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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

천문학

물리학자들에게 아직도 미스터리인 중력

미디어위원회
2022-07-03

물리학자들에게 아직도 미스터리인 중력

(The Gravity of the Situation Confounds Physicists)

by Jerry Bergman, PhD


중력의 수수께끼는 깊어지고 있다.

하나님은 만물을 붙들고 계신가?


     중력(gravity)은 우리에게 작용하는 가장 친숙한 힘이며, 또한 가장 미스터리한 힘 중 하나이다. 중력은 우주에서 가장 약한 힘이지만, 가장 긴 거리를 갖고 작용한다. 중력은 지구의 대기를 단단히 붙잡고 있지만, 사람들이 극복할 수 있을 만큼 충분히 약해서, 몇 피트 위로 점프할 수 있다. 중력은 지구를 태양의 공전궤도에 고정시키고 있고, 심지어 멀리 있는 명왕성뿐만 아니라, 혜성들과 훨씬 더 멀리 있는 카이퍼벨트 천체들(KBOs)도 궤도에 고정시키고 있다. 명왕성의 무게는 1.303×10^22kg 이고, 태양으로부터 59억1천만km 떨어져 있으며, 태양 주위를 초속 4743km로 돌고 있지만, 명왕성은 궤도에 단단히 고정되어 있다. 중력의 세기는 물체가 서로를 향해 가속되는 것에 의해서 측정된다.

지구에서 중력은 9.807m/s2이다. 양자물리학(quantum physics)이 받아들이고 있는 네 가지 기본 힘은 강한 핵력(strong nuclear force), 약한 핵력(weak nuclear force), 전자기력(electromagnetism), 중력(gravity)이다.

이 힘들은 모두 거리를 두고 작용하는 힘이다. 이 힘들은 상호작용하는 두 물체가 서로 물리적으로 접촉되어 있지 않을 때에도 작용하지만, 서로 떨어져 있음에도 불구하고 밀거나 당기는 힘을 발휘할 수 있다. 원거리에서 작용하는 힘의 가장 좋은 예로는 중력뿐만 아니라, 전자기력도 있다.

중력은 더 커진다. 그 무엇도 중력을 막을 수 없다. 만약 사람과 지구 사이에 두꺼운 납 보호막이 있다하더라도, 여전히 중력의 힘을 느낄 것이다. 마찬가지로, 사람과 지구 사이에 진공상태의 거대한 용기를 놓아둔다 하더라도, 여전히 중력의 힘을 느낄 것이다. 중력은 두꺼운 납이나 진공 상태를 마치 그곳에 없는 것처럼 통과한다.

이 모든 것은 아이작 뉴턴(Isaac Newton) 이후로 잘 알려져 왔지만, 우리는 아직도 완전한 이야기를 갖고 있지 않을 수 있다. Science Alert(2022. 5. 23)의 기자 보울러(Jacinta Bowler)에 따르면, 일부 물리학자들은 이전에 기각됐던 중력 대체 이론을 되살렸다.[1] 우리로부터 약 2억5천만 광년 떨어진 곳에 위치한 초확산 왜소은하(ultra-diffuse dwarf galaxy) AGC 114905에 관한 새로운 연구는, 은하들이 어떻게 움직이는지에 대한 새로운 의문을 제기했다. 보울러는 암흑물질(dark matter)이 나선은하(spiral galaxies)들이 예상보다 빠르게 회전하는 것을 설명할 수 있다는 일반적 믿음을 받아들이고 있었지만, 암흑물질만으로는 초확산 왜소은하 AGC 114905의 회전곡선을 해결할 수 없었다. 이것은 우주론자들에게 다음과 같은 다른 이론들, 즉 수정뉴턴역학(Modified Newtonian dynamics, MOND, Milgromian dynamics framework)을 재고하도록 만들고 있었다.

이 가설(수정뉴턴역학)은 1983년 물리학자인 모르더하이 밀그롬(Mordehai Milgrom)에 의해 처음 발표된 것으로, 만약 우리가 뉴턴의 법칙이 제시하는 것과 다른 방식으로, 은하 바깥 영역(outer galactic regions)에서 별들이 경험하는 중력을 계산한다면, 우주의 중력 격차를 메우기 위해 암흑물질이 필요하지 않다는 것을 시사한다.[2]

암흑물질 이론이 모든 은하 운동을 설명하지는 못한다. 일부 초확산 은하는 거의 전적으로 암흑물질로 구성되어 있는 것처럼 보이지만, 다른 은하들은 암흑물질이 거의 없는 것처럼 보인다. 2022년 5월 왕립천문학회의 월간 고시에 게재된 만세라(Mancera) 등의 논문은 암흑물질이 필요하지 않다고 말한다. 통상적인 중입자 물질(baryonic matter)은 다음과 같다 :

강력한 3D 키네마틱 모델링 피팅 기법(3D kinematic modelling fitting technique)으로 복구된, 우리의 키네마틱 매개 변수는 회전 곡선의 평탄한 부분에 도달했음을 보여준다. 흥미롭게도, 회전 곡선은 거의 전적으로 중입자 질량 분포만으로 설명될 수 있다…. 우리의 초확산 은하의 관측된 회전 속도 프로파일은 관측된 가장 바깥쪽 반지름 안에 암흑물질의 작은 방을 가진, 중입자만으로 거의 전적으로 설명될 수 있다.[3]

천문학자들은 은하의 회전을 평가한 후, 그들의 결론을 내렸다 : 

은하들의 회전 속도가 매우 느리다는 것이 발견되었다. 이러한 느린 속도는 그 모델을 확인하기 위해 암흑물질이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 은하의 회전 곡선이 수정뉴턴역학에도 큰 의문을 던진다. 그것은 어느 가설과도 맞지 않는다. … 이 은하의 매우 낮은 회전 속도는 수정뉴턴역학과 암흑물질의 표준 접근법과 일치하지 않는다.[4]

그래서 수정뉴턴역학인가, 아니면 암흑물질인가? 해결책은 은하 자체의 경사각(angle of inclination)에 대한 우리의 인식을 포함할 수 있다. 우주에서 멀리 떨어진 은하를 연구할 때, 물체의 기울기 각도를 확인하는 것은 어려울 수 있다. 원래 연구팀은 AGC 114905가 타원형으로 보인다는 것을 발견했는데, 이는 우리가 각도를 갖고 은하를 보고 있다는 것을 나타낸다. 하지만 연구자들은 이제 은하가 우리를 똑바로 향해 있을 때에도 타원형으로 보일 수 있다고 추론한다. 은하의 각도가 바뀌면 은하의 회전 속도도 바뀌게 되는데, 이는 수정뉴턴역학의 계산이 여전히 맞다는 것을 의미한다.


요약

우리는 어떻게 네 개의 힘이 우주를 함께 붙들고 있는지와 같은, 우주에 대해 여전히 배울 것이 많다.[5] 우주론자들은 궁극적으로 AGC 114905와 다른 초확산 은하들의 수수께끼를 풀 수 있을지 모르지만, 지금까지 아무도 아인슈타인이 '원격 작용(action at a distance)“이라고 불렀던 것을 풀 수 없었다. 지난 몇 세기 동안 우주에 대한 이해가 엄청나게 증가했음에도 불구하고, 중력과 같은 기본적인 힘조차 여전히 신비롭다는 것은 아이러니하다. 성경은 다음과 같이 말씀하고 있다.

”그는 보이지 아니하는 하나님의 형상이시요 모든 피조물보다 먼저 나신 이시니 만물이 그에게서 창조되되 하늘과 땅에서 보이는 것들과 보이지 않는 것들과 혹은 왕권들이나 주권들이나 통치자들이나 권세들이나 만물이 다 그로 말미암고 그를 위하여 창조되었고 또한 그가 만물보다 먼저 계시고 만물이 그 안에 함께 섰느니라“ (골로새서 1:15-17)


성경적 관점

물리학자인 램버트 돌핀(Lambert Dolphin)은 위의 골로새서 구절(“...만물이 그 안에 함께 섰느니라, ...and in Christ all things hold together”)에서 핵심 단어 중 하나가 그리스어 ‘수니스테미(sunistemi)’이며, 이는 서로 결합한다는 뜻이라며, 이렇게 덧붙였다 :

이 구절은 예를 들어 원자의 구조에도 적용될 수 있다. 모든 원자의 핵은 물리학자들이 "약한 핵력" 그리고 "강한 핵력"이라고 부르는 힘에 의해 결합되어 있다. [오늘날 물리학자들은 자연계의 네 가지 기본적인 힘에 익숙하다: 중력, 전기력, 강한 핵력, 약한 핵력. 처음 두 힘은 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례하여 감소한다. 나중 두 힘은 매우 짧은 범위에서만 작용한다].

원자의 핵은 (양전하를 띤 입자인) 양성자와 중성자를 포함하고 있다. 양성자 사이의 상호 정전기적 반발은 핵을 서로 결합시키는 "강한 핵력"이 없다면, 핵을 분열시킬 것이다.

따라서 우주에는 매초, 매일, 매년, 매 세기에 걸쳐 물질세계의 원자들을 적극적으로 결합시키는 능동적인 힘이 가해지고 있는 것이다. 마찬가지로, 핵을 도는 가속된 전자들은 이를 상쇄하는 보이지 않는 에너지 근원이 존재하지 않는다면, 모든 에너지를 빠르게 방출하여 핵으로부터 떨어지게 된다.[6]

이 가능성은 중력이 어떻게 작용하는지에 대한 한 가지 해답이며, 더 나은 것이 제안되기 전까지는, 여러 가지 면에서 우리가 가진 최선의 해답이다.

.“땅(The Earth)과 거기에 충만한 것과 세계와 그 가운데에 사는 자들은 다 여호와의 것이로다”(시 24:1). 우리는 그저 관리인일 뿐이다. <Illustration courtesy Santa Clarita Magazine>


References

[1] Bowler, Jacinta, In a wild twist, physicists have revived an alternative theory of gravity, ScienceAlert, 23 May 2022.

[2] Bowler, 2022.

[3] Piña, Pavel E. Mancera et al., No need for dark matter: Resolved kinematics of the ultra-diffuse galaxy AGC 114905, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 512(3):3230-3242,  https://academic.oup.com/mnras/article/512/3/3230/6461100?login=false, May 2022.

[4] Bowler, 2022.

[5] Some classical atomic models reject the notion of the neutron being a fundamental particle. It is interpreted instead as merely a proton-electron pair held together by mutual electrostatic attraction without the need for an alleged “strong nuclear force.”

[6] Dolphin, Lambert, What Holds the Universe Together?, Koinonia House (Physics and the Bible), https://www.khouse.org/articles/1997/60/, 1 January 1997.

*Dr. Jerry Bergman has taught biology, genetics, chemistry, biochemistry, anthropology, geology, and microbiology for over 40 years at several colleges and universities including Bowling Green State University, Medical College of Ohio where he was a research associate in experimental pathology, and The University of Toledo. He is a graduate of the Medical College of Ohio, Wayne State University in Detroit, the University of Toledo, and Bowling Green State University. He has over 1,300 publications in 12 languages and 40 books and monographs. His books and textbooks that include chapters that he authored are in over 1,500 college libraries in 27 countries. So far over 80,000 copies of the 40 books and monographs that he has authored or co-authored are in print. For more articles by Dr Bergman, see his Author Profile.


*참조 : 중력 : 신비로운 힘

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출처 : CEH, 2022. 5. 31.

주소 : https://crev.info/2022/05/gravity-confounds-physicists/

번역 : 미디어위원회



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