+ “우주는 팽창하지 않는다” 독일 과학자 새로운 우주론 반기

 

 

 

독일 과학자 “우주는 팽창하지 않는다”

 

입력: 2013.07.19 10:55

 

 

 

 

독일의 한 과학자가 지금까지 정설로 여겨왔던 ‘우주 팽창론’에 반기를 들어 전 세계적인 주목을 받고 있다.

 

세계적인 과학지 네이처가 운영하는 네이처뉴스(Nature News)는 16일(현지시간) 최근 온라인 논문 초고 사이트(arXiv.org)에 공개돼 화제와 논란을 낳고 있는 새로운 우주론을 소개했다.

 

네이처뉴스는 “우주는 빅뱅(태초의 대폭발)으로 시작됐으며 그 이후로 계속 팽창해 왔다. 거의 한 세기 동안 이는 보편적인 우주론이었다”면서 “지금 한 우주론자가 우주는 전혀 팽창하지 않았다는 근본적으로 다른 해석을 내놨다”고 전했다.

 

이런 주장을 펼친 이는 독일의 이론물리학자인 크리스토프 베테리히(Christof Wetterich) 하이델베르크대학 교수. 그는 우주는 팽창하지 않지만 모든 물질의 질량이 계속 증가해 왔다는 우주론을 내놨다.

 

베테리히 교수는 “내 해석이 학자들에게는 빅뱅의 ‘특이점’(singularity)으로 불리는 문제가 많은 이슈를 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 특이점은 빅뱅이 일어나기 직전 부피가 없고 온도와 밀도가 무한대인 상태를 의미하며 이는 아인슈타인의 일반 상대성이론으로도 해석할 수 없다.

 

이에 대해 이 매체는 “아직 과학자들이 검토(리뷰) 중이기는 하지만 누구도 이 논문이 전적으로 잘못된 것이라고 말하지 못하며 일부는 이 이론이 추구할 만한 가치가 있다고 말한다”고 설명했다.

 

천문학자들은 원자가 방출하거나 흡수하는 특유의 색과 주파수의 빛을 분석함으로써 천제가 지구로부터 멀어지거나 가까워지는지를 측정하는 것으로 알려졌다.

 

물질이 멀어지면 주파수는 낮은 대역으로 이동해 스펙트럼 상에서는 붉은색으로 변하는 ‘적색이동’(red shift)을 한다. 이는 구급차가 멀어질 때 사이렌 소리의 음높이가 낮아지는 것과 같은 방식이다.

 

1920년대 조르쥬 르메트르나 에드윈 허블과 같은 천문학자는 은하 대부분이 스펙트럼 상에서 적색이동하며 먼 은하일수록 더 심하다는 것을 발견했다. 이런 관측으로부터 우주론자들은 우주가 반드시 팽창하고 있다고 추론했다.

 

그러나 베테리히 교수의 지적처럼 원자가 방출하는 특유의 빛 또한 전자와 같은 원자를 구성하는 기본입자의 질량에 지배받는다. 만일 원자 질량이 증가하면 원자가 방출하는 광자 에너지는 증가할 것이다.

 

한때 모든 질량이 지금보다 적었고 그후 항상 증가해 왔다면 은하의 색상은 현재 주파수보다 적색이동한 것으로 보일 것이며 그 정도는 지구와의 거리에 비례할 것이다. 따라서 적색이동은 마치 은하가 우리에게서 멀어져가는 것처럼 여기게 하는 것이라는 게 이 매체의 설명이다.

 

이러한 식으로 적색이동을 수학적으로 보면 모든 우주론은 완전히 달라질 수 있다.

 

베테리히 교수에 따르면 초기 인플레이션(초팽창)에 앞서 빅뱅에는 우주의 밀도가 무한해지는 특이점이 없을 것이다. 대신 빅뱅은 본질적으로 무한의 과거에 발생한 사건이 돼 버리며, 현재의 우주는 정적이거나 수축이 시작된 것일 수도 있다.

 

그 이론은 그렇듯 하지만 여기에는 한 가지 큰 문제가 있다고 한다. 바로 실험으로 검증할 수 없다는 점이다. 질량은 차원을 갖는 양이라서 다른 것과 비교해야만 측정할 수 있다. 그 예로 지구 상의 모든 질량체는 프랑스 파리 외곽에 있는 국제도량형국(International Bureau of Weights and Measures)에서 정의한 질량표준 즉 1kg을 비교한 것에 정의해 비교해 상대적으로 결정된다.

 

따라서 만일 모든 물질의 질량이 함께 증가해 질량표준도 함께 증가한다면 질량이 증가했다는 사실은 알 수 없을 것이다.

 

이에 대해 베테리히 교수는 “실험적으로 내 이론을 검증할 방법이 없다는 주장은 주제를 벗어난다”면서 “내 해석법이 우주모델을 새로운 시각으로 생각하는데 유용할 수 있다”고 말했다. 즉 물리학자들이 양자역학을 수학적으로는 일치하지만 다양하게 해석하는 것과 같은 것이다.

 

또 베테리히 교수는 “내 이론에서 빅뱅의 특이점이 없다는 것은 큰 장점”이라고 강조했다.

 

캐나다 워털루 페리메터 연구소의 천체물리학자 니야예시 아프쇼르디 박사는 “그의 이론이 갖는 장점과 참신함을 확신한다”고 말했다.

 

아프쇼르디 박사에 따르면 우주론자들이 우주가 팽창한다고 말하는 것은 단지 은하의 적색이동을 해석하기에 가장 편하기 때문이다.

 

또 다른 학자들은 그의 해석이 한가지 생각에만 너무 사로잡혀 있는 우주론자들에게 도움이 될 수 있다고 말하고 있다.

 

영국 에든버러대학의 물리학자 아준 베레라 박사는 “오늘날 우주론 분야는 인플레이션과 빅뱅 이론에 중심을 둔 표준적인 모델에만 국한하고 있다”면서 “우리가 너무 편해지기 전에 알려진 모든 관측 결과와 일치하는 다른 설명들이 있는지 알아보는 것이 매우 중요하다”고 말했다.

 

사진=위키피디아

 

나우뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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