미스테리 끄새

youtu.be/l3FASidW8wM 2011년 노벨물리학상 수상자는 다소 놀라운 사람들이다. 이들은 SN1a라 불리는 초신성을 연구한 학자들이다. 초신성이라면 우주의 기본을 다루는 학자로 사울 펄무터(Saul Perlmutter), 브라이언 슈미트(Brian Schmidt) 그리고 아담 리스(Adam Riess)다. 이들의 공적은 한마디로 우주의 가속팽창이 사실이라는 것을 밝힌 것으로 이들의 수상을 세계 학자들이 놀랍게 받아들인 것은 그동안 우주론 연구로 노벨물리학상을 받은 경우는 매우 희귀하기 때문이다. 첫째는 1978년 우주배경복사로 아노 펜지어스(Arno Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Wilson)이 수상했고, 둘째는 2006년 우주배경복사의 흑체복사스펙트럼과 약한 비등방을 발견한 업..

youtu.be/simnUHIQDcc 우주의 나이 문제는 계속 천문학자들을 괴롭혔다. 우주의 나이가 140억 년으로 추정되자 빅뱅의 증거가 나타났다고 환호했지만 우주의 년대가 이에 못 미친다는 연구에 의해 혼란을 겪더니 이번에는 보다 심각한 강타가 터졌다. 우주 나이가 10만 년일 때 존재했던 10만분의 6정도의 요동이 있기 위해서는 현재 알려진 약150억년으로도 너무 짧은 시간이라는 점이다. 라대일 교수는 통계적으로 볼 때 현재의 은하까지 자라려면 최소한 1백조년 정도의 세월이 흘러야 한다고 지적했다. 그러므로 은하들이 1백조 년이 아닌 150억년 내에 탄생할 수 있다는 주장은 마치 ‘정상적으로 9개월이 걸리는 아기를 단 30분 만에 태어나게 할 수 있다’고 주장하는 억지라고 설명했다. 아직도 이 문제..

youtu.be/xu8mNEQBtEs 빅뱅과 정상우주론 모두 만만치 않은 문제점이 있지만 대세는 빅뱅 우주론이다. 특히 아인슈타인 이래 최고의 천재라 알려진 스티븐 호킹 박사가 빅뱅 이론에 손을 들어준 것은 강력한 지원군이 되었다. 빅뱅 이론의 기본은 에드윈 허블의 측정 즉 우주가 팽창한다는 논리에서 출발한다. 우주가 팽창한다면 당연히 팽창하기 전의 상태가 연상되며 그것이 한 특이점이라는 것이다. 그 특이점이 대폭발했고 인플레이션에 의해 현 우주가 만들어졌다는 것인데 이 대폭발과 인플레이션이라는 개념이 잘 이해되지 않는 면은 있지만 대체로 현 우주의 상황에 잘 맞는다. 정상우주에 비해 빅뱅이 큰 지지를 받는 이유다. 그런데 대폭발이 존재하기 위해서 절대적인 조건이 있는데 그것은 우주의 나이가 충분해야 한..

youtu.be/LdZ7IU78XJc 하버-보쉬의 공정이 각 국의 관심을 끈 질소비료의 대량 생산이 가능한 것은 물론 질산을 사용하는 화학 폭발물에 대한 수요도 충족시킬 수 있기 때문이었다. 암모니아는 화약 제조에 필수적인 질산의 원료로도 중요하다. 하버-보쉬 공정으로 만들어진 암모니아를 산화시키면 쉽게 질산을 만들 수 있다. 노벨이 다이너마이트를 만드는데 사용한 나이트로글리세린도 글리세린에 질산을 처리해서 만든 것이다. 1910년 베를린에서 새로 설립될 예정이었던 카이저빌헬름 물리화학연구소 소장직을 맡아 달라는 제안이 들어왔다. 하버는 곧바로 승낙했고 1933년까지 20여 년 간 뛰어난 학자들을 거느리며 연구생활을 했다. 문제는 제1차 세계대전이다. 전쟁은 독일인 중의 독일인인 하버에게 커다란 영광의 ..

youtu.be/z-RVsaC5ZJ8 지구상에서 천사와 악당으로 거명되는 과학자는 많지 않다. 일단 노벨상을 받았다면 인류에 가장 공헌한 사람으로 거론되므로 분야에 따라 천사로 불리는데 이론의 여지가 없다. 그런데 더불어 악당이라는 이름으로도 거명된다. 선악이 분명하다는 뜻인데 노벨상 수상자에는 이런 명성을 갖고 있는 사람이 몇몇 있다. 그중에 가장 잘 알려진 사람인 역사상 가장 많은 사람을 구해냈다는 독일의 프리츠 하버(Fritz Haber, 1834〜1934)이다. 지구상에 태어난 생물들에게 가장 중요한 것은 먹는 것이다. 대다수 식물들이 태양과 공기 등으로 살 수 있다고 하지만 이들 역시 태양이 없다면 존재할 수 없음은 물론이다. 동물의 경우는 더욱 심각하다. 식물처럼 태양에너지로만 살아갈 수 있는..

youtu.be/MzySkNjhiJk 우주에 정지해 있는 천체는 존재하지 않는다. 그러므로 또 다른 물리량인 블랙홀의 회전도 고려해야 한다. 그렇다면 회전하는 블랙홀 안쪽은 어떻게 되어 있을지 궁금하지 않을수 없다. 회전하는 블랙홀 주위의 공간은 일그러지고 그 바깥쪽에 ‘에르고 영역(ergo sphere)'이라고 불리는 공간 영역이 발생한다. 에르고 영역에서는 공간 자체가 빛의 속도로 블랙홀에 이끌려서 돌고 있는데 이 영역에 도달하는 물질은 블랙홀이 도는 방향으로 끌려간다. 이러한 회전의 다른 효과로 인해 블랙홀 표면이라고 할 수 있는 ’사상의 지평면‘ 안쪽에 또 다른 ’내부 지평면‘이 나타난다고 생각된다. 사상의 지평면으로 들어간 물체는 반드시 안을 향해 끌려가는데 내부 지평면보다 안쪽에는 큰 원심력이..

youtu.be/tnKsa5KN9V8 블랙홀에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다. 블랙홀은 수학적으로 예측되지만 정의상 보는 것이 불가능하다는데 매력이 있다. 그렇다면 블랙홀은 이론상으로라도 어떻게 생겨나는 것일까(과학자들이 블랙홀의 존재를 확신하지만). 이에 대해서 확실하게 아는 사람은 없지만 과학자들의 추론은 다음과 같다. 태양은 불타고 있는 거대한 기체 덩어리인데 대부분의 다른 별들도 이와 유사하다고 추정한다. 태양은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있는데 그 비율은 대략 2대 1이다. 그 밖에 탄소, 산소, 질소, 철, 마그네슘 같은 성분도 극소량 존재하는데 그 비율은 별마다 다르다. 그런데 태양계에서 태양은 매우 특별한 존재이지만 우주에서 태양은 황색 왜성이라 부르는 평범한 별 중에 하나이다. 별의..

youtu.be/0RZfTCo6lw4 1963년 마르텐 슈미트와 알란 샌디지 등에 의해서 수수께끼의 천체 퀘이사(quasar)가 발견되었다. 퀘이사는 일명 준성체(QSO : quasi-stellar object)라고 불리는데 망원경으로 보면 별과 똑같이 보이는데서 생긴 이름이다. 적색이동을 볼 때 퀘이사들이 우주에서 가장 먼 물체인데 우선 놀라운 사실은 퀘이사들이(현재 4,500개 이상이 발견되었음) 산탄총으로 쏘아놓은 것처럼 무늬가 보인다는 점이다. 이런 발견은 천문학자들을 놀라게 했고 적색이동 자체에 의문을 품기 시작했다. 이런 현상이 우주론적인 우주 팽창에 의한 것인지 그렇지 않다면 완전히 다른 무언가에 의해 발생했는가하는 점이다. 말하자면 대폭발이론은 심각한 문제에 빠진 것이다. 더구나 적색이동을..

youtu.be/TrbH6-5-9Lw 사람들의 궁금증은 만약 학자들의 말을 듣지 않고 사건지평선을 넘었다면 어떻게 될 것인가이다. 우선 밖에서는 당신이 블랙홀 안으로 떨어지는 장면을 보지 못한다. 당신은 그저 블랙홀의 가장자리에 영원히 얼어붙어 있는 것처럼 보일 것이다. 그러나 실제로 영원히는 아니다. 블랙홀조차도 영원하지 않기 때문이다. 스티븐 호킹 박사는 블랙홀도 이른바 호킹 복사를 통해 질량을 잃을 수 있고 시간이 지나면 결국 증발할 수 있다고 발표했다. 하지만 여기서 말하는 시간은 엄청나게 긴 시간이다. 블랙홀에서 탈출하는 것이 불가능하다는 것은 현대인의 상식이나 마찬가지다. 일단 블랙홀의 경계선을 넘어가면 중력이 너무 강해서 그 어떤 것도 심지어 빛조차도 블랙홀의 강력한 손아귀를 뿌리치고 벗어나..

youtu.be/MBAeE71B4rc 우주에 대해 문외한이라 하더라도 블랙홀이란 말을 모르는 사람은 없을 것이다. 간단하게 말하여 블랙홀에 들어가면 모든 것을 흡수하며 빛조차 일단 들어가면 빠져나올 수 없다는 것이다. 다소 황당한 일로 보이지만 우주에는 수많은 블랙홀이 존재한다. 근래 천문학이 급속도로 진전하여 별에 대해 많은 것을 파악하고 있다. 수많은 별들 가운데 태양의 질량은 중간 정도이므로 약 50억 년 후 마지막 남은 수소 연료가 다 타버리면 태양의 외곽층은 떨어져나가고 핵은 결국에는 수축해 지구만 한 크기의 백색왜성으로 변한다. 태양보다 10배가 큰 별은 이와는 달리 초신성 폭발이 일어나 외곽층은 우주 공간으로 흩어지고 핵은 중력에 의해 수축돼 직경 약 20킬로미터의 중성자별이 된다. 그런데 ..

youtu.be/LuabSHSa9Xg 암흑물질이 설사 존재한다하더라도 빛에 반응하지 않으므로 우리 눈에 보이지는 않는다. 그러나 학자들은 암흑물질이 존재한다면 일반 물질에 가하는 중력 때문에 간접적인 방식으로 존재를 확인할 수 있다고 설명했다. 은하의 빛이 지구로 오는 동안 어떻게 구부러지는지, 즉 중력 렌즈 효과가 어떻게 나타나는지 밝혀내 빛을 구부러지게 만드는 암흑물질의 위치를 밝힐 수 있다는 것이다. 현재 암흑물질의 존재는 확실한 사실로 받아들여지고 있지만 문제는 이를 어떻게 검출해 내느냐는 것이다. 레이나 마루야마(Reina Maruyama) 예일대 물리학교수는 4×2배열로 탈륨이 첨가된 요오드화나트륨 결정체 106㎏을 사용한 여덟개의 낮은 배경을 사용하여 우주공간에서 날아오는 암흑물질 입자가 요..

youtu.be/zWzrWE7l4Tk 우주의 처음 순간에 대한 설명의 부족함에도 불구하고 빅뱅의 증거가 서서히 나타났지만 곧바로 천체물리학자들은 이에 수반하는 문제점들을 발견했다. 우주 나이가 10만 년일 때 존재하는 요동이 있기 위해서는 현재 알려진 약150억년으로는 너무 짧은 시간이라는 점이다. 라대일 교수는 통계적으로 볼 때 현재의 은하까지 자라려면 최소한 100조년 정도의 세월이 흘러야 한다고 지적했다. 그러므로 은하들이 1백조 년이 아닌 150억년 내에 탄생할 수 있다는 주장은 마치 ‘정상적으로 9개월이 걸리는 아기를 단 30분 만에 태어나게 할 수 있다’고 주장하는 억지라고 설명했다. 아직도 이 문제는 명쾌하게 풀리지 않고 있는데 이를 ‘우주광역구조형성에 관한 문제(the structure f..

youtu.be/b640AM3qoCE 진화론 자체는 다윈 이전에도 유럽의 지식인 사회에서 널리 알려져 있었다. 행성 체계는 태양이 중심일지 모른다는 주장이 코페르니쿠스 이전에도 있었던 것처럼 일련의 선구자들이 다윈에 앞서 종의 변화를 거론했다. 프랑스의 자연학자이며 파리왕립식물원의 총책임자였던 박물학자 뷔퐁(Georges Louis Leclerc de Buffon, 1707∼1788)도 종들이 진화한다고 주장했다. 영국의 저명한 지질학자 찰스 라이엘(Charles Lyell, 1797∼1875)은 종들이 먹이와 영역을 두고 벌이는 싸움에서 어떤 종은 승리하고 어떤 종은 패배하기 때문에 결국 강한 종이 번성한다는 것을 기꺼이 받아들였다. 찰스 다윈의 할아버지 이래즈머스 다윈(Erasmus Darwin, 1..

youtu.be/fC0RYPfpbIg 인간이란 종(種)은 참으로 독특하다. 자신의 존재 이유를 곰곰이 생각할 뿐만 아니라 왜 지금처럼 행동하는지 이해하려고 애쓴다. 유사 이래 끊임없이 제기된 이런 의문에 대해 현대과학이 내놓고 있는 가장 설득력 있는 답변 중 하나는 진화론을 바탕으로 하는 설명이다. 찰스 다윈(Charles Darwin, 1809∼1882)은 ‘왜 멸종한 동물들과 같은 지역에서 살고 있는 오늘날의 동물들 사이에 연속성이 있는가’가 궁금했다. 오늘날의 동물들은 결국 화석 동물들의 변형된 후손이 아닐까 하는 것이 그의 큰 의문점이었다. 그 이유를 다윈은 『종의 기원(The Origin of Species)』에서 생명체가 자연 선택을 통해 진화했기 때문이라고 설명했다. 그의 설명을 일반적으로 ..

youtu.be/ZGjlNeZtN_k 스티븐 호킹 박사의 주장은 사실 과학의 획기적 진전에 근거한다. 지난 수백 년간 과학이 신의 존재를 믿게 하는 전통적인 기반을 조금씩 잠식해 온 것은 사실이다. 인간의 존재, 생명이 살아갈 수 있는 지구, 우주의 질서. 이 모든 것들이 한때 신비롭게 보였지만 지금은 생물과 천문학, 물리학, 또는 다른 과학적 영역에 의해 설명이 가능해 질 정도로 발전했다. 의 션 캐럴 박사는 우주의 신비로운 영역이 계속 남아있을 수 있지만 과학이 궁극적으로 신이 존재할 여지를 전혀 남기지 않을 만큼 완벽한 이해에 도달할 수 있을 것으로 전망했다. 현대에 와서 우주의 진화와 기원을 설명할 수 있는 물리학과 우주론의 영역이 비약적으로 넓어진 반면 신의 영향력이 미칠 수 있는 영역은 급격히..

youtu.be/bExEknlTWLM 호킹의 설명으로 중력과 양자론이 통합될 수 있는 계기를 마련했다고 알려지지만 그의 설명에서 한가지 집고 넘어가야 하는 것은 중력이 우주의 4가지 힘(중력, 약력, 강력, 전자기력) 중에서 가장 약한 이유가 무엇인가하는 점이다. 빅뱅 당시 전자기력과 중력의 힘은 거의 같았다. 그런데 우주가 팽창하면서 중력이 약화된 반면 전자기력은 매우 강한 힘을 갖게 되었는데 이 이유야말로 현 우주의 존재 이유까지 거론된다. 이 문제에 관한 한 호킹과 다른 우주론이 등장한다. 마이클 그린 박사가 주도하는 끈이론이다. 그는 우주를 지배하는 법칙 즉 가장 작은 입자에서 큰 행성, 항성까지 진동하는 끈으로 이루어졌다고 주장한다. 그런데 그는 끈이론을 접목시키면서 우리의 기본 차원 즉 ‘폭,..

youtu.be/iKmSWykJDv4 현 우주가 빅뱅에 의해 만들어졌다고 생각한다면 한 가지 의문이 생긴다. 빅뱅이 어떻게 탄생할 수 있느냐이다. 이 질문에 종교적인 해석이 개입되면 매우 난해한 문제로 변질되기도 한다. 우주가 정말로 전지전능하신 신이 친히 창조한 것인지 아니면 우주가 폭발해 저절로 생겨난 것인가 하는 의문이다. 2010년, 영국의 이론물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking) 박사는 다소 껄끄러운 이 문제에 대해 캘리포니아공대 리어나드 믈로디노프 박사와 함께 쓴 『위대한 설계(Grand Design)』에서 명쾌하게 설명했다. 그들의 결론은 신이 우주를 창조한 것이 아니라 아무것도 없는 상태에서 저절로 생겨났다는 것이다. 우주는 창조주의 위대한 디자인이 아니라 아무것도 없는 상태..

youtu.be/tncqZIvLCl4 대폭발이론에서 문제점이 야기되자 정상이론이 다시 고개를 들고 있는 것은 사실이다. 그 중에서도 가장 주목받고 있는 이론은 신정상이론이다. 캘리포니아대학교의 제프리 버비지와 막스플랑크천체물리학연구소의 할톤 아프 박사들이 제기한 것으로 우주에는 어떤 시작도 없었고 따라서 종말도 없을 것이며 물질이 계속적으로 창조된다고 가정하고 있다. 이 새로운 모형에서 물질은 우주 안으로 그냥 튀어 들어가는 것이 아니라 많은 ‘작은 폭발들’을 통해 들어간다. 정상우주론 외에도 빅뱅이론에 대항하는 이론들은 여러 개다. 플라스마 우주론, 차가운 대폭발이론, 크로노메트린 우주론과 혼돈에 기초한 우주론과 같은 것이다. 플라스마 우주론은 균일한 플라스마로 시작해서 간단하고 자연적인 방법으로 우주..

youtu.be/Vy5gJS9n18E 그동안 축적된 연구에 의하면 빅뱅우주론이 천문학계의 대세를 이루고 있는 것은 사실이다. 그러나 아직 빅뱅이 모든 천문학자로부터 지지를 받지 못하는 것은 빅뱅에 맞서 영원한 우주를 주장하는 정상상태 우주론도 상당한 지지를 받고 있기 때문이다. 일반 사람들이 다소 혼란스러운 것은 두 우주론의 결론이 정반대라는 점이다. 한마디로 우주가 영원불멸하다는 주장과 그렇지 않다는 것으로 맞선다는 점이다. 정상우주론(steady state theory)은 운동에너지와 인력에 의한 위치에너지가 같은 경우로 태초의 우주가 모든 면에서 지금과 마찬가지라고 설명한다. 1948년도에 영국의 토마스 골드(Thomas Gold), 헤르만 본디(Hermann Bondi) 그리고 프레드 호일(Fre..

youtu.be/RT2ZjlQhf6A 여기서 과학 팁 이야기. 빅뱅은 실제로 우리들이 상상하는 폭발은 아니다. 우선 음파가 존재하지 않았으므로 그것과 연관된 폭음이 있을 리 없다. 또한 빅뱅은 공간이나 시간에서 일어나지 않았다. 우주가 팽창됐다고 말하는 것은 시공간 자체가 팽창함을 의미하기 때문이다. 모든 물체는 빛의 형태로 열을 방출하며, 물체에서 나오는 빛의 파장은 물체의 온도와 밀접한 관계가 있다는 것은 이미 설명하였다. 온도가 높은 물체에서는 에너지가 높은 빛, 즉 파장이 짧은 빛이 나오고 온도가 낮은 물체에서는 반대로 파장이 긴 빛이 방출된다. 빅뱅 직후에는 에너지와 물질 사이에 상호교환이 일어나지만 우주가 팽창함에 따라 온도가 내려가면서 더 이상 상호교환은 일어나지 않았고 이때 남아 있던 빛은..