우주의 종말은 있는가.. (2)

실제로 이 신비한 힘을 예언한 과학자가 있습니다. 앨버트 아인슈타인 박사였죠. 그가 우주를 지배하는 법칙으로 여겼던 우주방정식 'Rμv-½gμvR = 8πTμv' ...하지만 이 방식대로라면 우주는 인력에 의해서 쪼그라질 가능성이 있었습니다. 그래서 그는 우주엔 인력에 반발하는 미지의 힘이 있다고 생각하고, 방정식에 추가한것이 있습니다. 그 힘을 나타내는것을 '우주정수'라 이름 붙혔죠.  하지만 그후 아인슈타인 박사는 이 생각은 오류였다면서 '우주정수'를 무시해 버립니다. 천재과학자를 고민에 빠뜨렸던 인력에 반발하는 힘.. 이제 그것은 우주의 운명을 결정짓는 주역으로 다시 등장했습니다. 인력에 반발하는 힘의 정체는 과연 무엇일까요.



폴뮤트 박사는 많은 과학자들과 논의를 거듭했습니다. 그 결과 이수수께기의 힘을 내고 있는 후보 하나가 떠올랐습니다. 그건 바로 '진공에너지' .. 우주의 진공 즉 아무것도 없는 공간이 에너지를 갖고 있다는 개념이죠.

진공에너지란 도대체 무엇일까요. 이 수수께기의 에너지를 파악하려는 실험이 진행됐습니다. 연구진을 이끈 사람은 미항공우주국 나사 에서 파견된 물리학자 '조던 맥클레이 박사' 입니다. 실험에는 금속으로 만든 지름 50미크론에 달하는 작은 '구'를 씁니다.  이'구'를 진공탱크 속에 설치하고 진공에너지가 구에 미치는 힘을 재려는 것이죠. 이실험에선 먼저 구에 작용하는 다양한 힘...즉 인력이나 전기적인 힘등, 현대 물리학에서 확인된 모든 힘의 영향을 제거시킵니다. 이쯤되면 구는 아무런 힘의 영향을 받지 않음으로 움직이지 않아야 합니다. 하지만 이 상태로 실험을 실시한 결과 뜻밖에도 구는 아래쪽의 금속을 향해 움직였습니다. 구를 미는 미지의 힘이 존재함을 알수있는 것입니다.  맥클레이 박사는 구 위쪽의 넓은 공간에 있는 진공에너지가 구와 금속판 사이의 좁은 공간의 에너지보다 크기 때문에 구를 밑으로 미는 힘이 발생했다고 믿습니다.



interview : 어렇듯 빈공간으로부터 알수없는 힘이 발생하는 것 이야말로 참으로 놀라운 일이고, 거의 신비에 가까운 일이라고 할수있죠. 제 생각에는 이 일이야말로 우주학자는 물론이고 상대성이론이나 장의이론에 관련된 사람들이 현재 자신들이 지닌 관심사와 큰 관련이 있다는 사실을 곰곰히 생각해봐야 한다고 봅니다. 어쩌면 이 일이 우주가 왜 팽창하는 지를 설명해줄수도 있습니다. 우린 아직 이 진공에너지를 자세히 알고 있지는 못합니다. 하지만 이 실험이 진공에너지의 실체를 밝히는 실질적인 계기가 될것으로 믿습니다.



진공..이것은 원래 아무것도 없는 텅빈공간이라야 합니다. 그런데 현대물리학 이론에 따르면 완전한 진공에서도 에너지가 존재하며, 원자보다도 훨씬 작은 차원에서 보면 이상한 현상이 일어난다고 합니다. 진공에너지에 의해 극히 짧은 시간에 아무것도 없는 공간으로부터 갑자기 입자가 나타났다 사라져 버린다고 하는군요. 이 진공에너지야 말로 인력에 반발해서 우주공간을 팽창시키고 있는 원동력이라고 믿어집니다.

진공에너지는 150억년전에 우주탄생 직후에도 중요한 역활을 했다고 생각하는 과학자가 있습니다. 도쿄대학의 '사토 가치이코 교수' 그는 진공에너지를 우주론에 도입한 최초의 과학자의 한사람이죠. 사토교수가 주장하는 '우주팽창이론' .. 탄생직후 바늘구멍만한 크기 였던 우주는 진공에너지에 의해서 지극히 급격하게 팽창했습니다.  이것이 우주의 팽창입니다. 그후 진공에너지는 막대한 열에너지로 변했고, 이 때문에 '빅뱅' 이 일어난것으로 보입니다. 이렇게 해서 일단은 없어져야 마땅한 진공에너지..그럼 현재 우주를 팽창시키는 진공에너지는 어디에서 왔을까요.....

interview : 최초에 팽창을 일으킬때 진공에너지 대부분은 열에너지로 바뀌었다고 믿습니다. 하지만 어떤 이유에서건 아주 적은 량이 남겨였을것으로 보입니다. 그게 남아있으면 우주가 점점 팽창한다고 해도 진공에너지는 줄어지지 않기 때문에 계속 남겨지겠죠.

탄생 직후에 우주공간을 밀어냈던 진공에너지가 이제 다시 우주를 팽창시키는 것입니다. 게다가 이 진공에너지는 이상한 특징을 지닌것으로 보입니다. 예를 들어 개스나 먼지같은 보통의 물질들은  공간이 넓어지면 점점 옅어지지만 진공에너지는 공간이 넓어지면 넓어질수록 늘어납니다.

interview : 이상하게도 이 진공에너지란 우주가 아무리 팽창해도 결코 줄어들지 않는 에너지입니다. 그래서 우주의 크기가 1억배로 커지면 우주의 전체 진공에너지는 1억배라고 할수있죠.

150억년전 우주탄생의 커다란 역활을 한후 미미하게 남아있던 진공에너지가 우주가 팽창함에 따라 급격하게 늘어났고 그것이 다시 우주를 팽창시킵니다. 이렇게 해서 우주의 팽창은 점점 가속된다고 믿어집니다. 진공에너지 로부터 생겨나서 인력에 반발하며 공간을 밀어내는 힘. 이 이상한 힘은 장차 우주에 어떤 변화를 가져오게 될까요..


프린스턴 대학의 '첸박사' 연구진은 슈퍼컴퓨터를 이용해서 모의 실험을 해봤습니다.  컴퓨터가 계산할 범위는 약 100만개의 은하가 포함돼있는 우주공간 입니다. 은하들은 서로의 인력에 이끌려 밀집돼있습니다. 녹색부분이 별이나 은하가 밀집돼있는 장소입니다. 진공에너지의 영향에 의해 우주공간이 넓어 지기 때문에 이영역에 존재하는 별이나 은하의 숫자는 자츰 줄어듭니다. 아무것도 없는 공간이 늘어나는 것이죠. 모든 은하가 서로에게서 멀어지고 있습니다. 우리 은하로부터도 다른 은하를 점점 볼수 없게 됩니다.  최종적으론 모든 은하가 큰 바다속의 작은 섬처럼 고립돼고 맙니다.

interview : 이 특이한 모델에서 이대로 팽창한다면 우주는 차가워 질겁니다. 시간이 지날수록 우주안의 은하들은 서로를 끌어당기는 힘이 점점 떨어지게 됩니다. 그러고 현재의 상태로 서로에게서 더더욱 멀어지게 되겠죠. 그럼 새로운 은하도 생겨나지 않고 은하들의 빛도 차츰 약해지며 결국에는 우주가 차갑게 변하면서 영원히 팽창할겁니다.

우주의 종말은 있는가.. (3) 에서 계속.