보이지 않는 빛은 파장이 작은 쪽부터 생각해보면, 가장 파장이 작은 것이 원자의 핵 분열할 때 생기는 감마선이다. 그리고 그보다 파장이 긴 빛이 우리가 병원에 가서 허파의 사진을 찍을 때 사용하는 X 선이 있으며, 그 위에 우리가 해변에 가서 쬐는 자외선이 있다. 그보다 파장이 더 긴 빛이 바로 우리가 눈으로 불 수 있는 가시광선인데, 순서대로 보랏빛, 남색, 파랑색, 초록빛, 노랑빛, 주황색, 빨강색으로 파장이 길어진다. 이어서 다시 눈으로 볼 수 없는 전기난로에서 나오는 적외선, 전자레인지에 사용하는 마이크로 파가 있고, 이어서 휴대전화나 텔레비전에 사용하는 전파가 있다. 이들 모두는 빛의 일종이며, 그 빛이 하나의 무리를 지어서 나오므로, 약칭해서 ‘빛의 무리’라고 부를 수 있다. 한편 빛이 파동의 성질을 넘어서서 빛이 입자라는 것은 어떤 시험을 통하여 알 수 있는가? 그것은 광전효과(光電效果) 실험을 통하여 알 수 있다는 것이다. 우선 광전효과라는 개념인데, 어떤 금속에 빛을 비추면 금속의 전자가 에너지를 받아서 튀어 나오는 현상을 광전효과라고 한다. 그래서 광전효과를 볼 수 있는 실험을 하고자 한다면, 우선 금속판과 이 금속판에 연결되어 있는 두 개의 서로 마주보는 금속박(金屬箔)을 설치하여, 금속판에 빛을 쏘이면 두 개의 금속박이 서로 빛의 파장의 길이에 따라서 서로 가까워지거나 멀어진다는 것이다. 즉 금속판에서 나오는 전자의 많고 적음에 따라서 금속박이 서로 멀어지기도 하고, 서로 가까워지기도 한다는 것인바, 바로 이것이 빛의 성질, 즉 빛이 입자라는 것을 말해준다는 것이다. 아인슈타인은 빛은 파동이지만 그 에너지에는 더 이상 분할할 수 없는 최소의 덩어리가 있다고 생각했다. 이 덩어리를 光子 혹은 光陽子라고 하였다. 즉, 그는 빛에 입자의 성질이 있다고 생각하였다. 빛의 파장이 짧을수록 진동수가 높으므로(=많으므로) 광자는 에너지가 높고 충격이 강해진다. 즉, 빛의 밝고 어두움은 광자의 수에 대응한다. 광자란 파동의 성질을 가지면서도 최소의 덩어리로 이루어져, 하나, 둘 등 셀 수 있는 물질이다. 즉, 광자란 빛의 파동과 입자의 두 가지 성질을 동시에 갖고 있는 것이다. 만일 빛이 파동만으로 이루어져 있다면, 별빛은 처음에는 희미하게 보이다가 점점 시간이 흘러야 비로소 보일 것이다. 하지만, 빛은 입자의 성질을 또한 갖고 있기 때문에 그 입자는 곧바로 우리의 눈에 달려오는 것이다. 따라서 우리는 별빛을 ‘곧바로’ 즉시에 볼 수 있는 것이다. 아인슈타인의 광양자 설을 다시 생각해보면, 光陽子는 단순한 입자가 아니고, 또한 단순한 파동도 아니다. 즉, 두 가지 성질을 동시에 갖는 ‘그 무엇’이라고 생각하는 것이 올바르다. 그 양면성을 확인하기 위한 실험으로서, 우선 광원(光源) 앞에 슬릿(slit: 가늘고 길게 째진 틈)이 하나인 면(面)을 대면 빛은 그 슬릿을 통과하여, 파동을 이루면서 앞으로 나간다. 다시 2개의 슬릿, 즉 2중 슬릿이 있는 벽면을 빛이 나가는 앞에 설치하면, 빛은 두 개의 슬릿을 통과하면서 2개의 파동을 만들며 앞으로 나간다. 이 때 이 두 개의 파동이 겹쳐지면서 서로 강화되거나 서로 상쇄되는 현상이 나타난다. 이때 맨 마지막으로 감광판(感光板)을 설치하면 그 감광판에 더 밝은 부분과 그보다 어두운 부분이 교차로 감관판에 나타나게 된다. 이것으로서 빛의 파동과 입자설을 확인할 수가 있다는 것이다. 위의 아인슈타인의 광양자 가설은 실은 독일의 물리학자인 막스 프랑크(1858~1947)의 ‘양자 가설’을 발전시킨 것이다. 당시 독일에서는 제철업이 발전되고 있었는데, 철의 제련(製鍊) 과정에서 용광로 안의 철의 온도를 정확하게 측정할 필요가 있었다. 빨강→노랑→흰색으로 온도가 높아진다는 것은 알았으나, 어떤 과학자가 관측할 때는 파장이 짧은(=진동수가 높은) 영역에서만 실측(實測) 값이 공식과 일치하고, 또 다른 과학자가 관측할 때는 파장이 긴 영역에서만 실측값이 일치하는 등 서로 모순되는 결과가 도출(導出)되었다. 그러자 막스 프랑크는 생각하기를 에너지는 연속적으로 변화하는 것이 아니고, 불연속적으로 변화한다고 생각하였다. 즉, 에너지는 자연수인 1,2,3,4---등의 배수는 가능하나, 1.5, 2.3, 3.8---등등의 연속적인 배수는 불가능하다고 생각하였다는 것이다. 이 생각은 에너지 자체가 하나의 물리 단위로 되어 있고, 이를 공식으로 나타내면 ‘hv’가 된다고 생각하였다. 여기서 h를 프랑크 상수(常數)라고 하는데, 그 값은 ‘h=6.626x10의 마이너스 34승 J.S.’라 하였다. 여기서 v는 진동수를 나타내는 것이다. 지금까지는 빛에 의한 양자론을 살펴보았으나, 지금부터는 원자 및 전자에 관한 양자론 탄생의 과정을 살펴보자. 영국의 톰슨은 사상 최초로 전자의 존재를 밝혔는데 그 때가 1897년도였다. 하지만 그는 이 전자가 어떤 모양으로 존재하는지를 알 수 없었다. 그는 양전기를 가진 어떤 모양 속에 음전기를 가진 전자가 마치 건포도처럼 박혀 있는 것으로 이해하고 있었다. 하지만 일본의 ‘나가오카 한타로’ 님은 19세기 후반에 토성 모양의 배치를 생각하였다. 즉, 토성과 같은 어떤 공 모양의 커다란 물체 주위를 전자들이 돌고 있다고 생각하였다는 것이다. 이것은 오늘날의 원자 모형, 즉 아주 작은 양자(및 중성자) 주위를 전자들이 돌고 있는 모형과 아주 비슷하다. 그러나 놀랍게도 그 당시에는 이 토성 모양의 전자 및 원자 핵 모형은 지지를 별로 받지 못하였다는 것이다. 그 이유는 전자의 회전 운동도 일종의 진동이므로, 회전을 거듭할수록 에너지가 고갈되어, 전자들이 점점 원자 핵 쪽으로 모아져서 원자핵과 합쳐질 것이라고 생각하였다는 것이다. 좌우지간에 결국 1909년에 전자와 원자 핵(=양자+중성자)의 모형이 확립되었는바, 그것은 중심에 있는 아주 작은 핵 주변을 전자들이 회전한다는 모형이었다. 이 모형을 최초로 알아낸 과학자는 뉴질랜드에서 출생하고 런던에서 연구 활동을 한 러더포드 경(卿) 이었는데, 그는 우라늄에서 나오는 알파(ἀ) 선(線)을 금속박(金屬 箔)에 쏘이는 실험을 하였다. 그는 이 실험을 하기 전에 만일 극히 작은 원자 핵이 중심에 있다면, 알파선의 대부분은 금속박을 그대로 통과할 것이며, 일부분은 원자 핵과 충돌하여 진로가 빗나가거나 정통으로 충돌할 경우 곧바로 앞으로 되돌아 튕겨질 것으로 예측하였다. 설치된 형광판(螢光 板)에는 그가 예측한 궤도가 그대로 기록되고 있었다. 하지만 러더포드 모형의 문제점은 토성 형 문제점과 비슷한 것으로서, 에너지가 점점 줄어드는 전자는 중심의 핵 부근으로 집결될 수밖에 없다는 것이었다. 이 문제점을 해결한 최초의 과학자는 프랑스의 ‘드브로이’ 였다. 그는 1923년도에 “전자는 입자뿐만 아니라 파동의 성질을 갖고 있다”라는 내용을 발표한 것이다. 아인슈타인은 빛에 대하여 종래의 說 즉, “빛은 파동이다”에 덧붙여서 “빛은 파동뿐만 아니라 입자의 성질도 갖고 있다”라고 말하였는데, 드브로이도 이와 비슷하게 “전자는 입자뿐만 아니라 파동의 성질도 갖고 있다”라고 말하였다는 것이다. 여기서 주의할 점은 이때의 파동은 물결과 같이 전자가 많이 모여서 이루어지는 파동이 아니며, 또한 물결처럼 굽이쳐서 형성되는 파동이 아니고, 하나의 전자가 입자와 파동의 성질을 동시에 갖고 있으며, 이 두 가지 성질에 의한 파동이어서 물결의 파동과는 다르다는 것이다. 하지만 당시의 일반적인 물리학의 상식과는 다른 이 이론에 대하여 사람들은 잘 이해할 수가 없었다는 것인데, 이 전자가 파동과 입자의 성질을 동시에 갖고 있다는 생각은 현재 양자역학의 기초를 이루는 이론으로 정립되게 되었다. 그럼 여기서 러더포드의 원자 모형을 토대로 하고 또한, 덴마크의 물리학자 ‘닐스 보아’와 프랑스의 물리학자 ‘드브로이’의 이론을 토대로 해서 ‘양자론적인 수소 원자 모형’을 한 번 생각해보자. 즉, 원자 핵 주변을 회전하고 있는 전자는 ‘마루+골’을 이루면서 파동을 만들며 핵의 주변을 회전하고 있는바, 이때의 파동은 전자가 원자핵을 1회전하는데 2번 진동하느냐, 아니면 3번 진동하느냐 하는 것, 즉 전자의 진동 횟수는 반드시 정수배로 되어야 하는 것이지, 1.5배 또는 2.8배 등의 진동은 없다는 것이다. 이와 같이 전자가 파동을 이루면서 원자핵을 회전한다는 이유로 러더포드의 모형에서 제기 되었던 문제, 즉 전자가 원자핵을 회전할 때, 전자의 에너지가 고갈되면 그 전자는 핵을 향하여 서서히 모이게 될 것이라는 이론은 잘못되었다는 것이다. 전자는 일반적으로 에너지가 가장 낮은 궤도를 돈다. 그러나 에너지를 받게 되면 이 전자는 바깥 궤도로 도약(跳躍)을 하게 된다. 그리하여 그 바깥 궤도에서 빛을 발산하면 에너지가 없어지기 때문에 다시 원래의 에너지가 낮은 궤도로 돌아오게 된다. 그럼 빛의 파동 및 입자에 관한 실험을 과학자들은 어떻게 하였는가에 관하여 알아보자. 우선 토마스 영의 이중(二重) 스릿(slit) 실험이 있는데, 이중 슬릿을 통과하는 빛은 가장 끝에 있는 형광판(螢光 板)에 빛의 간섭(干涉) 무늬를 만들어 내어서, 빛은 파동을 이루면서 전진한다는 이론을 실험으로 입증하였다. 또한 아인슈타인은 빛은 파동과 입자의 양면성을 지니고 있다고 최초로 말하였는데, 이와 같은 빛을 광양자(光 陽子)라고 하는데, 줄여서 광자라고 한다. 밤하늘에 보이는 별빛이 곧바로 보이는 것은 빛이 바로 이렇게 입자이기 때문이라는 것이다. 그리고 해수욕을 할 때 살갗이 타는 현상도 또한 빛의 입자 설을 설명해주고 있다. 다음은 전자의 상태의 공존(共存)에 관하여 알아보자. 가령 상자 속에 공이 하나 있다고 하자. 이때의 공은 왼쪽이든 오른 쪽이든 확정적으로 존재한다. 가운데 칸 막이를 하면 공은 왼쪽이든 오른쪽이든 확실히 어느 쪽에 존재하는 것이다. 하지만, 전자는 이런 상식이 통하지 않는다는 것이다. 가령 상자 속에 전자 하나를 넣는다고 하자. 이때 전자가 왼쪽에 있는지, 아니면 오른쪽에 있는지 알 수가 없다는 것이다. 그 이유는 전자의 성질 상 그 전자는 왼쪽에도 있고, 오른 쪽에도 있기 때문이라는 것이다. 하지만 상자의 뚜껑을 열고 전자를 관측한다면 그 손간 전자는 오른쪽이나 왼쪽의 어느 한쪽에 있게 된다. 즉, 관측 행위가 그 전자의 위치를 확정하는 것이고, 관측 전에는 전자의 상태(狀態)의 공존이라는 현상 때문에 위치를 확정할 수가 없다는 것이다. 다음에는 전자의 발견 확율을 알아보자. 전자의 발견 확률은 전자의 파동과 관계가 있다는 것이다. 즉, 전자의 파동에 있어서 진폭이 가장 큰 지점에서 발견될 확률이 가장 크고, 진폭이 0인 지점에 발견 활율이 가장 적다는 것이다. 여기에서 주의할 점은 진폭이 마이너스(-)인 지점에서도 플러스(+)인 지점과 똑같이 진폭의 크기에 따라서 발견 확률이 높아진다는 것이다. 그런데 만일 전자총으로 전자를 발사하기전에, 저 뒤에 스크린을 설치한다고 할 때 어떤 전자가 스크린 어디에 부딪칠 것이라는 것을 알 수 있을까? 그것은 알 수가 없다는 것인바, 그 이유는 전자가 입자이면서도 파동의 성질을 가지기 때문이라는 것이다. 이에 대한 실험으로서, 전자 총 앞에 판을 설치하고, 이중 슬릿, 즉 구멍 두 개를 뚫는다. 그렇게 하고서 전자를 발사하면 전자들은 두 개의 스릿을 통과하여 나아가며, 두 종류의 파동을 만들면서 서로 간섭을 하여 두 개의 파동이 서로 보강되면 파동이 커져서 스크린 위에 파동의 흔적을 남기고, 서로 상쇄되는 경우에는 전자의 발견 확률이 낮아져서, 스크린 위에는 흔적이 없거나 약화된 상태로 그려진다는 것이다. 이때 전자총에서 발사되는 전자가 스크린의 어디에 닿을 것인가를 예측하는 불가능하다는 것이고, 전자의 움직임은 확률 정도만으로 파악된다는 것이다. 그러면 이 전자가 스크린 위에서 흔적을 기록할 때는 어떻게 설명을 하여야 하는가? 사실 전자는 파동이기 때문에 스크린 위에 하나의 전자가 그 흔적을 기록하면, 이때는 전자가 파동에서 입자로 변했다고 말 할 수 있다는 것이다. 즉, 전자가 파동으로 어디에 흔적을 기록할지 모르는 상태, 즉 기록 확률이 매우 낮은 상태에서, 일단 스크린 위에 기록되는 순간 이 전자는 파동이 마치 바늘 끝에 모이는 현상처럼 되고, 발견 확률은 100%가 되는 것인바, 이와 같이 ‘발견 확율’과 ‘파동의 수축’ 현상을 동시에 고려하여 해석하는 것을 덴마크의 물리학자인 ‘닐스 보아’가 찬성하였기 때문에 ‘코펜하겐(덴마크의 수도) 해석’이라고 한다.

그런데 이 코펜하겐 해석에는 아직도 의문점이 남아 있는데, 과학자들은 그 의문점을 풀 수가 없다는 것이다. 즉, 전자가 이중 스릿을 통과하여 맨 뒷면의 스크린에 닿을 때, 어때서 전자가 파동적인 성질을 잃어버리고, 파동이 수축하여 전자의 흔적을 남기는지에 관하여 아직 그 이유를 설명하지 못한다는 것이다. 하지만 과학자들은 그럼에도 불구하고, 이 양자론에 의하여 과학 발전에 지대한 공헌을 하였다는 것이다. 다음에는 일반들의 상식으로 굉장히 받아들이기가 어려운 전자가 두 개의 문을 동시에 통과하는 현상에 관하여 알아보자. 다시 이중 슬릿으로 돌아와서, 전자총에서 전자를 발사한다면, 이 발사된 전자는 두 개의 구멍을 동시에 통과한다는 것이다. “아니 우리들 집에서 두 개의 문이 있다고 할 때, 사람이 그 문들을 통과한다면 동시에 한 사람이 두 개의 문을 통과할 수 있나요? 무슨 말도 되지 않는 말을 하는거요?”라고 항변할 것이나, 이 전자는 파동으로 움직이기 때문에 미립자인 전자는 전자 하나가 두 개의 문을 동시에 통과하는 일이 가능하다는 것이다. 하지만, 그 두 개의 슬릿 바로 뒤에 전자 관측 장치를 설치하여, 슬릿 A 뒤에서 먼저 관측한다고 할 때, 그 전자는 슬릿 A 뒤의 관측 장치에만 나타나고, 슬릿 B의 관측 장치에는 나타나지 않는다는 것이다. 즉, 전자 파동의 수축 현상이 일어나서 A 관측 장치에만 관측된다는 것이다. 하지만, 뒤에 설치된 스크린에는 두 개의 뚜렷한 간섭무늬가 그려진다는 것이다. 좌우지간에 정작 어디에서 발견되는지는 순전히 확률에 의하여 발견된다는 코펜하겐 해석에 대하여 반발한 유명한 유명한 물리학자가 바로 아인슈타인 이다. 그는 “전지전능한 신(=하나님) 조차 전자가 어디에서 발견될지 모른다는 것은 말이 안 된다”라고 말하면서, 코펜하겐 해석에 반대의 의견을 표명하였다는 것이다.

4.소립자(素粒子)에 대하여.

20 세기에 들어서서 가장 획기적인 물리학의 발전 가운데 하나가 바로 이 소립자에 관한 학문이다. 소립자란 물질을 만드는 가장 기본이 되는 입자를 말하는 것으로서, 모든 물질을 구성하는 가장 기본이 되는 입자를 보통 원소라고 부르고, 이 원소(가령 산소 원소 혹은 수소 원소 같은 것)는 원자로 구성되어 있다. 또한 원자는 원자 핵과 핵 주변을 돌고 있는 전자로 만들어져 있으며, 원자핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있다. 종래에는 이 양성자, 중성자, 전자 및 원자핵이 물질을 만드는 가장 작은 입자이며, 따라서 이들을 소립자라고 불렀다. 하지만 그 이후에 양성자와 중성자는 ‘쿼크’라고 부르는 더욱 작은 입자로 구성되어 있다는 것이 밝혀졌고, 이 쿼크는 모두 합해서 6가지가 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한 쿼크보다 더욱 작은 입자인 ‘렙톤’이라고 부르는 입자도 6종이 발견되었다. 電子는 이 렙톤에 속하는 소립자이다. 그런데, 소립자에는 물질을 만드는 소립자와 힘을 전달하는 소립자가 있다는 것이다. 위에서 말한 쿼크와 렙톤은 물질을 만드는 소립자이다. 우주에는 강한 핵력(核力), 약한 핵력, 그리고 중력 및 전자기력의 4종류의 힘이 있으며, 강한 핵력은 ‘글루온’, 약한 핵력은 ‘W 입자와 Z 입자’, 그리고 전자기력은 광자[光子=포톤(photon)] 및 중력은 중력자(그라비톤)라는 소립자에 의하여 전달된다. 그럼 역사적으로 볼 때 소립자 이론은 어떻게 정립되었을까? 그리스 시대 이후에 계속해서 과학자들은 물질의 가장 기본적인 입자에 대하여 의문을 갖고 있었으나, 물질의 기본 입자가 원자로 되어 있다는 사실은 겨우 19 세기에 이르러서 알려지게 되었다는 것이다. 하지만 19세기에는 원자에 대하여 알게 된 내용보다는 모르는 것이 훨씬 많은 채로 마감되었다. 20세기에 들어서서 러더포드(뉴질랜드 출신의 물리학자. 영국에서 연구 활동을 함) 경(卿)이 원자 속에 원자 핵이 있다는 사실을 규명하였으며, 또한 이후에 원자핵은 중성자와 양성자로 구성되어 있으며, 이들은 다시 쿼크로 이루어져 있다는 사실이 규명되었다. 그럼 20세기에 들어서서 이 소립자 연구가 어떻게 진행되었는가를 탐구해보자. 20세기는 지금까지 지지부진 했던 소립자 연구가 극도로 활성화 되었던 시대였다. 이 때 비로소 원자핵을 구성하고 있던 양자와 중성자가 그보다 더 작은 쿼크로 구성되어 있다는 것과, 원자핵을 돌고 있는 전자와 원자핵이 다른 원자핵으로 바뀔 때 자발적으로 방출되는 중성미자(中性微子) 등은 쿼크보다 더 작은 ‘랩톤’이라는 것이 밝혀졌으며, 현재까지 이 랩톤보다 더 작은 소립자는 발견이 되지 않은 것으로 보아서 이 랩톤이 물질의 가장 작은 소립자라고 생각된다는 것이다. 러더포드 경은 1911년에 알파선을 이용한 실험으로 원자 속의 원자핵을 발견하였다. 이 실험이 소립자 물리학의 매우 획기적인 실험이 되었다. 그 이후 1940년 대에는 물질의 궁극적인 입자가 원자, 원자핵, 중성자, 양성자 그리고 전자라는 사실이 밝혀졌다. 그렇다면 이 원자핵, 중성자, 양성자 및 전자가 모든 물질의 궁극적인 미립자일까? 과학자들은 이 의문점을 풀려고 노력하던 중, 1974년도에 ‘프리드먼’ 등이 양성자 속을 들여다보는 실험을 하였다. 그 결과 양성자는 다시 ‘쿼크’라고 부르는 더욱 작은 입자로 되어 있다는 것을 알게 되었는바, 처음에는 업(up), 다운(down), ‘스트레인지(strange)’의 세 가지만 발견되었다가, 이에 추가하여 ‘참’, ‘보텀’, ‘톱’의 3가지 쿼크가 새롭게 추가 되었고, 현재로서는 이 6가지 이외의 쿼크는 발견되지 않고 있어서, 쿼크는 위에서 말하는 모두 여섯가지의 쿼크가 쿼크의 전부라고 알려져 있다. 한편 쿼크보다 더 작은 미립자도 모두 6 종류가 존재하고 있다고 알려져 있다는 것인데, 이것이 바로 ‘랩톤’이다. 이 때의 랩톤은 쿼크보다 작은 ‘전자’ 정도의 크기를 가지는데, 이 랩톤이 쿼크를 구성하는 물질의 개념이 아니고, 쿼크와는 독립해서 존재하는 미립자이고, 그 이름은 중성미자, 전자, 뮤 중성미자, 뮤온, 타우 중성미자, 타우온 이다. 그럼 이와 같은 일반인들이 거의 모르고 있는 미립자들이 밝혀진 내력을 한 번 알아보자. 우선 우주에 존재하는 네가지 힘에 관하여 알아보자. 이 네 가지 힘은 ‘강한 핵력’, ‘약한 핵력’, ‘전자기력’ 및 ‘중력’이다. 이 네 가지 힘은 힘을 전달하는 입자를 주고받음으로서 전달된다고 한다. 우리가 보통 돌을 위로 던지면 바닥에 떨어지는데, 이 힘을 중력이라고 부른다. 그런데, 나는 이 중력이 힘을 주고받는 미립자의 작용에 의한 것이라는 것은 이번에 처음으로 알았다. 그러니까 고등학교 물리학 시간에 중력의 공식을 배울 때에도, 그 중력의 본질에 대하여는 몰랐던 셈이다. 우선 ‘강한 핵력’이란 쿼크끼리 강한 상호 작용을 하는 힘이다. 그리하여 이 강한 핵력 사이에 힘을 주고받는 작용을 하는 미립자를 ‘글루온’이라고 한다. 또한 원자핵 내부에서 양성자와 중성자를 연결하는 힘도 강한핵력인데, 이 들 사이를 연결해주고 있는 미립자는 ‘파이 중간자’이다. 방사성 원소중에는 중성자가 양성자로 바뀌고 전자와 반 중성미자를 방출하는 현상을 베타 붕괴라고 하는데, 이 베타 붕괴를 일으키는 힘을 약한 핵력(=약한 상호 작용)이라고 한다. 약한 핵력은 W입자나 Z입자에 의하여 전해진다. 전기와 자기는 19세기 제임스 멕스웰(James Maxwell)에 의해서 같은 이론으로 설명되었다. 그리고, 중력은 질량을 가진 물질끼리 서로 끌어당기는 힘으로서 ‘중력자’에 의하여 전달된다.

갓 탄생한 우주는 사방 팔방으로 모든 소립자가 자유스럽게 날아다녔다. 이 때 소립자의 진행 속도는 빛의 속도였으리라 추정된다. 소립자가 빛의 속도로 날아가려면, 무게가 전혀 없는 0의 상태이어야 한다. 그런데 그렇게 생겨난 우주가 점점 식어가는 과정에서 소립자의 ‘대칭성(對稱性)의 파괴(破壞)’가 일어났다. 대칭성이란 어느 방향이든 그 방향이 정해지지 않았다는 의미이고, 파괴되었다는 말은 일정한 방향성을 띄게 되었다는 말이된다. 이런 형상은 자석(磁石)에서 볼 수 있다. 막대 자석을 구성하는 각각의 원자는 대칭성을 갖고 있었으나, 그 원자들이 막대자석을 형성하여 온도가 식어지자 S극과 N극이라는 대칭성이 파괴되는 현상, 즉 막대자석은 일정한 방향성을 갖게 되었다는 것이다. 하지만, 이 막대자석에 열을 가하여 뜨겁게 하면 원자들이 갖고 이는 대칭성이 발휘되어서, 자석은 S극과 N극을 상실하게 된다. 1964년에 영국의 물리학자 ‘힉스’는 ‘힉스 메카니즘’을 제안하였다. 즉, 힉스는 우주가 초기 빅뱅에 의하여 만들어지면, 초기 단계에서 천천히 식어감에 따라서 자연스럽게 대칭성의 파괴가 이루어지며, 그 결과가 힉스 입자가 진공에 가득 찼다고 생각하였다. 광속으로 날아다니는 이 히스 입자가 소립자에 부딪치면 그 소립자에 질량이 생겨난다고 생각하였다. 그런데 이런 그의 생각이 2012년도에 LHC (=입자 가속기) 실험 과정에서 실제로 증명되었는바, 이 것은 소립자 과학에서 대단한 결과 였다는 것이다. 현재 소립자 과학의 기본은 ‘평균이론’이라 하는 것인데, 이 이론은 힉스 입자가 있다는 가설하에 세워진 이론이라는 것이다.

중성미자(中性微子=뉴트리노)는 전기적으로 중성인 작은 입자이고, 1930년에 스위스의 물리학자인 볼프강 파울리(1900~1958)는 원자핵 붕괴 시 중성미자가 만들어질 것을 예언하였다. 현재는 우주에 다량의 중성미자가 존재한다는 것이 알려져 있다.

이 중성미자는 인간의 몸뿐만 아니라, 지구상의 모든 물질을 뚫고 지나가며, 심지어는 지구 자체까지도 뚫고 지나간다. 그 이유는 무게가 0이며, 전기적으로 중성이기 때문이다. 1987년 일본학자인 마사토시(1926~)는 일본의 기후 현 가미오카(神岡 ) 광산 지하에 설치한 ‘가미오 칸데’에서 대마젤란 은하에서 발생한 초신성 폭발로부터 방출된 중성미자를 검출하였다. 그후 그의 제자인 도쓰카요지(1942~2009)는 가미오카 광산에 설치한 ‘수퍼 가미오칸데’에서 ‘중성미자 진동’이라는 것을 관측하였다. 중성미자 진동이란 하나의 중성미자가 다른 종류의 중성미자로 변신하는 현상을 말하는 것인데, 이런 현상이 일어나려면 중성미자의 질량이 0이 아니라, 질량이 존재해야만 일어난다는 것으로서, 이 것은 굉장히 놀라운 발견이다.

*초끈이론과 막(膜) 우주 이론

초끈이론은 1980년 대 중반에 등장하여 우주의 모든 것을 설명하는 ‘만물의 이론(=TOE, Theory of Everything)’으로 현재 주목을 받고 있다. 이 초끈이론의 발전에 따라서 현재는 우주가 여러 개의 막(膜)으로 구성되어 있다는 공식을 도출하였는바, 이것이 바로 10차원 우주 혹은 11 차원 우주 등의 다차원 우주 이론이다. 고차원 우주에는 우리의 우주와는 다른 막 우주와 블랙홀, 블랙 링(black ring) 등이 존재한다고 한다. 이때 하나의 막에서 다른 막은 차원이 다르기 때문에 보이지 않으나, 중력만은 차원 사이를 통과하기 때문에, 과학자들은 이 중력을 연구하여 다른 차원의 우주를 규명하고자 현재 노력 중이다. 종래의 물리학에서는 물질의 최소 단위인 소립자를 크기가 0인 점으로 인식하고서 표준이론을 만들었는데, 소립자의 대부분의 반응은 잘 맞았으나, 설명을 못하는 부분이 있었다는 것이다. 그것은 소립자와 소립자 사이에 존재하는 중력 문제였고, 표준이론으로 계산을 하면 중력이 무한대로 되었다는 것이다. 그리하여 과학자들은 최소 소립자의 크기를 0으로 설정하지 않고, 크기가 아주 작지만 끈의 형태로 생각하여 계산을 하여본 결과 계산 결과가 만족스러웠다는 것이다. 끈 이론이 탄생하게 된 배경이 여기에 있다. 소립자 사이에는 저 앞에서 말했듯이 세 가지 힘, 즉 강한 핵력, 약한 핵력 및 전자기력이 있는데, 이 세 가지 힘을 하나로 통합할 수 있다고 한다. 하지만 여기에 중력 이론을 통합하는 것은 아직 달성하지 못하였는바, 이 모든 힘을 통합하는 이론은 초끈이론으로 할 수 있을 것이라고 과학자들은 믿고 있다한다. 초끈은 고무끈과는 전혀 다른 존재이다. 우선 길이가 –33 승 m로서 이 것은 1cm의 1억분의 1의 1억분의 1의 다시 10억분의 1이 되는 초 극미(極微)의 끈이다. 도쿄대학 요네야다 미야키(米谷民明) 교수는 “끈을 늘여도 단위 길이 당 질량(=에너지)은 변하지 않는다. 고무끈을 늘리면 그만큼 가늘어지지만, 초끈 이론의 끈은 굵기가 0이므로 늘이는데 사용한 에너지가 그대로 늘어난 끈의 질량이 된다” 라고 말하였다. 그는 또한 “초끈의 성질은 양자론에 따라서 엄밀하게 다루면 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 자연스럽게 유도된다”라고 말하였다. 초끈이론의 중요한 문제로서 차원(次元)에 관한 문제가 있다. 우리가 보고 있는 우주는 보통 위도와 경도 및 높이를 갖는 3차원이고, 현대 물리학에서는 여기에 시간의 요소를 더하여 4차원의 우주를 우리가 보고 있는 우주라고 말하고 있다. 하지만, 우주는 그리 간단하지는 않고, 우주는 모두 10차원(혹은 11차원)으로 만들어져 있다는 것인데, 이 10차원 우주론은 그냥 과학자들이 단순하게 추측으로 그렇다는 것은 아니고, 정밀한 수학적인 계산에 의하여 그렇다는 것이다. 그리하여 이 우주는 4차원 이외에 다시 6차원이 더 있다는 것인데, 이 6차원을 설명하려면 부득이 끈 이론을 도입해야만 설명이 가능하다는 것이다. 그렇다면 여기에서 초끈이론에서 제기된 용어인 ‘끈’의 개념이 무엇이냐 하는 것이 문제가 된다. 여기에서의 끈이란 ‘고무끈’과는 전혀 다른 것이다. 우선 길이가 10의 –33 승 m이므로, 이를 달리 표현하면, 이는 1cm의 1억분의 1억분의 1억분의 1을 다시 10 억으로 나는 크기라는 것이다. 그래서 끈의 길이는 0이라는 것이다. 그렇다면 이 끈이 무엇으로 이루어졌는가 하는 것이 문제가 된다. 과학자들이 추정하기를 이 끈은 ‘에너지가 선(線) 모양’으로 모여 있는 것으로 생각하고 있다는 것이다. 끈의 성질을 양자론에 따라서 엄밀하게 다루면, 아인슈타인의 상대성 이론이 자연스럽게 도출된다고 한다. 초끈 이론의 특징에 차원의 문제가 있다. 일상 생활에서 우리가 알 수 있는 차원은 3차원인데, 여기에 시간 요소가 덧붙여지면 4차원이 된다. 그러나 과학자들은 이 4차원 속에 숨겨진 6개의 차원이 더 있다고 말하고 있다. 이 숨겨진 차원을 ‘잉여(剩餘) 차원’이라고 한다. 초끈 이론에서는 이 4차원+6차원=10 차원으로 우주의 구조를 설명한다는 것이다. 초끈 이론은 최초로 그 이론이 제창된 이래로 다시 5개의 이론이 추가되었다. 하지만 1995년에 에드워드 위튼(Edwad Witten 1951~) 박사는 추가된 5종의 초끈 이론은 하나의 현상을 여러 각도에서 기술한 것에 불과하다고 말하였다. 여하튼 이런 초끈 이론에 관한 연구와 이에 대한 붐(boom)은 현재 진행중에 있다는 것이다.

5.암흑물질과 암흑 에너지

우리가 밤마다 바라보는 하늘에서 반짝이는 별을 포함하여, 星雲, 먼지---등 천체 망원경에서 촬영할 수 있는 우주 안에 존재하는 모든 것은 우주 전체의 약 4%에 지나지 않고, 나머지는 암흑 물질과 암흑 에너지가 차지하고 있다 한다. 암흑 에너지와 암흑 물질은 우주 망원경으로 촬영이 불가능하나, 우주 과학자들은 오래 전부터 이 두 가지가 존재할 것이라고 이론적으로 예측해왔었다. 오늘날 우리가 보는 우주에 관하여 잠깐 생각해보자. 밤하늘에 보이는 별의 대부분은 항성(恒星)이다. 항성 주위를 돌면서 스스로 빛을 내지 않는 별을 행성(行星)이라 하는데, 밤 하늘에 아주 밝게 빛나는 수성이나 금성은 바로 이 행성들이다. 지구에서 가장 가까운 별은 ‘켄타우르스’ 자리의 ‘플록시마’라고 하는 별인데, 지구에서 약 4.2 광년의 거리에 있다. 보통 두 개의 은하가 충돌하게 되면 우리의 상식으로는 1,000 억 개 이상으로 되어있는 두 개의 은하가 부딪치니까, 당연히 서로 충돌하는 은하가 있을 수 있다고 생각할 수 있으나, 실제로는 그런 일은 거의 없다는 것이다. 그 이유가 방금 말한 지구에서 가장 가까운 거의 별이 빛의 속도로 4년이나 걸리는 먼 거리라서, 마치 서울에 구슬 하나가 있고, 부산에 또 하나의 구슬이 있을 정도로 생각할 수 있으므로, 두 별이 충돌하는 일은 거의 없다는 것이다. 더 큰 시야로 우주를 바라보자. 우리의 우주에는 1,000 억 개가 넘은 수많은 은하가 존재한다고 한다. 은하의 기원은 가스 구름으로서, 가스 안에서 별이 탄생한다면 그 별은 그 가스 전체의 밖으로 나가는 것이 아니고, 중력에 의하여 서로 끌어당기면서 탄생된 전체 은하 안에서 머물고 있고, 은하의 중심을 몇 억년에 걸쳐서 한 번씩 돌고 있다는 것이다. 은하의 모양은 크게 보아서 나선은하와 타원은하로 구분할 수 있다. 우리가 날마다 보는 우주는 가스와 별로 구성되어 있다고 우리는 믿어왔다. 하지만, 2003년 NASA의 관측 위성인 WAMP(=더불유 맵)이 놀랄만한 관측 결과를 내놓았다. 즉, 우주에서 별과 가스를 모두 합쳐보아야 우주 전체 질량의 약 4% 정도에 지나지 않는다는 것이다. 나머지 96%는 ‘암흑물질’과 ‘암흑 에너지’라는 것이다. 그러나 이 암흑물질에 대하여는 정확한 정보를 아직까지 과학 장비로 관측을 하지 못하여서, 아직은 신비에 쌓여 있다고 할 수 있다. 현재의 천문학 기술로는 그 어떤 수단을 쓰더라도, 암흑 물질을 볼 수가 없다. 보이지 않는 물질이 존재한다는 것은 어떻게 알아냈을까? 그것은 수백, 수천 혹은 수만의 은하가 모여서 하나의 은하단(銀河團)을 만들 때, 이 은하단에서의 각각의 은하는 각각의 방향으로 엄청난 속도로 달려가지만, 전체의 은하단 범위를 벗어나지는 않는다는 것이다. 그래서 전체의 은하 무리를 붙잡는 어떤 물질이 있을 것으로 추정하는바, 바로 그 물질이 암흑물질일 것이라고 과학자들은 추측한다는 것이다. 이 암흑물질은 은하 형성의 주축일 것이라고 생각하는데, 그 이유는 우주 탄생 초창기에 여러 암흑물질이 모여서 강한 중력을 형성하면, 그 중력에 따라서 은하 형성의 물질인 가스가 모이게 되고, 그 가스에서 별들이 탄생했을 것이라고 추정한다는 것이다. 암흑물질과 나란히 또 하나의 미스테리(mystery)는 ‘암흑 에너지’ 이다. 1920년 대 후반, 그때까지는 우주가 영원불변이라고 생각되었는데, 실은 우주가 팽창하고 있다는 것이 밝혀졌다. 더욱이 1990 년대에 와서는 이 팽창이 그냥 팽창하는 것이 아니고, ‘가속(加速) 팽창 한다’는 것이 밝혀졌다. 그렇다면 이 우주가 계속 팽창하도록 만드는 존재가 무엇일까 하는 것인데, 과학자들은 그 정체를 ‘암흑 에너지’일 것으로 추정하였다. 하지만 현재의 과학 장비로는 그 에너지를 정확하게 측정할 수가 없어서, 하나의 가설로만 존재하는 형편이다. 1930년대에 매우 기묘한 천문학 현상이 발견되었다. 보통의 생각으로는 하나의 은하는 그 운동의 힘에 의하여 은하단 밖으로 퉁겨 나가야 정상인데, 이상하게도 한 은하단(銀河 團) 안에 계속 머물러 있다는 것이었다. 그리하여 천문학자들은 그렇게 수많은 은하들을 전체의 은하단에 묶어두려면 어떤 보이지 않은 물질이 존재하여야 한다고 생각하기에 이르렀는바, 그 존재가 바로 암흑물질 일 것이라고 추정하기에 이르렀다. 암흑물질은 어떤 ‘나쁜 물질’ 혹은 ‘검은 물질’이라는 뜻이 아니고, 그 ‘정체를 알 수 없는 물질’이라는 뜻이다. 이 암흑물질은 일반적인 별과 은하계 전체의 대충 5배 이상의 비율로 우주에 존재한다고 계산된다는 것이다. 1933년 스위스의 천문학자인 프란츠 츠비키(1898~1974)는 지구에서 약 3.2 억년 거리에 있는 ‘머리털 자리 은하단“의 질량을 구하고자 했다. 이 은하단(약 3000 개 이상의 은하로 구성됨)의 질량을 구하는 방법으로 그는 2가지 방법을 사용했는바, 첫째는 각각의 은하의 빠르기를 측정하여 전체의 질량을 구하는 것이었는데, 이와 같은 방법을 역학질량(力學 質量)이라고 하며, 둘째는 각각의 은하의 (또는 별의) 밝기를 측정하여 구하는 방법으로서, 이런 방법을 광학질량(光學 質量)이라고 한다. 그런데, 측정 결과는 놀라웠다. 즉, 역학 질량이 광학 질량의 측정치보다 약 400 배가 더 무거웠다는 것이다. 이 사실은 무엇을 의미하는가? 그것은 태양의 힘이 지구가 태양계 밖으로 튕겨나가는 것을 방지하는 것과 마찬가지로, 은하단 안에 존재하는 어떤 은하가 그 은하단 안에 머물러 있도록 하는 어떤 보이지 않는 힘이 존재하기 때문일 것이라는 결론을 이끌어 내도록 하였다는 것이다. 즉 ’암흑물질‘이 존재할 수밖에 없다는 결론을 내렸다는 것이다. 베라 루빈(女, 1928~)은 은하의 중심에 가까운 곳에 있는 가스의 최전 속도와 먼 곳에 있는 가스의 회전 속도를 조사해 보았다. 그리하여 중심에 가까운 곳의 최전 속도가 먼 곳의 회전 속도보다 더 빨리 회전한다는 사실을 알아냈다. 이는 태양계에서도 그대로 적용되어, 태양과 가까운 곳에 있는 행성의 회전 속도가 먼 곳의 회전 속도보다 더 빠르다는 것이다. 과학자들은 우선 은하의 회전 속도를 이론적으로 생각해 보았다. 은하의 중심 부근으로 올수록 별의 수가 많아지기 때문에 전체의 중력은 그만큼 커지고, 이에 따라서 별의 회전 속도는 중심으로 올수록 커진다고 생각하였다. 하지만 실제로 ‘안드로메다 은하’를 측정해보니, 결과는 전혀 예상 밖이었다. 즉, 은하의 중심에서의 거리에 관계없이 모든 별의 회전 속도는 비슷하였다는 것이다. 그래서 속도가 비슷하기 위해서는 눈에 보이지 않는 물질, 즉 암흑물질이 필연적으로 존재해야 한다는 결론에 이르게 되었다는 것이다. 츠비키와 루빈은 이 불가사의한 은하의 움직임을 설명하기 위하여는 암흑물질이 있어야 한다고 생각하였다. 여기서 우리는 ‘본다’라는 의미를 우선 이해해야 한다. 우리가 어떤 물체를 본다는 것은 빛이 그 물체에 반사되어 오는 광선을 눈으로 받아들여서 뇌가 그것을 읽는다는 의미가 된다. 여기서 문제되는 것은 그 반사되어 오는 빛은 반드시 어떤 파장을 갖고 있는바, 우리 눈에 보이는 것은 수많은 파장 중 극히 일부분의 파장영역 지나지 않는다는 것이다. 이 영역에 있는 파장을 우리는 가시광선(可視 光線)이라고 한다. 우주에는 이외에도 다양한 빛이 있다. 그런 빛은 눈에는 보이지 않지만, 특수한 관측기를 사용하면 눈에 보이게 된다. 예를 들어 블랙홀에서는 X 선이라는 광선이 발산되나 눈에는 보이지 않는다. 또한 막 태어난 원시별에서는 적외선이 방출되는데, 이 또한 우리의 눈에는 보이지 않는다. 이런 광선은 특수한 장비를 사용해야만 보인다. 하지만 암흑물질은 어떤 장비로도 보이지 않는다. 과학자들은 멀리 있는 은하의 중심에 있는 블랙홀에서 나오는 밝은 빛, 즉 퀘이사가 지구로 오면서 만나는 ‘우주의 구름’을 통과하면서 만나는 중수소와 중성자 및 양성자의 양을 측정해본 결과, 암흑물질은 우주의 가스와 먼지가 아니라는 사실을 알아냈다. 또 다른 현상으로 지구에서 용골자리 방향으로 34억 광년 거리에 있는 두 은하간의 충돌 현상을 관측하였다. 두 은하단은 서로 충돌 후에 가스는 충돌 중앙 지점에 모여 탄환의 머리 부분처럼 모여 있었다. 하지만 암흑물질은 은하단 전체에 분포되어 있는 것으로 파악되었다. 과학자들은 우주선(宇宙 線)이 지구의 대기권과 충돌하여 생성되는 중성미자(中性微子)가 암흑물질의 성분일 거라고 생각하여, 실험을 해보았다. 일본의 도스카요지(戶塚洋二) 박사는 가미오카(神岡) 광산의 지하에 설치한 ‘수퍼가미오칸데’에서 중성미자 실험을 하여 획기적인 발견을 하였다. 즉, 지상에서 수퍼가미오칸데 까지 날아오는 중성미자의 수와 지구의 반대편에서 날아오는 수를 세어보았더니, 지구의 반대편에서 오는 숫자가 30~50%가 더 적었다. 이는 오는 도중 다른 입자로 변화되어서 관측되지 않았을 것이라고 추측하였다. 여하튼 이런 실험을 통하여 과학자들은 우주에서 중성미자가 차지하는 총 중량은 암흑물질 무게의 1/15 이하라는 사실을 밝혀냈던 것이다. 그리하여 이 중성미자는 암흑물질의 후보에서 탈락하게 되었던 것이다. 다음에 우주의 탄생과정을 생각해보자. 처음 빅뱅 이후 은하와 별의 씨앗이 되는 암흑물질은 압력이 높은 곳에 우연히 결집하게 되었다. 그것이 점점 많이 모여서 은하가 탄생하면, 이 은하들이 모여서 은하단을 형성하게 된다는 이론은 합리적이고 과학적인 타당성이 있다. 단지 이런 시나리오가 성립되려면, 암흑물질은 차가운 것이어야 하고, 속도도 매우 느려야 한다는 것이다. 우주 생성 초기에 암흑물질의 속도는 0에 가까웠으나, 현재의 속도는 초속 200 km 정도가 된다고 과학자들은 추정하고 있다. 암흑 물질의 정체(正體)에 관해서 최근에 그 연구가 활발히 진행되고 있다. 이제는 이 암흑물질을 직접 검출하려는 장치인 ‘XMASS’와 인공적으로 암흑물질을 합성하려는 거대 가속기 ‘LHC’를 설치하는 움직임이 이루어지고 있다. 암흑물질을 생성해내는 가속기를 만든다니, 과연 지구촌 과학자들의 발전은 놀랍다고 할 수 밖에 없을 것이다. 암흑물질이 은하의 씨앗이라는 것을 증명하는 과학적인 연구가 2003년부터 본격적으로 시작되었다. NASA의 허블 망원경, 그리고 일본의 쓰바루 망원경 등 다양한 만원경을 통하여 암흑물질의 3차원적인 분포를 조사하였으며, 이 프로잭트에는 15개의 나라 및 40 명의 천문학자들이 참여하였다. 이 연구의 주 목표는 ‘중력 렌즈 효과’의 연구였으며, 약 50 만 개 정도의 은하 분표 상황을 연구한 결과, 빛을 위어지게 하는 중력원의 대부분이 암흑물질임을 알아냈었다. 그리하여 결국, 암흑물질의 3차원적인 지도를보니, 그것은 은하의 3차원 지도와 완전히 일치하였다. 결국 결론은 암흑물질이 은하의 ‘씨앗’이었다는 것이다. 그럼 암흑물징의 영향을 받아서 천체가 일그러져 보이는 중력효과를 알아보자. 망원경으로 아주 멀리 있는 은하단을 관차하면, 그 은하단에서 빛이 오는 중간에 아주 강한 중력을 만나게 되면 빛이 강하게 휘어지고, 이 때는 그 은하단의 모양이 원호(圓弧) 모양으로 바뀌어져서 마치 하나의 고리처럼 보인다는 것이다. 하지만 중간의 중력이 약할 경우에는 빛의 휘어짐이 약하여 여러 개의 은하가 개별적으로 보이나, 역시 약하게 일그러져 보인다는 것이다. 암흑물질이 있다고 알려진 초기 단계에서 과학자들은 이 암흑물질의 정체를 전혀 알지 못했다. 관측이 시작된 이래 몇몇 암흑물질 후보자들이 탈락하였다. 그리하여 조금씩 그 정체에 접근하기 시작하였다. 암흑물질은 다른 물질의 원자나 혹은 그 어떤 물질과도 충돌하지 않는다. 이는 곧 암흑물질이 전기성(電氣性)을 띠고 있지 않다는 것을 말해준다. 또한 암흑물질은 그 어떤 망원경으로도 보이지 않는다. 이는 곧 암흑물질이 그 어떤 빛(=전자기 파)도 방출하지 않는다는 것을 말해준다. 암흑물질은 우주가 탄생할 당시에는 매우 차가운 물질로서 그 당시의 속도는 0이었을 것으로 추정된다. 현재는 그 움직임의 속도가 초속 약 200km로 추정된다는 것이다. 또한 현재 우주에 존재하는 모든 은하계의 무게보다 약 5배의 무게인 것으로 계산된다는 것이다. 현재 암흑물질의 필요조건을 만족시키는 소립자의 후보자로서 2가지가 거론되고 있다. 하나는 ‘뉴프럴리노’라는 소립자이다. 이 소립자는 쌍을 이루는 2개의 소립자로 구성되어 있어서, ‘초대칭 입자’라는 명칭을 갖고 있다. ‘뉴트럴리노에 해당하는 소립자의 수는 상당히 많다. 이 뉴트럴리노에는 종류가 2가지가 있는데, 하나는 전자나 쿼크같이 ’물질을 구성하는 소립자‘이며, 또 하나는 광자나 글루온 같이 ’힘을 전당하는 소립자‘ 무리라는 것이다. 여기서 하나의 쌍을 이루는 뉴트리노는 그 쌍 각각의 소립자 회전하는 속도가 서로 다르며, 또한 앞에서 말한 ’힘을 전달하는 소립자‘는 ’물질을 구성하는 소립자‘보다도 2배 혹은 4배 더 빨리 회전한다는 것이다. (여기서 전자나 쿼크처럼 너무나 그 크기가 작아서, 그것들이 존재한다는 사실 자체를 규명한 것도 대단한데, 종류가 몇 가지라거나, 혹은 회전속도가 얼마라거나 하는 것을 모두 알아냈다는 사실은 이 소립자 물리학을 연구하는 물리학자들의 수준이 얼마나 엄청난가 하는 것이다. 이들 과학자들에 비하여 나는 마치 석기시대에 살고 있는 느낌이다. ---나의 註) 초대칭성 입자 중에서 암흑물질의 후보로 가장 유력한 것은 3가지 인데, 빛의 소립자(=광자)와 짝을 이루는 포티노, 약한 핵력을 전하는 소립자인 Z입자와 짝을 이루는 지노, 그리고 다른 소립자에 질량을 부여하는 힉스 입자와 짝을 이루는 힉시노 의 3종류이다. 뉴트리노는 대단히 무거워서 양성자 무게의 약 1000 배이며, 움직이는 속도가 매우 느리기 때문에 암흑물질의 강력한 후보로 떠오르고 있다. 뉴트리노의 밀도는 1000입방미터 당 1개이다. 중성미자는 1000 입방미터 당 100 만개이다. 암흑물질의 가장 유력한 후보인 ‘뉴트럴리노’를 포작하려는 시도가 세계의 여러 장소에서 이루어지고 있다. 암흑물질 자체를 포획하는 것은 아니고, 암흑물질이 타 물질과 충돌하는 흔적을 찾으려는 것이다. 일본 도쿄대학 우주선 연구소는 이 원리를 이용하는 암흑물질 검출 장치 ‘XMASS’를 기후 현(縣) 히다 시(市)의 ‘가미오카’ 광산 지하 1km 지점에 설치하였다. 지하에 설치한 이유는 우주에서 날아오는 우주선(宇宙線)을 차단하기 위해서였다. 하지만 지금까지는 암흑물질의 신호는 포착되지 않았다. 미국에서도 이와 유사한 검출 장치를 지하에 설치하였다. 그러나 아직, 암흑물질이 검출되지는 않았다. 암흑물질을 인공적으로 만드려는 시도가 시작되었다. 즉, 빛의 속도로 양성자를 충돌시켜서, 암흑물질의 최 유력 후보인 ‘뉴트릴노’를 생성시키려는 시도인데, 이는 입자 가속기를 통해서 이루어지도록 현재 실험중이다. 스위스의 제네바 근처에 있는 길이 27km의 LHC(=Largo Hadron Collider: 거대 하드론 충돌 가속기)에서 실험중인데, 2012년 7월에 이 과정을 통하여 ‘힉스 입자’를 발견하여 화제가 되었다. 암흑물질의 또다른 후보는 ‘액시온’이라는 소랍자이다. 이 액시온은 뉴트릴노와 마찬가지로 아직은 발견되지 않았다. 액시온은 이론 상 강한 자극(磁極)의 영향을 받는다고 알려져 있다. 1989년 이후 미국의 ‘로렌스 리버모아’ 국립 연구소가 이 액시온을 발견하려는 프로책트를 시작하였으나, 아직까지 발견을 못하였다. 액시온은 뉴트릴노와 다른 성질을 갖고 있다. 즉, 액시온 한 개의 질량은 양성자 100 조분의 1의 무게에 지나지 않는다는 것이다. (理論 상 그렇다는 것) 하지만, 이론상으로는 이 액시온의 움직임은 0에 가까워서, 결국 액시온은 암흑물질의 후보자가 된다는 것이다.

오랜 연구 끝에 천문학자들이 알아낸 놀라운 사실이 있다. 즉, 우주가 점점 더 팽창하고 있다는 것이다. 이같은 우주팽창에는 우리의 눈에는 보이지 않는 어떤 에너지가 있다고 생각했으며, 그것이 암흑 에너지일 것이라고 생각했다는 것이다. 앞에서 말한 암흑물질은 우주에 균일하지 않게 존재하지만, 암흑에너지는 우주의 어느 곳이나 윤일하게 존재할 것이라고 생각하였다. 하지만, 이 암흑에너지의 존재를 아직까지는 확인하지 못했다는 것이다.

끝.

[출처] 우주및 천문학 최신 정보|작성자 bonanza3000