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우주의 나이 138억과 M-이론 | ||
우리가 배운 것들을 죄다 ‘헛것’으로 만드는 이론물리학 |
흔히 우주의 나이는 137억 살이라고 한다. 요즘 들어서는 여기에 1억을 더 보태 138억 살이라고 하는 학자가 늘어났다. 1억 년이 엿장수 엿처럼 늘어난 것이다. 그런데 왜 우주의 나이는 대충 130도 아니고 140도 아닌 ‘137 또는 138’이라고 특정해서 말할 수 있는지 궁금하지 않은가? 현재 망원경으로 관측이 가능한 천체 가운데 가장 멀리 있는 것은 퀘이사라는 이름의 준항성체인데, 이것은 지구로부터 대략 120억 내지 130억 광년 떨어진 우주의 변방에서 외롭게 빛을 발하고 있다고 한다. 물론 퀘이사의 존재를 알 수 있는 것은 그 빛이 지구에 도달하기 때문이다. 그렇다면 퀘이사의 나이는 120억 내지 13...0억 년이라는 계산이 나온다. 이렇게 될 경우 우주의 나이는 퀘이사보다 적어서는 안 된다.
2003년 마이크로웨이브 망원경(WMAP)은 퀘이사보다 더 먼 곳에서 날아오는 복사를 관측하는 데 성공했다. 그 결과 허용 오차가 1%도 되지 않는 우주의 나이 137억 년을 계산해낼 수 있었다. 그런데 우리는 더도 덜도 아닌 딱 137억 광년 떨어진 곳이 우주의 끝이라는 것은 어떻게 단정할 수 있는지 의문을 품지 않을 수 없다. 알고 보니 이것 역시 관측으로 증명되는 것이었다. 마이크로웨이브 망원경이 관측한 그곳의 배경복사 온도가 절대온도(-273.15℃)의 미세근사치라는 것이었다. 절대온도에서는 분자운동 자체가 일어날 수 없으니 어떠한 물질도 존재할 수 없다. 그러므로 그곳을 우주의 끝으로 보는 것은 타당하다.
그런데 2013년에 들어 우주의 나이를 ‘빅뱅으로부터 지금까지 걸린 시간’으로 계산하는 방법이 새로이 제시되었다. 가장 최근(2013년 3월)의 관측과 실험에 따르면 우주의 나이는 137.98 ± 0.37억 년이라고 한다. 빅뱅 이론에 따르면 우주는 초기의 매우 뜨거운 상태에서부터 지속적으로 식어왔는데, 우주 배경복사의 현재 온도를 측정함으로써 빅뱅 당시부터 현재까지 우주가 냉각되는 데 걸리는 시간을 측정하게 된 것이다.
우리는 중·고등학교 시절 화학 시간에 주기율표를 배웠는데, 그때 주기율표에 있는 100여 종의 원소는 우주를 구성하는 요소의 전부로 배웠다. 그것은 아주 중요해서 전 세계의 중·고등학교에서 필수적으로 교육되었다. 그러나 WMAP는 이 확고한 믿음까지를 한순간에 날려버렸다고 한다. 관측 결과, 우리가 알고 있었던 100여 종의 원소는 우주를 구성하는 요소의 4%밖에 되지 않았다. 그나마도 이 4% 중에서 99.7%가 수소와 헬륨이다. 따라서 우주에서 원소다운 무거운 원소가 차지하는 비율은 고작 0.03%에 불과하다. 우주는 23%의 ‘미지암흑물질’, 73%의 ‘미지암흑에너지’로 되어 있다고 한다. 그런데 WMAP가 관측한 것은 이 암흑물질의 배경복사였다.
빅뱅이론을 보강한 것이 인플레이션 이론인데, 이 인플레이션 이론에 의하면 다중우주 또는 평행우주의 개념이 도입될 수밖에 없도록 되어 있다. 빅뱅이론이나 인플레이션이론이나 둘 다 이른바 우주팽창론인데, 이 우주팽창의 속도가 빛보다 빨리 진행된다는 것은 참으로 놀랍다. 이것은 공간의 확장 속도이므로, “모든 물체나 신호는 빛보다 빨리 달릴 수 없다.”
고 말하고 죽은 아인슈타인이 살아 있다 한들 이의를 제기할 수 없다는 것이다. 인플레이션 우주이론은 지금도 우주가 부단히 탄생·소멸하고 있는 것으로 파악한다. 그러니 우리가 살고 있는 138억 살짜리 우주는 무수히 탄생 소멸하고 있는 우주 중의 하나에 불과하다. 인플레이션 이론은 우주의 탄생과 소멸에 대해 근거 없이 격렬하게 벌였던 논쟁 - 원래 논쟁은 근거가 없을 때 격렬해지는 속성이 있다 - 에 종지부를 찍고 있다고 한다. 조엘 프리막은 인플레이션 이론에 대하여, “이토록 아름다운 이론이 틀린 것으로 판명된 사례는 지금까지 단 한 번도 없었다.”고 말했다.
여러 개의 초끈이론을 하나로 통합하는 것이 M-이론인데 여기에서 M은 membrance 즉 막,膜을 의미한다. 이 이론의 핵심은 아주 간단하다. 우주를 이루는 모든 입자들이 바이올린의 끈이나 북의 막과 같은 구조를 가지고 있다는 것이다. 자연에 존재하는 모든 입자는 그 출신성분이 무엇이든 간에 모두 끈이나 막의 구조를 가지고 있으며, 이들이 진동하는 패턴에 따라 각기 다른 입자로 된다는 것이다. 단 여기서 말하는 끈이나 막은 3차원 공간의 일상 개념이 아니라 11차원의 초공간 개념이다.
이 M-이론은 현대 물리학자들의 지지와 경탄을 받는다고 한다. 그래서 현대 물리학자들은 M-이론의 글자 M을 ‘신비한, mystery’ ‘마술적,magic’ ‘어머니,mother’ 등으로 말하기도 한다는 것이다. |
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첫댓글 감사합니다