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암흑 에너지나 암흑 물질 없이 우주를 설명하는 새로운 물리학 이론

작성자
pniell
작성일
2017-11-28 23:47
조회
66
원문: http://www.iflscience.com/space/new-physical-theory-explains-the-universe-without-dark-energy-or-dark-matter/
## I Fucking Love Science 기사 및 제네바 대학의 언론 발표 기사를 번역했습니다.
## 제가 이해를 못해 번역이 잘 됐는지 모르겠지만, 어쨌든 본문에 그렇게 자세한 내용은 없네요. 자세한 내용은 K 박사님께서 설명해주실라나...ㅋㅋ

암흑 에너지나 암흑 물질 없이 우주를 설명하는 새로운 물리학 이론

암흑 물질과 암흑 에너지의 정체는 천문학 최고의 수수께끼 중 하나이다. 이 두 가지 요소는 우주의 모습을 설명하기 위해 서로 다른 시기에 등장했지만, 수십 년이 지난 지금에도 이것이 무엇인지, 정말 있기는 있는지 제대로 모른다.

이 두 가지 요소를 제거하고 우주를 설명하는 새로운 연구가 등장했다. 스위스 제네바 대학의 명예 교수 앙드레 마에더 교수는 암흑 우주 모델을 폐기할 방법을 찾기 위해 상대성 이론과 뉴턴 중력의 기본 방정식으로 돌아가자고 제안했다. 마에더 교수는 이러한 아이디어를 천체물리학 저널(Astrophysical Journal)에 게재했다.

이 가설을 이용하여 물리학자들은 다크 에너지 없이 우주의 가속 팽창을 재현할 수 있었으며, 암흑 물질의 존재 없이도 거대 은하단 안에 있는 은하계들의 움직임을 설명했다.

"제 생각에는, 기존 모델에서 고려하지 않았던 시작 가설이 있습니다. 즉, 빈 공간의 규모가 변하지 않는다는 뜻이죠. 다른 말로 하면, 빈 공간과 빈 공간의 성질이 팽창이나 수축에 따라 변하지 않는다는 말입니다."고 마에더 교수는 말했다.

이러한 수정을 통해 현재 암흑 물질과 암흑 에너지로 설명되고 있는 우주의 모습을 이해하기 위해 사용할 수 있는 작은 가속항을 생성한다. 예를 들어, 이러한 방식으로 우리가 아는 물질만으로 은하단의 가속을 설명할 수 있으며 은하계 내에 있는 별들의 움직임 또한 암흑 물질 없이 설명할 수 있다. 이는 사실, 애초에 베라 루빈이 그러한 물질의 존재를 제안한 이유이기도 하다.

규모 불변성(scale invariance )을 도입하면 우리가 보는 우주의 모습을 깔끔하게 설명할 수 있지만, 그렇다고 이 가설이 과연 암흑 물질과 암흑 에너지를 폐기시킬 것인가? 문제는 그렇게 간단하지는 않다. 규모 불변성이 일반 상대성 이론에서만 발견되는 까닭에 이 가설은 거시 세계에만 적용된다. 왜냐하면, 아인슈타인 이론에서 빈 공간은 비어 있기 없기 때문이다. 하지만, 양자 역학에 따르면 빈 공간은 비어 있지 않다.

양자 세계에서는 하나하나의 시공간 조각이 팽창이나 수축에 따라 변화한다. 비록 관측으로부터 예상한 값이 이론적인 양자 값과 다르기는 하지만, 양자 역학에서 진공 에너지라고 부르는 에너지가 암흑 에너지와 연결되어 있다.

암흑 물질과 암흑 에너지의 정체는 여전히 오리무중이지만, 아직은 이 두 가지가 우주를 가장 잘 설명하는 이론이다. 하지만, 추가 연구에 따라 규모 불변성이 왕좌를 차지할 수 있을지도 모른다.



========================제네바 대학 언론 발표=======================
원문: https://www.unige.ch/communication/communiques/en/2017/cdp211117/

암흑 물질과 암흑 에너지는 정말 존재하는가?

제네바 대학의 연구자들은 최근 우주의 가속 팽창과 은하계 내 별의 움직임을 암흑 물질과 암흑 에너지 없이 설명할 수 있다는 사실을 보여줬다.

거의 한 세기 동안 연구자들은 우주에는 직접 관찰할 수 있는 것보다 많은 물질, 즉 "암흑 물질"이 있다는 가설을 세웠다. 또한, 중력보다 강력한 "암흑 에너지"의 존재도 가정했다. 이 두 가설이 각각 은하계 내 별의 움직임과 우주의 가속 팽창을 설명해 준다고 주장해왔다. 하지만, 스위스 제네바 대학(UNIGE)의 한 연구자에 따르면 이러한 두 개념이 더는 유효하지 않을 수도 있다. 암흑 물질과 암흑 에너지 없이도 이러한 현상을 설명할 수 있다는 것이다. 천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)에 게재된 이 연구에서는 빈 공간의 규모 불변성(scale invariance of the empty space)에 기반을 둔 새로운 이론 모델을 통해 천문학 최대의 수수께끼 두 가지를 해결할 수 있다고 말했다.

1993년, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키는 세계가 놀랄 발견을 했다. 우리가 실제로 볼 수 있는 것보다 훨씬 많은 물질이 있다는 것이었다. 천문학자들은 이 미지의 물질을 "암흑 물질"이라고 불렀다. 이 개념은 1970년대에 미국 천문학자 베라 루빈이 이 수수께끼의 물질을 이용해 별의 움직임과 속도를 설명하면서 더 중요하게 받아들여졌다. 우주에서, 땅에서, 그리고 CERN에서까지, 천문학자들은 암흑 물질의 정체를 밝혀내기 위해 엄청난 자원을 투입했지만, 성공하지 못했다. 1998년에 또 하나의 이정표가 세워진다. 호주와 미국 물리학자 그룹이 우주의 가속 팽창을 발견하며 2011년 노벨 물리학 상을 수상한 것이다. 하지만, 엄청난 자원이 투입되었음에도 이른바 뉴턴의 중력을 능가하는 암흑 에너지의 정체를 설명하는 이론이나 관측은 나오지 않았다. 간단히 말해서, 암흑 물질은 80년 동안, 암흑 에너지는 20년 동안 천문학자들 앞에 그 비밀을 드러내지 않았다.

빈 공간의 규모 불변성에 기반을 둔 새로운 모델

우리의 방식에 따르면, 우주와 우주의 역사는 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 뉴턴의 만유인력, 양자 역학으로 설명된다. 현재의 모델은 빅뱅과 여기에 따른 팽창 모델이다. "제 생각에는, 이 모델에서 고려하지 않았던 시작 가설이 있습니다. 즉, 빈 공간의 규모가 변하지 않는다는 뜻이죠. 다른 말로 하면, 빈 공간과 빈 공간의 성질이 팽창이나 수축에 따라 변하지 않는다는 말입니다."라고 제네바 대학 자연과학부 천문학과 명예 교수인 앙드레 마에더는 말한다. 빈 공간은 아인슈타인 방정식에서 "우주 상수"로 알려진 양으로 작용하면서 원시 역할을 수행하며, 결과 우주 모델은 여기에 달려 있다. 이 가설에 기반을 두고 마에더 교수는 전자기학의 기본 이론에서 빈 공간의 규모 불변성이 존재한다는 사실을 지적하며 우주 모델을 다시 검토하고 있다.

마침내 우주 가속 팽창과 은하계 내 별의 속도를 설명하게 된 것인가?

마에더 교수는 자신의 새 모델로 우주론 시험을 수행하고서 그것이 관측과 일치한다는 사실을 발견했다. 또한, 그 모델이 어떠한 입자나 암흑 에너지 없이도 우주 가속 팽창을 예측한다는 사실도 발견했다. 간단히 말해서, 가속 팽창이 물리학 방정식에 포함되는 까닭에 암흑 에너지가 실제로 존재하지 않을 수도 있다는 것이다.

두 번째 단계에서, 마에더는 뉴턴의 법칙, 즉, 일반 상대성 이론 방정식의 특정 요소에 초점을 맞췄다. 또한, 이 법칙은 모델이 마에더 교수의 새 가설에 통합될 때 약간 수정된다. 실제로, 여기에는 낮은 밀도에서 특히 중요한 바깥 방향으로의 아주 작은 가속항이 포함된다. 이 수정 법칙이 은하단에 적용되면 1933년 츠비키의 주장과 반대로 가시적인 물질과 은하단의 질량이 일치하는 결과로 이어진다. 즉, 은하단 내에 있는 은하계들의 속도를 설명하기 위해 암흑 물질이 존재할 필요가 없다는 뜻이다. 두 번째 시험에서는 이 법칙이 은하계 외곽에 있는 별들이 암흑 물질 없이도 루빈 박사가 관측했던 고속 이동도 예측할 수 있다는 사실을 보여줬다. 마지막 세 번째 시험에서는 은하수면 주변을 진동하는 별들의 속도 분포를 관찰했다. 이러한 분포는 상대적인 별의 나이에 따라 증가하며, 빈 공간의 규모 불변성 가설로 잘 설명되지만, 이러한 효과의 기원에 대한 사전 합의는 없었다.

마에더 교수의 발견으로 천문학의 새로운 개념을 논의할 길이 열렸다. "천문학 최대의 수수께끼를 해결할 수 있는 이 모델을 발표한 것은 과학 정신에 비추어 봐도 충실한 일이라 할 수 있습니다. 인간의 추론이나 관찰, 경험 없이 어느 것도 당연하게 받아들여서는 안 된다는 것이죠."라고 마에더 교수는 끝을 맺었다.