암흑물질⦁암흑에너지와 대통일장 이론
언제 우주의 비밀이 완전히 벗겨질까요?
그때가 언제일지 아무도 알 수 없겠지만, 지금은 과거보다도 훨씬 더 그 목적지에 가까이 왔고
언젠가는 반드시 밝혀지리라 생각합니다.
인류는 그동안 엄청난 과학적 발전을 이뤄왔지만, 앞으로 지구를 벗어나 우주시대를 열기 위해서는
지금의 과학에서 한번 더 놀라운 도약이 필요합니다.
그것은 암흑물질과 암흑에너지의 정체를 알아내고 대통일장 이론을 완성하는 것이라고 생각합니다.
이것이 이루어졌을 때 우주를 마음껏 여행할 수 있는 새로운 원리의 우주선도 만들어 낼 수 있는 등
인류의 우주시대 개척을 가능하게 할 것입니다.
그렇다면 암흑물질과 암흑에너지의 정체는 무엇일까요?
우리는 현대과학으로 우주전체의 물질⦁에너지 밀도가 어떻게 구성되어 있는지, 총 질량이 어떻게 되는지 계산할 수 있습니다.
먼저 결론을 말씀드리면, 우주 전체의 물질⦁에너지 밀도는 보통물질 5%, 암흑물질 25%, 암흑에너지가 70%로 구성되어 있다고 합니다.
보통물질은 일반적으로 눈으로 볼 수 있는 별과 행성으로 구성된 은하입니다. 그런데 이것은 전 우주에서 5%밖에 안됩니다. 나머지 95%가 암흑물질과 암흑에너지입니다.
암흑물질은 우리가 전혀 볼 수 없고 전혀 다른 입자로 구성되어 있기 때문에 원자로 이뤄진 보통 물질을 뚫고 지나가기도 하는 신비로운 물질입니다.
질량을 가지고 있지만, 빛이나 입자를 전혀 방출하지 않으며 다른 입자들과 상호 작용을 하지 않고 중력으로만 작용하는 유령같은 소립자입니다.
은하단의 총 질량을 계산해 보면, 관측된 천제의 질량으로는 턱없이 부족하다는 것을 알게 됩니다.
관측된 천체의 질량보다 400배나 많은 질량이 있어야 은하단의 총 질량이 됩니다.
엄청나게 부족한 질량은 무엇이 채우고 있을까요?
바로 우리가 전혀 볼 수 없는 암흑물질입니다.
태양계에서 태양과 가장 가까운 행성인 수성의 공전 속도는 가장 빠르고 해왕성의 공전 속도는 가장 느립니다.
왜냐면 태양과 거리가 멀면 중력이 약해서 원심력이 약해도 궤도를 유지할 수 있지만,
태양과 가까우면 원심력이 강해야 궤도를 유지할 수 있기 때문입니다.
그러나 우리 은하를 공전하고 있는 별들의 실제 움직임을 분석하여 공전 속도를 계산해 보면
외곽에 있는 별들의 공전 속도가 태양의 공전 속도와 비슷하거나 더 빠르게 측정됩니다.
대부분의 은하들에서 이런 현상들이 관측되는데,
은하 외곽에 별들의 질량을 압도할 정도로 많은 양의
보이지 않는 질량이 존재하지 않으면 설명할 수 없는 현상입니다.
바로 암흑물질 존재를 보여주는 현상이죠.
은하가 여러 개 모여있는 은하단 같은 경우에는 그 중심부에 위치한 은하들의 특이 속도는
거의 1000km/s에 육박한다고 합니다.
이렇게 빠르게 공전하는 은하들을 잡아둘려고 하면 엄청난 질량이 은하단의 중심부에 있어야 하는데,
보통물질의 양으로는 턱없이 부족합니다.
눈에 보이지 않는 암흑물질이 있기 때문에 은하들을 잡아둘 수 있습니다.
암흑물질은 은하나 은하단 또는 초은하단을 구형으로 넓게 둘러싸고 있는 것으로 알려져 있습니다.
은하 중심으로 갈수록 암흑물질의 밀도가 높아지는 경향이 있고, 은하 질량의 80~99% 정도의 질량을
이 암흑물질이 차지하고 있습니다.
그렇지만 아직은 암흑물질의 존재만 알고 있을 뿐, 어떤 입자로 구성되어 있는지 그 정체는 알지 못합니다.
이 암흑물질보다 어째보면 더 신비로운 존재가
암흑에너지인데요,
우주 전체에 70%나 많은 부분을 차지하고 있는
암흑에너지는 무엇일까요?
우리 우주는 현재 팽창 속도가 점점 더 커지는 가속 팽창을 하고 있습니다. 이 암흑에너지가 있기 때문에 우주는 가속 팽창을 할 수 있는데요,
질량이 있는 물질도 아니고 빛에너지 같은 것도 아닌 아직은 우리가 알 수 없는 신비로운 에너지입니다.
암흑에너지를 진공에너지로도 표현을 하는데요,
우리가 살고 있는 우주는 단순히 물질과 복사에너지로 채워진 공간이 아니라
미지의 에너지로 가득차 있는 신비로운 곳입니다.
하루 빨리 암흑물질과 암흑에너지의 정체가 밝혀지길 기대해봅니다.
암흑물질과 암흑에너지의 정체가 밝혀지는 것은 대통일장 이론과도 연결돼 있다고 생각합니다.
자연계에 존재하는 4가지 힘인 강력, 약력, 중력, 전자기력을 하나로 통일하는 것이 대통일장 이론인데요,
이제까지 중력을 뺀 3가지 힘은 통일이 됐죠.
하지만 중력까지 완전히 통일하는 이론이 나오기까지는 쉽지 않아 보입니다.
초기우주에서는 이 4가지 힘이 하나에서 출발했다고 생각하기 때문에 과학자들은 이 4가지 힘을 하나로 통일하는 것은 가능하다고 봅니다.
만약 이러한 통일된 힘이 밝혀지면 지금 그토록 알고 싶어하는
우주 탄생의 비밀과 시공간이 탄생한 이래 만들어진 모든 종류의 물질과
힘들의 특성은 그 정체를 드러낼 것입니다.
그래서 이 4가지 힘을 하나로 통일하는 것이 물리학의 궁극 목표이기도 합니다.