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ㆍ글쓴이  :   강길전 (2004.08.23 - 05:46)
  <퍼온글>암흑 물질(dark matter)과 암흑 에너지(dark energy)
다음 내용은 “암흑 물질(dark matter)과 암흑 에너지(dark energy)가 우주를 지배해 왔다”에 관한 이야기인데, 여기서 “암흑 에너지”는 “영점에너지(zero-point energy)”와 동일한 것으로 접급하고 있습니다. 많은 사람들이 “영점에너지”를 사이비 과학으로 몰고 왔으나 이제는 영점에너지를 사이비라고 생각하는 사람이 바로 사이비가 될 가능성이 커졌습니다. 이 글의 출처는 http://www.newtonkorea.co.kr/newton/new/newton2002_12.htm 입니다. 그리고 최근에는 "암흑 에너지"를 일반 실험실에서 측정할 수 있는 길이 열리고 있다는 보고도 있습니다. 이 점에 관해서는 http://xxx.arxiv.org/abs/astro-ph/0406504 를 참고하시기 바랍니다.


1998년, 우주의 팽창 속도가 미지의 ‘암흑 에너지(dark energy)’에 의하여 가속되고 있다는 놀라운 사실이 보고되었다. 우주에는 우리들이 알지 못한 헤아릴 수 없는 양의 에너지가 잠자고 있는 셈이다. 또 우리들은 오랫동안 별이나 은하가 우주의 주역이라고 생각해 왔다. 그러나 우주에는 눈으로 볼 수 없는 미지의 물질이 눈에 보이는 별이나 은하의 몇 십 배나 존재한다는 것이 알려지고 있다. 그것은 ‘암흑 물질(dark matter)’이라 한다. 이와 같이 서로 전혀 다른 물질이면서 우주를 함께 지배하는 이 두 가지 ‘암흑’은 무려 우주 성분의 약 95%에나 이를 것이라고 한다. 최신 우주론은 우리들의 우주관을 송두리째 뒤집어 놓을 것이다.

1970년경 미국의 베라 루빈 박사팀에 의하여 그때까지의 우주관을 완전히 뒤집는 듯한 충격적인 발견이 이루어졌다. 태양계가 속해 있는 은하계와 같은 소용돌이 은하는 전체가 회전하고 있다. 은하의 중심에는 별이 집중되어 있으므로, 당시 은하는 바깥쪽이 중력이 약하다고 생각되고 있었다. 그 때문에 은하의 바깥쪽 천체는 안쪽보다 저속으로 회전하고 있을 것이라고 예측되었다.

그러나 예측과는 달리, 은하의 바깥쪽도 안쪽과 거의 마찬가지로 고속으로 회전하고 있음을 루빈 박사는 발견하였다. 눈에 보이는 별의 중력만으로는 고속으로 운동하는 바깥쪽의 천체를 묶어 놓을 수 없다. 루빈 박사의 발견은 은하에는 보이지 않는 미지의 물질이 대량으로 존재하여, 고속 운동하는 천체를 그 중력으로 묶어 두고 있다는 것을 의미하였다. 이 미지의 물질은 ‘암흑 물질’이라고 명명되었다.

나아가 현재는 은하가 모여 있는 은하단에도 대량의 암흑 물질이 존재한다는 것이 판명되어 있다. 또 암흑 물질은 우주 초기에 그 중력으로 주위에서 물질을 끌어당김으로써 은하 혹은  은하단의 형성에 불가결한 것이었음도 알려져 있다.

그러면 암흑 물질의 정체는 무엇일까? 중성자별이나 블랙 홀, 갈색 왜성 등의 ‘어두운 천체’일까? 그러나 이들 천체는 존재의 양이 대충 알려져 있어, 모두 합치더라도 팽대한 암흑 물질을 설명할 수 없을 것 같다.

최신 우주론에서는 ‘암흑 물질’은 우주에 안개처럼 분포하는 소립자가 아닐까?’ 하고 생각되고 있다. 여기서 말하는 소립자는 지구나 우리들의 몸을 구성하고 있는 양성자나 중성자, 전자 등을 말하는 ‘보통의 입자’가 아니다. 지구조차도 관통해 버릴 듯한 ‘유령 입자’(WIMP)가 암흑 물질의 유력 후보인 것이다.

유령 입자에는 뉴트리노, 액시온, 초대칭성 입자 등이 있다. 그러나 뉴트리노는 최근의 관측에 의하면 암흑 물질이 되기에는 질량이 너무 작은 듯하여 유력 후보에서 밀려나고 있다. 한편 액시온과 초대칭성 입자는 이론으로 예측되어 있을 뿐 존재마저도 아직 실증되어 있지 않다.

1998년 경악스러운 관측 결과가 보고되었다. 우주의 팽창 속도가 가속되고 있다는 것이다. 우주는 고온, 고밀도 상태에서 ‘빅 뱅’이라는 대폭발로 탄생하여 계속 팽창하고 있다. 암흑 물질을 포함한 물질은 그 중력으로 우주의 팽창 속도에 브레이크를 거는 작용을 한다. 만약 암흑 물질이 대량으로 존재하면, 우주의 팽창은 결국 멈추고 우주는 수축으로 바뀌게 된다. 그렇지 않아도 우주의 팽창 속도는 이 중력의 브레이크에 의하여 감속하고 있다고 생각되었고, 오랫동안 우주의 감속 팽창이 상식으로서 믿어져 왔다.

그러나 가속 팽창의 발견에 따라 이 상식이 뒤집혔다. 이 발견은 중력의 브레이크를 뚫고 반발력을 만드는 미지의 에너지가 존재한다는 것을 의미한다. 우주를 팽창시키는 액셀러레이터 역할을 하는 이 에너지는 ‘암흑 에너지’라고 하며, 그 정체를 규명하기 위하여 연구가 계속되고 있다.

‘암흑 에너지’의 정체가 될 유력 후보로서 미국 시카고 대학의 마이클 터너 교수 등이 생각하고 있는 것은 ‘진공 에너지(zero-point energy)’이다. 극미 세계의 이론인 ‘양자론’에 의하면 진공은 아무것도 없는 공간이 아니다. 진공은 ‘가상 입자(virual particle)’가 여기저기에서 생겨났다가 사라지는 분주한 공간인 것이다. “가상 입자’는 직접 관측할 수는 없지만 존재의 간접적인 증거는 있다. 그리고 우주 공간에 차 있는 ‘가상 입자’를 만들어 내는 에너지가 진공 에너지인 것이다.

‘인플레이션 우주론’에 의하면 우주는 탄생 직후에도 극히 짧은 시간 동안 몇 십 배, 몇 백 배나 급팽창(인플레이션)을 일으키게 된다. 이 급팽창의 근원도 진공 에너지라고 생각되고 있다. 그것이 사실이라면, 이때의 진공 에너지 가운데 약간 남은 것이 현재의 우주론을 가속 팽창시키고 있는 암흑 에너지일지도 모른다.

현재 우주론의 연구자들 사이에서는 우주의 구성 요소는 보통의 물질이 약 5%, 암흑 물질이 약 30%, 암흑 에너지가 약 65%라고 생각되고 있다.





최문경 
어느 분이 제로자장인가 이야기 하시기에, 모르는 영역이라, 이야기 연결하기에 난처한 적이 있었습니다만, 이러함에도, 교수님께서 제로에너지와 암흑에너지를 말씀하심으로, 이것이 초양자장에 연결되기도 하는 것으로 보면서, 저의 엉뚱한 환상을 보태고자 합니다.

그것은 우주의 먼곳의 온도가 아주 극저온이라고 한다면, 극저온에서 은하수 물체에 나타나는 초유동성, 반자성이거나 포함자성?(... 용어를 몰라서...자성을 내포하지만 초전도성을 나타내는...) ,.입자가속성, 초유동성 등이 나타나는 현상과 같은 이치에서가 아닐까? 라고 상상이 나르기도 하는 것입니다.

양자물리학 이론들로, 오늘날의 초전도체에 대한 이치들이 점점 밝혀지고 있다고 보입니다. (2003년도 노벨 물리학상도 초전도성과 초유동성에 대한 공로에 대한 것이었다고 봅니다.)

우주 저편에 극저온이라서 모든 은하수의 물체가, 물체와 입자들과 전자들의. 움직임들이 저항도 없이 자유로히 초유동적이라면, 이 초전도 초유동, 현상들도 지구에서 관측할 때에는, 암흑에너지, 제로포인트 에너지, 공의 충만등으로 표현 될 수도 있을 것으로 봅니다만....아직도 초전도체 초유동체에 대한 이치들은 저 같은 사람이 개념으로 쉽게 이해할 만큼은 설명되어진 것이 아니지 않나? 라고 보았습니다....따라서, 현재로서는 모두 양자물리학으로 초전도이치들과 현상들을 설명하고 있음으로, 아무래도, 초전도나 초유동성이나, 초양자장에 대한 지향성을 지니고 있다고 보았습니다.

이러한 상상적 추상속에서 생명들의 깊은 영역의 의식이야 말로, 암흑에너지, 제로포인트 에너지, 초양자장의 연결창구라는 마음의 방향성이 일어납니다만, 한편으로 황당하고 즐겁고 재미나면서도, 저로서는 거증할 수가 없기에, 환상같은 과정에 있는 셈입니다.

최근에, 저는 이러한 상상의 경향속에 있어왔기에, 교수님의 말씀에 사족을 보태는 셈입니다. 그리고, 기도나 기나 집중적 의도나 암시나 플러시보나 활동이나 관계나 유전자가 변하는 것이나, 모두 어떤 방식으로든 양자적 활동과 연결되어진 것으로 봅니다만, 저로서는 도리어, 이것을 암흑에너지나 제러ㅗ포인트 에너지와 연결된 보이지 않는 양자라고 부르는 것이 가능하지 않을까? 라고 상상이 미치는 것입니다.

달리 표현한다면, 인간의 의식조차 에너지는 에너지이겠지만, 그 모습이 관측되지 않는 그 무엇과 긴결된 암흑속의 에너지일것이라는 추정입니다.

이것을 에너지나 열이라는 관점에서 보면, 열이라는 것은 입자의 활동에 의하여 나타나는 것으로 보이는데, 열이 전무한 공간에서는 시공간이 축소되고, 모든 정보가 용입되는 것이 아닌가도 상상되어집니다. 달리 말하면, 인간의 의식속에서도 이러한 현상들이 가능하지 않는가? 인간의 신체는 물질이지만, 인간의 의식은 일상의 온도속에서 어떤 임계치의 온도, 어떤 특정의 활동상태에 도달하면, 상온에서의 초유동성이나 초전도성에 비유되는 어떤 심적 상태가 발현하는 생명적 기구가 아닌가? 라고 환상같은 상상이 달려가는 것입니다.

물론, 이와 같은 저의 이야기는 현재로서는 환상일 것입니다.
 (2004/08/23)


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