스크랩 기타 쉽게 이해하는 암흑물질에 관한 이야기

[오오오오오오오오오오오오오오오뎅]

p.s.

위 글들은 정확도가 현저히 떨어질 수 있으므로 알아서 취사선택해서 받아들이시길 바랍니다.

1.암흑물질이 뭐에요??

->정의를 보면 빛과 상호작용하지 않으면서 질량을 가지는 물질이라고 하는데,이는 즉 투명인간마냥 보이지는 않는데 무게가 있는 물질을 암흑물질이라고 하는 것이다.

<암흑물질은 보이진 않지만 그들의 간접적인 증거인 '중력'으로 인해 빛이 굴절되거나 왜곡되어 우리에게 도달하므로 그 결과 멀리있는 은하가 휘어져서 보이게 되는 것이다.이를 중력렌즈효과라고 한다.>

2.아니 보이지도 않는데 어떻게 질량을 가지는 지 알 수 있나요??

->보이지는 않지만 중력의 영향을 받는단다.이해하기 일단 힘들겠지만,중력을 측정할 수만 있으면 놀랍게도 질량도 측정할 수 있다.그러므로 중력이 작용하는 것을 알 수 있다면 그 물질의 질량이 존재한다는 것도 알 수 있는 것이다.이것은 아이슈타인의 일반 상대성이론의 효과로도 설명할 수 있다.

3.중력이 있으면 질량을 측정할 수 있구나.근데 아이슈타인의 일반 상대성이론 존나 어려운거죠?대충이라도 설명 해 주면 안되요??

->아이슈타인의 방정식은 다음과 같이 엿같이 생겼는데 일단 대충 훑어라도 보아라

이 방정식을 위해 등장하는 새끼들이 민코프스키,리만,뉴턴,힐베르트,아인슈타인 등등인데 어짜피 전공할 거 아니니 다 필요없고 시간공간을 곡률로 재해석하고 이 곡률을 중력으로 재해석이 가능하고 이 중력은 질량과 밀도에 의하여 결정되므로 질량을 알 수 있다는 원리다.

즉 시간,공간 -> 곡률 -> 중력->질량(밀도)로 치환이 가능하다.

이 방정식은 중력말고는 다른 힘이 작용하지 않다는 전제하에 사용하고 있다.

닥치고 중력을 측정할 수 있다면 질량을 알 수 있으며,더 나아가 시간과 공간을 곡률로 재해석 할 수 있다면 이 역시 질량으로 환산이 가능하다는 얘기를 하는 것이다.심플?

<중력렌즈효과는 사실 여러종류가 있는데 그 중 '강한중력렌즈 효과'라는 것의 예가 바로 이 아이슈타인의 링이다.중력렌즈효과가 너무 강하게 작용하면 아예 상이 여러개로 보이게 된다.저기 4개로 보이는 은하는 사실 퀘이사 1개가 중간에 껴있는 은하가 퀘이사의 엄청나게 강력한 힘으로 인해 발생한 중력왜곡효과로 왜곡된 것이다.개신기하네.퀘이사란 은하 중심에 위치한 블랙홀이며,존나 멀리있는데도 쉽게 발견되는 이유는 퀘이사가 우주에서 발견된 천체들 중 가장 밝고 강력한 천체이기 때문이다.>

4.암흑물질은 그럼 뭘로 이루어져 있나요?

->위에서 언급했지만 암흑물질은 중력으로 인해서 간접적으로 '존재한다'라는 것만 확인된 상태이다.이게 뭔지는 정확히 뭔지는 아직 밝혀져 있지않다.이름이 '암흑물질'이라는 것만 봐도 감이 와야지.현재 과학자들이 이게 정확히 뭘까 실험을 계속하고 있으므로 기다려보면 답이 나올것이다.세계7대난제도 하나씩 해결하는 마당에 이과생들을 다시는 무시하지말아라.

5.어짜피 공돌이 90프로는 공장의 부속품 아닌가여.근데 암흑물질로 추정되는 물질이 있지 않나요?

->울음을 일단 참아보고 답을 하자면 일단 대표적인 후보로 초짝입자와 액시온이 암흑물질로 거론되고있다.물론 이 두물질은 아직 학계에서 발견되지 않은 입자이다.이론을 설명하려고 도입된 가상의 물질이기 때문이다.

<1>초짝입자

초대칭 입자라고도 하며 이는 일반적 물질과 잘 상호작용하지 않으므로 암흑물질의 적절한 후보인 것 같아보인다.

이 입자에 대한 이해는 대놓고 존나 복잡한데 그 이유는 '질량은 왜 존재하는가?'에 대한 뭔가 철학적인것같은 질문에 대답하여야 하기 때문이다.(사실 과학적인 질문이다.그 이유는 곧 알게될것이다.)

과학자들이 질량이 왜 존재하는가?라는 질문에 대답을 하기 이전에 그냥 지가 신인마냥 기본입자에 질량을 일단 부여해 놓고 실험을 해가며 역으로 질량의 존재를 증명해 나갔다.

이 질량을 부여하고 설명하는 과정에서  '초대칭입자'를 가상으로 도입했는데,그 이유는 도입하지 않으면 '양자장론'의 '계층 문제'를 풀 수 없기 때문이다.계층문제(hierachy problem)란 '자연스러운 문제(naturalness problem)라고도 하며 대충 어떤 작은 물질보다 더 작은 물질을 등장했을 때 이를 자연스럽게 하기 위해서 더 작은 물리량을 도입하는 것을 의미한다. 

이를 이해하려면 '양자장론'을 대강 이해하고 있는 상태에서 힉스 메커니즘을 이해하고 있어야하므로 내가 시발 암흑물질의 '후보자'를 설명하려고 양자장론을 통째로 공부해야하는판이 되기 때문에 생략하겠다.

걍 암흑물질의 후보라고 생각해라.

<2>액시온

엑시온을 설명하려면 '양자 색역학'의 Strong CP Problem을 이해해야한다.내가 암흑물질 후보자를 설명하려고 양자 색역학을 공부해야하다니 세상에나..이러니까 암흑물질을 쉽게 설명하는 새끼들이 없지.

참고로 액시온은 자기장을 받으면 광자 두개로 분리된다.

'쿼크'라고 들어라도 본 이과생들은 꽤 있을것이다.이 쿼크가 바로 이 양자 색역학을 설명하는 입자이기도 하다.쿼크에 대해서 잠시 설명해 보도록 하겠다.

<진공관의 모습.계층문제가 좆같은 이유는 쿼크의 질량이 '힉스 입자의 진공 기댓값'으로 표현되는데 이 값은 플랑크 질량보다 10^15배나 작은 것이라서 플랑크질량으로 보정할 수가없다.즉, 지우개 길이가 대충 눈대중으로 5cm라고 치면 보정길이가 한 5mm정도로 보정한다 치면 4.5cm~5.5cm정도의 여유가 있다는 것인데 무슨 보정길이가 2km라서 지우개길이를 보정했다 하면 고속도로만해졌다가  코끼리만해졌다가 해서 말이 안된다는 원리와 같다.이런 문제를 계층문제라고하며 이를 해결하기위해서는 새로운 작은 단위가 도입되어야한다. >

쿼크역시 자체가 발견되어 있진 않지만 질량 가속기를 사용한 실혐결과로 인해 그 존재가 거의 확실한 것으로 간주되어있는 입자로,우리는 닥치고 그냥 양성자와 중성자는 알지?그 사이에 교환되는 미지의 소립자를 파이( π) 중간자라고한다.이 파이 중간자 역시 여러개의 물질로 구성되어있는데 이 파이 중간자를 구성하는 물질이 쿼크인 것이다.개같은거.

쿼크는 6가지 맛깔(Flavour)로 이루어져 있다. 즉 위, 아래(이상1세대), 맵시, 기묘(이상 2세대), 꼭대기, 바닥(이상3세대)으로 이루어져 있으며 이들은 5살짜리 애새끼들처럼 날뛰므로 정확한 질량을 측정하는 것은 불가능하기 때문에 미니멈과 맥시멈값만 알 뿐이다.

예를 들어 '위'맛깔의 정지질량은 1.5(미니멈)-5(맥시멈)  MeV/c^2이다.

MeV는 전자하나가 1V를 거슬러 오를 때 드는 전위를 나타난 것으로 그냥 개 작은 값이다.  

1 eV = 1.60217646 × 10^-19 J

c는 빛의 속도(299,792,458m/s)로 질량을 속도의 제곱으로 나누면 전하량이 나온다.

지금 해파리는 맛깔 하나 계산하다가 맛이 가고있는 중이다.

쿼크는 이에 대응되는 반쿼크(antiquark)가 존재하는데 생략하도록 하겠다.굳이 설명하자면 쿼크와 질량은 같지만 전하와 색깔이 반대인 쿼크가 반쿼크이다.

<쿼크의 움직임.방사선의 비행경로는 궤적이 아니고 비적이라고 하고,쿼크의 움직임을 방사선으로 본 것이므로 '쿼크의 비적'이라고 해야 정확하다>

어쨋든 액시온이론에 따르면 빅뱅 과정중에 액시온이 엄청나게 생성되며 우주 급팽창하면서 생성된 운동 에너지를 이 원시 액시온이 존나게흡수를해서 지금 암흑물질을 이루고 있다는 것이다.

하지만  우주 구석구석 높은 질량을 가진다는 액시온의 존재가 관측적인 측면에서 보면 전혀 발견되지 않아서 현재 액시온의 존재는 벽에 부딪혀 있는 상태이다.

<우주의 팽창을 보여주는 그래프.시간이 지날수록 은하간의 거리가 멀어진다는 것은 우주가 팽창하고 있다는 증거이다.>

6.아 머리아프네요 암흑물질이 있건말건 이과생들 존나게 패고싶은데 이게 뭐가 중요해요?

->왜냐면 좀 과장해서 암흑물질에 대한 존재하냐 존재하지 않냐에 따라서 현대 우주론의 마지막 퍼즐이 완성될 수 있다.

일단 우주의 은하분포 자체가 암흑물질이 존재해야만 가능하다는 것이 현대 우주론의 결론이다.왜냐면 암흑물질과 같이 빛에 의해서 영향을 받지 않는 물질이 중력으로 거대구조를 만들고 있지 않는다면 현재와 같은 은하의 분포를 보일 수 없기 때문이다.

이는 태양계 행성역시 암흑물질의 분포가 영향을 미쳣다고 하니 뭔가 숙연해진다.지구도 암흑물질로 지금과 같이 안정적인 생태계를 이룬것이다.암흑물질이 없었다면 아마 중력이 부족해서 지구가 태양에서 존나게 튕겨져 나갔을 가능성도 있기 때문이다.너와 나의 연결고리가 바로 암흑물질인 것이다.

-위의 정보들은 위키백과와 네이버 검색을 참고했습니다.

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필력 존나 찰졐ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

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암흑물질 흥미로워