우주의 급팽창 : 정말 있었나?
(Cosmic Inflation: Did it really happen?)
by John G. Hartnett Ph.D.
카드로 만들어진 집
천체물리학자들은 우주 마이크로파 배경복사(Cosmic Microwave Background radiation, CMBR)의 온도와 작은 온도편차(anisotropies, 비등방성)를 측정했을 뿐만 아니라, 그것이 부분적으로 편광되어(polarized) 있다는 것을 발견했다. 그들은 다음과 같이 주장한다.[1]
편광의 가장 큰 공헌은 자유전자에서 일어나는 국소적 4중극자 강도 요동(quadrupole intensity fluctuation)이 톰슨 산란(Thomson scattering)을 통해 선형 편광을 일으켰을 때인, 재결합시기(epoch of recombination) 동안에 흔적으로 남아 있는 것이다.[2]
.chrishildrew.files.wordpress.com
이것은 주장되는 빅뱅 우주진화론의 핵심 요소이다. 빅뱅은 전자, 양성자, 광자들의 초고온 플라즈마(super-hot plasma)를 만들었을 것으로 추정하고 있는데, 이 플라즈마는 불분명하다. ”재결합 시기(epoch of recombination)”는 빅뱅 후 38만 년 후에 발생했다고 가정되고 있는데, 이 시기에 전자들은 양성자와 결합하여 중성적 수소원자가 될 수 있을 만큼 충분히 냉각되었다는 것이다. 이것은 재결합시기에 우주는 광자에 대해 투명하게 되었으며, 그래서 우주배경복사(Cosmic Microwave Background radiation)가 빅뱅의 뜨거운 불덩어리로부터 분리되었으며, 이를 ‘광자 분리’(photon decoupling)라 부른다. 일단 복사선(radiation)이 물질에서 분리된 후에는 우주로 자유롭게 전파되었으며, 더 이상 물질과 상호작용하지 않았다. 그러므로 CMB 복사선은 초기 우주의 물리적 정보를 담고 있을 것이다. 이 복사선은 약 1100배 정도 온도가 낮아져 냉각된 후에, 지구에서 CMB 복사선으로 관찰되고 있다는 것이다.
SPT(South Pole Telescope) 팀은 급팽창의 발견이나, 급팽창의 증거에 대한 어떠한 주장도 하지 않았다.
재결합 시기에 CMB 복사선에 가장 큰 스칼라 E-모드 편광(scalar E-mode polarization)이 발생했으며[3], 그것은 급팽창기 오랜 후에 발생했다고 주장된다. 또한 중력파가 있었다고 가정되고 있으며, 그 중력파는 중력렌즈의 작용과 마찬가지로 E-모드와 B-모드 편광을 일으켰으며, 중력렌즈는 CMB 복사의 스칼라 E-모드를 왜곡하여 B-모드를 생성했다고 가정되고 있다.
재결합 시기 이전에, 주장되는 우주 급팽창으로부터의 원시 중력파가 B-모드 편광의 형태로 CMB 복사선에 그것의 흔적을 남겼다고 말해진다.[4] 다른 스케일 크기에서 편광에 대한 다양한 공헌을 구별하기 위한 시도로, 급팽창 시기에 어떤 증거를 검출하기를 희망했다. 이러한 모든 가정들은 표준 빅뱅우주모델(ΛCDM)이 맞는다는 것에 근거하고 있다. 만약 그 모델이 맞는 것이 아니라면 (암흑물질과 암흑에너지가 이 모델의 주요 구성 요소임을 기억하라), 그때는 카드로 만든 집처럼 모든 것이 무너지고 마는 것이다. ※(역자 주: ΛCDM 모델(ΛCDM model)은 우주상수(Λ)와 차가운 암흑물질(CDM; cold dark matter)을 포함하는 우주 모델로서, 표준우주모델(standard model of cosmology)이라 부르기도 한다).
그림 1: 우주 시간표 (위의 수치는 적색편이 값, 아래는 빅뱅 이후의 시간) Credit: NASA/ESA
새로운 CMB E-모드 편광 데이터
SPT(South Pole Telescope, 남극망원경)로부터 새롭게 보고된 CMB 복사선의 편광 데이터는 우주의 급팽창이 실제로 발생했음을 보여주는가? 휴 로스(Hugh Ross, 오래된 연대를 주장하는 창조론자)의 주장에 의하면[5], 급팽창은 정말로 발생했다는 것이다. 그는 그의 최근 글에서 ”우주 급팽창은 정말로 발생했다”고 말하고 있었다 :
”… 우주가 초에 급팽창을 경험했다는 것은 이제 99.9999999%로 확신할 수 있다. 다른 말로 하면, 우주 역사의 매우 초기에 우주가 급팽창을 경험하지 않았을 확률이 900,000,000 분의 1보다 작다.”[6]
그러면 이런 이야기가 왜 과학/과학자 뉴스 웹사이트들에 올라오지 않았을까? BICEP2 팀이 2014년 3월에 발표하여 주장했던 급팽창의 증거는 모든 언론 매체들과 웹사이트 등에서 발표되었지만, 결국 허구적인 것으로 오류임이 밝혀졌다(BICEP2 팀은 다른 원인, 특히 은하계의 전경소스(foreground source)를 주의 깊게 살펴보지 않는 것에 대하여 호된 비판을 받았다. 우주 먼지와 같은 전경소스는 급팽창기 원시 중력파의 명백한 증거라고 주장됐던 신호와 같은 신호를 생성할 수 있었다. 마침내 그들은 자신들의 오류를 시인했었다.[7] (*참조: 빅뱅 후 급팽창의 '증거'로 주장됐던 중력파 패턴은 우주 먼지에 의한 것으로 확인되었다.)
2014년에 빅뱅 급팽창기의 증거가 발견되었다는 보고는 노벨상 감이 될 만한하다고 대서특필됐었다.[8] 지금은 왜 그런 이야기가 사라졌는가? 왜 그 이야기로 도배된 뉴스 사이트가 없는가?
확실하고 올바르게 판단하기 위해서, 구글에서 ”South Pole Telescope(SPT), 우주 급팽창 실제로 있었나?”로 검색해 보았다. 검색 창에 뜬 것은 아래와 같은 휴 로스의 글을 제외하고는, 2014년 BICEP2 팀의 주장과 관련된 것밖에는 없었다.
휴 로스의 글 첫머리를 보면:
”2,500여년 이상동안 성경과 주석서들이 빅뱅우주론의 근본적 특징을 선포한 유일한 책이라는 것은 그리스도인에게 좋은 뉴스이다.”
나는 말문이 막혀버렸다. 역사상(歷史上) 특히 과거 2000년 중에서 과거 200년을 제외하고, 유대와 크리스천 학자들은 기원전 4000여 년에 있었던 말씀에 의한 창조를 믿어왔다. ”성경과 주석서들이 빅뱅 우주론을 가르치는 유일한 책이었다”는 것은 터무니없는 이야기이다. 성경 자체만으로 말하자면, 우주의 기원과 관련한 중심 구절들은 창세기에 있으며, 창세기는 2500년보다도 훨씬 더 오래 전에 쓰여졌다. SPT 팀은 그들의 최근의 측정치를 발표했다.[1] 그러나 그들의 글은 2014년 11월 4일에 출판 전 문서(preprint archive) 무료 사이트에 제출되었다. 그러니까 SPT 팀의 발표는 새로운 것이 아니었다. 적어도 휴 로스는 동료-평가 학술지에 게재될 때까지 기다렸으며, BICEP2 팀은 그렇게 하지 않았다. 잠깐 살펴보자. 로스는 자신이 주장하는 증거를 SPT 팀의 글에서 취했는데, 정작 SPT 팀은 자신들이 발표한 글에서 급팽창의 발견이나 ‘증거’에 대한 어떤 주장도 하지 않았다. 이상하지 않은가?
스칼라 분광 지수(Scalar Spectral Index)
급팽창기의 발견에 대한 로스의 주장은 빅뱅에 대한 믿음에서 나온 것이다. 그는 다음과 같이 주장한다.[6]
”E-모드 신호는 CMB 복사 스펙트럼의 스칼라 분광 지수(ns, scalar spectral index)를 결정하는데 충분하다. 급팽창이 없는 우주는 ns가 1.0 이상이다. 간단한 급팽창을 겪는 경우에는 ns가 정확히 0.95이다. 복잡한 급팽창을 겪은 경우는 ns가 0.96~0.97이다.”
스칼라 분광 지수는 초기 우주에서 원시 밀도 요동(primordial density fluctuation)과 관련된다고 주장된다. 그러한 밀도 요동의 흔적이 CMB 복사에 남아 있어야 한다는 것이다. 다른 형태의 급팽창 모델에서는 이 숫자가 1과 다르다. ns가 1.0보다 작으면, 우주는 급팽창을 했었음에 틀림없다고 그들은 말한다.
분명히 로스는 BICEP2 팀의 대실패로부터 배운 것이 없다. 그는 모델화된 결과에 대해 ‘믿음’을 가지고 있었는데, 그 결과들은 오직 한 가지 사실만을 의미한다는 것이다. 스칼라 분광 지수에 대한 유일하게 가능한 해석임을 보여줄 수 있는 그럴듯한 ‘증거’에 대한 논의를 제외하더라도, 로스의 주장에는 두 가지 분명한 문제가 있다,
하나의 문제는 ns의 값을 결정하기 위해서 많은 증명할 수 없는 가정(unverifiable assumptions)들을 전제하고 있다는 것이다. 특정 주파수에서 CMB 복사의 E-모드 편광 신호의 파워 스펙트럼은 다른 효과들을 허용하거나 추출하는, 어떤 우주론적 가정(cosmological assumptions)들을 사용하여 여과되어지고 만들어진 것이다. 대부분의 E-모드 편광은 급팽창기라 주장하는 시기보다 후에 우주의 진화 과정에서 발생했다고 예상되는 것이다.
스칼라 분광 지수가 1인 모델의 파라미터들을 추출하는데, WMAP와 Plank 위성 및 다른 데이터들이 결합되어 사용된다. 표준 빅뱅 ΛCDM 우주론과 관측 데이터를 비교하는데 사용되는 10개의 독립적인 파라미터들이 있다. 이것들은 모두 빅뱅의 시작점으로 부터 정보를 해석하기 위해 사용된다. 로스는 말했다 :
”그들의 측정은 WMAP와 Plank 위성의 가장 좋은 결과들을 결합하여, 가장 정확한 최신의 ns 값을 결정했다. 그들이 발표한 값은 ns = 0.9593±0.0067 이다.”[6]
로스는 정확하다고 말하지만, 그렇지 않다. 왜냐하면 정확하다는 것은 파라미터들의 절대적인 기본 값이 실제로 얼마인지를 알고 있다는 것을 의미하기 때문이다. 하나님의 계시가 없이는 우주론적 상수가 정확히 얼마인지 알 수 없다. 물론 로스가 말하는 정확함이란 시스템 및 통계적 오류에 대한 의미인 것이다.
정확하다는 것은 파라미터의 절대적인 기본 값이 실제로 얼마인지 알고 있다는 것을 의미한다.
로스는 참고문헌[1]에 실린 값(± 0.0067 at 68% C.L.)과 그 표준편차(1σ)를 이용하여, 우주가 급팽창을 경험했을 확률을 계산하여 99.9999999%라고 주장했다.[9] 99.99994%(또는 5σ) 이상의 신뢰도로 발견된 효과는 통상적으로 발견된 것으로 간주한다.[10]
그러나 SPT 논문의 <표-3>을 보면[1], SPT E-모드 편광(STPpol) 결과는 대부분의 표준 ΛCDM 우주 파라미터들에 영향을 미치지 않았다. 파라미터들은 플랑크 위성을 포함한 다른 관측 데이터들을 이용하여 결정되었던 것들로, 연구조사 이전에 이미 가정되어 있던 것들이다. 그래서 실질적으로 새로운 결과가 파라미터들을 갱신하는데, 특히 스칼라 분광지수(ns)를 갱신하는데 거의 영향을 주지 못했다. 2013년에 플랑크 위성 편광 데이터가 발표되었을 때[11], 매우 비슷한 값들이 (WMAP 편광 데이터와 결합시켰을 때 ns=0.9603 ± 0.0073) 얻어졌지만, 당시에 급팽창의 증거라는 어떤 주장도 하지 않았다.[12] 로스가 사용한 논리와 같은 논리를 따르면, 그 결과는 우주가 99.9999934%의 확률로 급팽창을 경험했다고 말하는 것과 같은 것이며[13], 이 확률은 발견의 신뢰 수준(confidence level) 이상이 되는 것이다. 이것은 통계적으로 우주가 급팽창을 경험하지 않았을 확률이 15,000,000번에 한 번이라는 말과 같은 것이었다. 그런데 왜 2013년에는 그러한 주장을 하지 않았던 것일까?
급팽창이 실제로 발생했다는 증거에 대한 주장은 ns 값에 달려 있다. 그 값이 1 보다 작으면 급팽창이 실제로 발생했다는 증거라는 근거는 무엇인가? 그 근거는 모델링이다. 급팽창 이론(inflation theory)의 수학적 모델링은, 값은 초기 우주의 물리적 작용에 의해 생성된 원시 중력파의 형태와 강도에 따라 1과 다른 값을 갖게 됨을 가리킨다. 그러므로 모든 것은 급팽창기 모델에 전적으로 의존하고 있는 것이다. 급팽창이 발생하지 않았다면, 어떻게 되는 것일까? 모든 모델들이 틀린 것이 되는 것이다.
우주론에서 명백한 증거가 있는지를 어떻게 확증할 수 있는가? 결과는 같지만 다른 효과에 의한 것일 수도 있지 않은가? 예를 들면, BICEP2 팀이 CMB 복사의 B-모드 편광에서 관측한 효과의 원인은 은하계의 방출된 먼지 때문이라는 것이 밝혀졌다.[8] 그것은 원시 중력파에 의한 것이 전혀 아니었다. 물론 빅뱅이론의 신봉자들은 그러한 효과가 정말로 발견될 것이라는 희망을 버리지 않고 있지만, 무엇을 찾을 수 있는 지를 결정하는 것이 모델이나 세계관은 결코 아니다.
팽창하는 우주
암흑물질(dark matter)이나 암흑에너지(dark energy)가 증명할 수 없는 가설인데도 불구하고, 로스는 우주 팽창은 너무나 당연한 사실이라고 생각하고 있다.
암흑물질(dark matter)이나 암흑에너지(dark energy)는 증명할 수 없는 가설인데도 불구하고, 로스는 우주 팽창은 너무나 당연한 사실이라고 가정하고 있다.[14] 심지어 그는 성경이 우주 팽창을 성공적으로 예측하고 있다고 주장하고 있다. 그는 우주의 팽창을 지지하는 구약성경의 구절들을 몇 개 인용한다.[15] 그 성경 구절들은 기껏해야 천막이나 커튼이 늘어나는 정도에 불과한 것이다. 천막은 원래 크기의 몇 배 정도밖에 늘어나지 않으며, CMB 복사에서 요구하는 1100배 정도의 균일한 팽창과는 전혀 다르다. 급팽창기의 선형 팽창 계수는 10^29 보다 크다.
로스는 주장하기를, ”태초 이래의 지속적인 팽창”은 성경적 예측이라고 쓰고 있었다. ”태초 이래로”라는 표현이 들어 있다고 하여, 성경이 급팽창을 포함한 팽창하는 우주를 언급하고 있다고 한다면, 그 성경 구절은 엄청나게 큰 ‘잡아 늘림’(stretching)이나 ‘펼침’(spreading)을 의미하는 것으로 해석해야 한다. 그가 인용한 성경 구절들을 살펴보자. 그 중 하나가 이사야 40장 22절인데, ”하늘을 차일같이 펴셨으며(stretch)”와 ”그것을 거주할 천막 같이 치셨고(spread)”라고 표현하고 있다. 이 표현들은 직유(直喩; simile)이며, 적절한 대응개념(對應槪念)을 이용하여 표현하고자 하는 의미를 전달하고 있는 것이다. 그런데 나는 천막의 크기가 10^29 배가 된다는 이야기는 들어 본적이 없다. 독자들은 들어본 적이 있는가?
로스에 의하면, CMB 복사의 냉각도 성경이 분명히 예언적으로 언급하고 있다는 것이다. 로스는 ”지속적으로 냉각하는 우주를 의미하는 붕괴(decay)의 보편적 법칙”을 언급했다. 이와 관련하여 그는 로마서 8장 18-22절을 인용한다. 주(主) 구절은 모든 피조물이 고통으로 신음하고 있다는 로마서 8장 22절을 인용하고 있다. 이 구절은 하나님의 보시기에 좋았던 창조(로스가 원죄라고 말하는 어떤 것)에 사망과 고통이 들어오게 했던 죄에 대한 저주의 결과를 기술하고 있는 것이다. 그 성경 구절로부터, 열역학 제2법칙, 즉 붕괴(decay)의 법칙을 연관시키는 것은 좀 무리한 해석인데, 그러나 그것이 그가 의미하는 것이다. 붕괴(decay)가 일어나면, 독립계(isolated system)는 평형을 이루게 될 것이라는 것은 분명하다. 결과는 냉각이며, 그것은 실험적으로 사실이다. 그러나 우주가 팽창하고 있다는 것은 증명된 적이 없으며, 팽창은 CMB 복사에서 단열 냉각을 초래한다. 이것이 성경이 의미하는 것이라고 말하는 것은 성경 기자의 의도를 과장하여 해석하는 것이다.
성경의 어떤 구절들이 빅뱅 급팽창 기원(big-bang-inflationary origin)을 언급하고 있다고 말하는 것은 정말로 무리한 해석이다.
성경이 (로스의 표현대로) ”물질과 에너지와 공간과 시간의 특별한 시작”을 기술하고 있다는 것은 사실이다. 창세기 1장 1절은 하나님이 우주를 창조하셨다고 말씀하고 있다. 그런데 창세기 1장과 출애굽기 20장 11절에 언급한 이야기는, 하나님이 24시간의 하루로 6일 동안 창조하셨다는 것이지, 빅뱅이나 빅뱅 가설에서 말하는 일련의 사건들을 통하여 창조하셨다는 것을 의미하는 것이 아니다.[17] 성경의 어떤 구절들이 빅뱅 급팽창 기원(big-bang-inflationary origin)을 언급하고 있다는 것은 정말로 무리한 해석이다.
마지막으로, 로스는 성경이 물리학 법칙을 지지한다고 주장하고 있는데, 필자도 동의한다. 물리 법칙들은 하나님의 창조 질서의 일부분이고, 우리는 하나님을 신뢰하며, 하나님은 언제나 동일하시다(히1:11, 13:8). 이러한 성경관은 근대과학의 발전에 기반이 되었으며, 성경의 권위를 재발견하게 된 종교개혁에 의해 촉진되었다.[18] 어쨌든 로스는 많은 세속적(또는 이교도적) 우주론자들이 주장하는 것처럼, 물리 법칙들이 창조주의 작품이 아니라 초기 우주의 급팽창의 산물(産物)이라는 주장을 수용해야 하는데, 그 이유는 성경이 빅뱅을 언급하고 있다고 로스는 믿고 있기 때문이다. 로스는 어느 선까지 세속적 이론을 받아들이는 것일까? 폴 데이비스(Paul Davies) 같은 이론가들은 하나님이 물리 법칙들과 우주를 창조했다고 믿지 않고 있으며, 창조주 없이 물리 법칙들이 우주를 창조했다고 믿고 있다.[19]
결론
로스의 글에서, 성경이 급팽창 빅뱅과 팽창하는 우주를 언급하고 있다고 말하는 것은 터무니없는 해석이다. 그는 ‘세속적 우주론자들도 주장하지 않는 우주의 급팽창’이 증명되었다고 주장하고 있다. 로스는 우주론을 전혀 이해하지 못하고 있는 것이 확실하다. ”우주론은… 과학이 아니다”라고 말하는 몇몇 세속적 이론가들도 있다.[20]
우주는 시작했던 시점이 있었다. 이것만이 성경과 빅뱅의 설명이 유일하게 비슷한 점이다. 그러나 이 유사점은 빅뱅 이론이 시간의 시작점을 가지는 팽창하는 우주를 요구하고 있기 때문이다. 그러나 성경은 팽창하는 우주를 주장하지 않으며, 빅뱅과 같은 어떤 것도 지지하지 않는다. 그러나 그 시간의 시작점도 시간의 시작점 자체를 거부하는 세속적 학자들에 의해서 공격당하고 있다. 세속적 우주론자들이 영원한 빅뱅 우주를 채택한다면, 로스는 어떻게 할 것인가?[21, 22] 그럴 경우에, 휴 로스(Hugh Ross), 윌리엄 크레이그(William Lane Craig) 같은 사람의 신학(theology)은 어떻게 되는 것인가?
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References and notes
1.Crites, A.T., et al., Measurements of E-Mode Polarization and Temperature-E-Mode Correlation in the Cosmic Microwave Background from 100 Square Degrees of SPTpol Data, Astrophysical Journal 805(1):36, 2015 | doi: 10.1088/0004-637X/805/1/36.
2.Thomson scattering occurs when low-energy photons are scattered elastically by photons. High-energy photons often give energy to the electrons, so the scattered photons have lower energy (so longer wavelength), called Compton scattering.
3.E and B are common symbols in physics for the electric and magnetic fields, respectively. The polarization of radiation can be decomposed into two components—E-mode (radial, curl free) and B-mode (circular, divergence free). In big-bang cosmology, E-mode polarization of the CMB radiation is said to result from Thomson scattering, while B-modes are not from magnetic fields but are said to result from gravitational lensing effects.
4.Hartnett, J.G., Has the ‘smoking gun’ of the ‘big bang’ been found?, 20 March 2014; creation.com/bbgun.
5.Dr Ross promotes the idea that ‘creation’ happened progressively over billions of years, which entails having death and suffering before the Fall of Adam, which undermines the Gospel, the goodness of God and eschatology. He also asserts that Noah’s Flood was a local event. His views are critiqued in articles listed here: Progressive Creationism
6.Ross, H., Cosmic Inflation: It Really Happened, reasons.org, 3 August 2015.
7.Hartnett, J.G., New study confirms BICEP2 detection of cosmic inflation wrong, 5 February 2015; creation.com/inflation-wrong.
8.Hartnett, J.G., Hey, not so fast with the Nobel Prize!, 3 April 2014; creation.com/inflation-doubt.
9.This amounts to saying that an inflation event happened to within more than 6 standard deviations (6σ).
10.The Cryogenic Dark Matter Search collaborators once claimed some bumps in their data might be a weakly interacting massive particle (WIMP) signal at the 3σ level. But it was not a detection. And a faster-than-light neutrinos claim was found to be wrong even though it was from a 6σ result. For more information see Hartnett, J.G., Our galaxy near the centre of concentric shells of galaxies?, 26 May 2014; johnhartnett.org.
11.Planck Collaboration (2013), Planck 2013 results XVI, Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics 571: (A16), See Table 2, p. 12, November 2014.
12.In 2013 WMAP nine year data analysis produced a similar result (ns = 0.972 ± 0.013), See Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results, The Astrophysical Journal Supplement Series 208(2), September 2013. And an online review paper, Lahav, O. and Liddle, A.R., The Cosmological Parameters, September 2011, quotes ns = 0.967 ± 0.014. These results have double the errors of the latest paper yet still ns < 1.0. However, no claimed proof of inflation was made back as far as 2011.
13.This amounts to saying that an inflation event happened to within 5.4 standard deviations (5.4σ)
14.Hartnett, J.G., ‘Dark photons’: another cosmic fudge factor, 18 August 2015; creation.com/dark-photons.
15.Hartnett, J.G., Does the Bible really describe expansion of the universe?, J. Creation 25(2):125–127, August 2011; creation.com/expansion?
16.A better choice of verse would be Hebrews 1:10–11: '… the heavens are the works of Your hands: They shall perish; … they all shall wax old as does a garment;” (KJV).
17.Hartnett, J.G., The big bang is not a Reason to Believe, 20 May 2014; creation.com/bang-not-reason.
18.Sarfati, J., The biblical roots of modern science, 29 Sept 2009; creation.com/roots.
19.Hartnett, J.G., The singularity—a ‘Dark’ beginning, 15 July 2014; creation.com/dark-beginning.
20.Hartnett, J.G., The big bang is pagan philosophy, 15 August 2015; johnhartnett.org.
21.Hartnett, J.G., Rainbow gravity means an eternal universe, 16 July 2015; johnhartnett.org.
22.Hartnett, J.G., An eternal big bang universe, 26 February 2015; creation.com/eternal-big-bang.
번역 - 홍기범
링크 - http://creation.com/did-cosmic-inflation-really-happen
출처 - CMI, 2015. 9. 11. (GMT+10)
우주의 급팽창 : 정말 있었나?
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by John G. Hartnett Ph.D.
카드로 만들어진 집
천체물리학자들은 우주 마이크로파 배경복사(Cosmic Microwave Background radiation, CMBR)의 온도와 작은 온도편차(anisotropies, 비등방성)를 측정했을 뿐만 아니라, 그것이 부분적으로 편광되어(polarized) 있다는 것을 발견했다. 그들은 다음과 같이 주장한다.[1]
.chrishildrew.files.wordpress.com
이것은 주장되는 빅뱅 우주진화론의 핵심 요소이다. 빅뱅은 전자, 양성자, 광자들의 초고온 플라즈마(super-hot plasma)를 만들었을 것으로 추정하고 있는데, 이 플라즈마는 불분명하다. ”재결합 시기(epoch of recombination)”는 빅뱅 후 38만 년 후에 발생했다고 가정되고 있는데, 이 시기에 전자들은 양성자와 결합하여 중성적 수소원자가 될 수 있을 만큼 충분히 냉각되었다는 것이다. 이것은 재결합시기에 우주는 광자에 대해 투명하게 되었으며, 그래서 우주배경복사(Cosmic Microwave Background radiation)가 빅뱅의 뜨거운 불덩어리로부터 분리되었으며, 이를 ‘광자 분리’(photon decoupling)라 부른다. 일단 복사선(radiation)이 물질에서 분리된 후에는 우주로 자유롭게 전파되었으며, 더 이상 물질과 상호작용하지 않았다. 그러므로 CMB 복사선은 초기 우주의 물리적 정보를 담고 있을 것이다. 이 복사선은 약 1100배 정도 온도가 낮아져 냉각된 후에, 지구에서 CMB 복사선으로 관찰되고 있다는 것이다.
재결합 시기에 CMB 복사선에 가장 큰 스칼라 E-모드 편광(scalar E-mode polarization)이 발생했으며[3], 그것은 급팽창기 오랜 후에 발생했다고 주장된다. 또한 중력파가 있었다고 가정되고 있으며, 그 중력파는 중력렌즈의 작용과 마찬가지로 E-모드와 B-모드 편광을 일으켰으며, 중력렌즈는 CMB 복사의 스칼라 E-모드를 왜곡하여 B-모드를 생성했다고 가정되고 있다.
재결합 시기 이전에, 주장되는 우주 급팽창으로부터의 원시 중력파가 B-모드 편광의 형태로 CMB 복사선에 그것의 흔적을 남겼다고 말해진다.[4] 다른 스케일 크기에서 편광에 대한 다양한 공헌을 구별하기 위한 시도로, 급팽창 시기에 어떤 증거를 검출하기를 희망했다. 이러한 모든 가정들은 표준 빅뱅우주모델(ΛCDM)이 맞는다는 것에 근거하고 있다. 만약 그 모델이 맞는 것이 아니라면 (암흑물질과 암흑에너지가 이 모델의 주요 구성 요소임을 기억하라), 그때는 카드로 만든 집처럼 모든 것이 무너지고 마는 것이다. ※(역자 주: ΛCDM 모델(ΛCDM model)은 우주상수(Λ)와 차가운 암흑물질(CDM; cold dark matter)을 포함하는 우주 모델로서, 표준우주모델(standard model of cosmology)이라 부르기도 한다).
그림 1: 우주 시간표 (위의 수치는 적색편이 값, 아래는 빅뱅 이후의 시간) Credit: NASA/ESA
새로운 CMB E-모드 편광 데이터
SPT(South Pole Telescope, 남극망원경)로부터 새롭게 보고된 CMB 복사선의 편광 데이터는 우주의 급팽창이 실제로 발생했음을 보여주는가? 휴 로스(Hugh Ross, 오래된 연대를 주장하는 창조론자)의 주장에 의하면[5], 급팽창은 정말로 발생했다는 것이다. 그는 그의 최근 글에서 ”우주 급팽창은 정말로 발생했다”고 말하고 있었다 :
그러면 이런 이야기가 왜 과학/과학자 뉴스 웹사이트들에 올라오지 않았을까? BICEP2 팀이 2014년 3월에 발표하여 주장했던 급팽창의 증거는 모든 언론 매체들과 웹사이트 등에서 발표되었지만, 결국 허구적인 것으로 오류임이 밝혀졌다(BICEP2 팀은 다른 원인, 특히 은하계의 전경소스(foreground source)를 주의 깊게 살펴보지 않는 것에 대하여 호된 비판을 받았다. 우주 먼지와 같은 전경소스는 급팽창기 원시 중력파의 명백한 증거라고 주장됐던 신호와 같은 신호를 생성할 수 있었다. 마침내 그들은 자신들의 오류를 시인했었다.[7] (*참조: 빅뱅 후 급팽창의 '증거'로 주장됐던 중력파 패턴은 우주 먼지에 의한 것으로 확인되었다.)
2014년에 빅뱅 급팽창기의 증거가 발견되었다는 보고는 노벨상 감이 될 만한하다고 대서특필됐었다.[8] 지금은 왜 그런 이야기가 사라졌는가? 왜 그 이야기로 도배된 뉴스 사이트가 없는가?
확실하고 올바르게 판단하기 위해서, 구글에서 ”South Pole Telescope(SPT), 우주 급팽창 실제로 있었나?”로 검색해 보았다. 검색 창에 뜬 것은 아래와 같은 휴 로스의 글을 제외하고는, 2014년 BICEP2 팀의 주장과 관련된 것밖에는 없었다.
휴 로스의 글 첫머리를 보면:
나는 말문이 막혀버렸다. 역사상(歷史上) 특히 과거 2000년 중에서 과거 200년을 제외하고, 유대와 크리스천 학자들은 기원전 4000여 년에 있었던 말씀에 의한 창조를 믿어왔다. ”성경과 주석서들이 빅뱅 우주론을 가르치는 유일한 책이었다”는 것은 터무니없는 이야기이다. 성경 자체만으로 말하자면, 우주의 기원과 관련한 중심 구절들은 창세기에 있으며, 창세기는 2500년보다도 훨씬 더 오래 전에 쓰여졌다. SPT 팀은 그들의 최근의 측정치를 발표했다.[1] 그러나 그들의 글은 2014년 11월 4일에 출판 전 문서(preprint archive) 무료 사이트에 제출되었다. 그러니까 SPT 팀의 발표는 새로운 것이 아니었다. 적어도 휴 로스는 동료-평가 학술지에 게재될 때까지 기다렸으며, BICEP2 팀은 그렇게 하지 않았다. 잠깐 살펴보자. 로스는 자신이 주장하는 증거를 SPT 팀의 글에서 취했는데, 정작 SPT 팀은 자신들이 발표한 글에서 급팽창의 발견이나 ‘증거’에 대한 어떤 주장도 하지 않았다. 이상하지 않은가?
스칼라 분광 지수(Scalar Spectral Index)
급팽창기의 발견에 대한 로스의 주장은 빅뱅에 대한 믿음에서 나온 것이다. 그는 다음과 같이 주장한다.[6]
스칼라 분광 지수는 초기 우주에서 원시 밀도 요동(primordial density fluctuation)과 관련된다고 주장된다. 그러한 밀도 요동의 흔적이 CMB 복사에 남아 있어야 한다는 것이다. 다른 형태의 급팽창 모델에서는 이 숫자가 1과 다르다. ns가 1.0보다 작으면, 우주는 급팽창을 했었음에 틀림없다고 그들은 말한다.
분명히 로스는 BICEP2 팀의 대실패로부터 배운 것이 없다. 그는 모델화된 결과에 대해 ‘믿음’을 가지고 있었는데, 그 결과들은 오직 한 가지 사실만을 의미한다는 것이다. 스칼라 분광 지수에 대한 유일하게 가능한 해석임을 보여줄 수 있는 그럴듯한 ‘증거’에 대한 논의를 제외하더라도, 로스의 주장에는 두 가지 분명한 문제가 있다,
하나의 문제는 ns의 값을 결정하기 위해서 많은 증명할 수 없는 가정(unverifiable assumptions)들을 전제하고 있다는 것이다. 특정 주파수에서 CMB 복사의 E-모드 편광 신호의 파워 스펙트럼은 다른 효과들을 허용하거나 추출하는, 어떤 우주론적 가정(cosmological assumptions)들을 사용하여 여과되어지고 만들어진 것이다. 대부분의 E-모드 편광은 급팽창기라 주장하는 시기보다 후에 우주의 진화 과정에서 발생했다고 예상되는 것이다.
스칼라 분광 지수가 1인 모델의 파라미터들을 추출하는데, WMAP와 Plank 위성 및 다른 데이터들이 결합되어 사용된다. 표준 빅뱅 ΛCDM 우주론과 관측 데이터를 비교하는데 사용되는 10개의 독립적인 파라미터들이 있다. 이것들은 모두 빅뱅의 시작점으로 부터 정보를 해석하기 위해 사용된다. 로스는 말했다 :
로스는 정확하다고 말하지만, 그렇지 않다. 왜냐하면 정확하다는 것은 파라미터들의 절대적인 기본 값이 실제로 얼마인지를 알고 있다는 것을 의미하기 때문이다. 하나님의 계시가 없이는 우주론적 상수가 정확히 얼마인지 알 수 없다. 물론 로스가 말하는 정확함이란 시스템 및 통계적 오류에 대한 의미인 것이다.
로스는 참고문헌[1]에 실린 값(± 0.0067 at 68% C.L.)과 그 표준편차(1σ)를 이용하여, 우주가 급팽창을 경험했을 확률을 계산하여 99.9999999%라고 주장했다.[9] 99.99994%(또는 5σ) 이상의 신뢰도로 발견된 효과는 통상적으로 발견된 것으로 간주한다.[10]
그러나 SPT 논문의 <표-3>을 보면[1], SPT E-모드 편광(STPpol) 결과는 대부분의 표준 ΛCDM 우주 파라미터들에 영향을 미치지 않았다. 파라미터들은 플랑크 위성을 포함한 다른 관측 데이터들을 이용하여 결정되었던 것들로, 연구조사 이전에 이미 가정되어 있던 것들이다. 그래서 실질적으로 새로운 결과가 파라미터들을 갱신하는데, 특히 스칼라 분광지수(ns)를 갱신하는데 거의 영향을 주지 못했다. 2013년에 플랑크 위성 편광 데이터가 발표되었을 때[11], 매우 비슷한 값들이 (WMAP 편광 데이터와 결합시켰을 때 ns=0.9603 ± 0.0073) 얻어졌지만, 당시에 급팽창의 증거라는 어떤 주장도 하지 않았다.[12] 로스가 사용한 논리와 같은 논리를 따르면, 그 결과는 우주가 99.9999934%의 확률로 급팽창을 경험했다고 말하는 것과 같은 것이며[13], 이 확률은 발견의 신뢰 수준(confidence level) 이상이 되는 것이다. 이것은 통계적으로 우주가 급팽창을 경험하지 않았을 확률이 15,000,000번에 한 번이라는 말과 같은 것이었다. 그런데 왜 2013년에는 그러한 주장을 하지 않았던 것일까?
급팽창이 실제로 발생했다는 증거에 대한 주장은 ns 값에 달려 있다. 그 값이 1 보다 작으면 급팽창이 실제로 발생했다는 증거라는 근거는 무엇인가? 그 근거는 모델링이다. 급팽창 이론(inflation theory)의 수학적 모델링은, 값은 초기 우주의 물리적 작용에 의해 생성된 원시 중력파의 형태와 강도에 따라 1과 다른 값을 갖게 됨을 가리킨다. 그러므로 모든 것은 급팽창기 모델에 전적으로 의존하고 있는 것이다. 급팽창이 발생하지 않았다면, 어떻게 되는 것일까? 모든 모델들이 틀린 것이 되는 것이다.
우주론에서 명백한 증거가 있는지를 어떻게 확증할 수 있는가? 결과는 같지만 다른 효과에 의한 것일 수도 있지 않은가? 예를 들면, BICEP2 팀이 CMB 복사의 B-모드 편광에서 관측한 효과의 원인은 은하계의 방출된 먼지 때문이라는 것이 밝혀졌다.[8] 그것은 원시 중력파에 의한 것이 전혀 아니었다. 물론 빅뱅이론의 신봉자들은 그러한 효과가 정말로 발견될 것이라는 희망을 버리지 않고 있지만, 무엇을 찾을 수 있는 지를 결정하는 것이 모델이나 세계관은 결코 아니다.
팽창하는 우주
암흑물질(dark matter)이나 암흑에너지(dark energy)는 증명할 수 없는 가설인데도 불구하고, 로스는 우주 팽창은 너무나 당연한 사실이라고 가정하고 있다.[14] 심지어 그는 성경이 우주 팽창을 성공적으로 예측하고 있다고 주장하고 있다. 그는 우주의 팽창을 지지하는 구약성경의 구절들을 몇 개 인용한다.[15] 그 성경 구절들은 기껏해야 천막이나 커튼이 늘어나는 정도에 불과한 것이다. 천막은 원래 크기의 몇 배 정도밖에 늘어나지 않으며, CMB 복사에서 요구하는 1100배 정도의 균일한 팽창과는 전혀 다르다. 급팽창기의 선형 팽창 계수는 10^29 보다 크다.
로스는 주장하기를, ”태초 이래의 지속적인 팽창”은 성경적 예측이라고 쓰고 있었다. ”태초 이래로”라는 표현이 들어 있다고 하여, 성경이 급팽창을 포함한 팽창하는 우주를 언급하고 있다고 한다면, 그 성경 구절은 엄청나게 큰 ‘잡아 늘림’(stretching)이나 ‘펼침’(spreading)을 의미하는 것으로 해석해야 한다. 그가 인용한 성경 구절들을 살펴보자. 그 중 하나가 이사야 40장 22절인데, ”하늘을 차일같이 펴셨으며(stretch)”와 ”그것을 거주할 천막 같이 치셨고(spread)”라고 표현하고 있다. 이 표현들은 직유(直喩; simile)이며, 적절한 대응개념(對應槪念)을 이용하여 표현하고자 하는 의미를 전달하고 있는 것이다. 그런데 나는 천막의 크기가 10^29 배가 된다는 이야기는 들어 본적이 없다. 독자들은 들어본 적이 있는가?
로스에 의하면, CMB 복사의 냉각도 성경이 분명히 예언적으로 언급하고 있다는 것이다. 로스는 ”지속적으로 냉각하는 우주를 의미하는 붕괴(decay)의 보편적 법칙”을 언급했다. 이와 관련하여 그는 로마서 8장 18-22절을 인용한다. 주(主) 구절은 모든 피조물이 고통으로 신음하고 있다는 로마서 8장 22절을 인용하고 있다. 이 구절은 하나님의 보시기에 좋았던 창조(로스가 원죄라고 말하는 어떤 것)에 사망과 고통이 들어오게 했던 죄에 대한 저주의 결과를 기술하고 있는 것이다. 그 성경 구절로부터, 열역학 제2법칙, 즉 붕괴(decay)의 법칙을 연관시키는 것은 좀 무리한 해석인데, 그러나 그것이 그가 의미하는 것이다. 붕괴(decay)가 일어나면, 독립계(isolated system)는 평형을 이루게 될 것이라는 것은 분명하다. 결과는 냉각이며, 그것은 실험적으로 사실이다. 그러나 우주가 팽창하고 있다는 것은 증명된 적이 없으며, 팽창은 CMB 복사에서 단열 냉각을 초래한다. 이것이 성경이 의미하는 것이라고 말하는 것은 성경 기자의 의도를 과장하여 해석하는 것이다.
성경이 (로스의 표현대로) ”물질과 에너지와 공간과 시간의 특별한 시작”을 기술하고 있다는 것은 사실이다. 창세기 1장 1절은 하나님이 우주를 창조하셨다고 말씀하고 있다. 그런데 창세기 1장과 출애굽기 20장 11절에 언급한 이야기는, 하나님이 24시간의 하루로 6일 동안 창조하셨다는 것이지, 빅뱅이나 빅뱅 가설에서 말하는 일련의 사건들을 통하여 창조하셨다는 것을 의미하는 것이 아니다.[17] 성경의 어떤 구절들이 빅뱅 급팽창 기원(big-bang-inflationary origin)을 언급하고 있다는 것은 정말로 무리한 해석이다.
마지막으로, 로스는 성경이 물리학 법칙을 지지한다고 주장하고 있는데, 필자도 동의한다. 물리 법칙들은 하나님의 창조 질서의 일부분이고, 우리는 하나님을 신뢰하며, 하나님은 언제나 동일하시다(히1:11, 13:8). 이러한 성경관은 근대과학의 발전에 기반이 되었으며, 성경의 권위를 재발견하게 된 종교개혁에 의해 촉진되었다.[18] 어쨌든 로스는 많은 세속적(또는 이교도적) 우주론자들이 주장하는 것처럼, 물리 법칙들이 창조주의 작품이 아니라 초기 우주의 급팽창의 산물(産物)이라는 주장을 수용해야 하는데, 그 이유는 성경이 빅뱅을 언급하고 있다고 로스는 믿고 있기 때문이다. 로스는 어느 선까지 세속적 이론을 받아들이는 것일까? 폴 데이비스(Paul Davies) 같은 이론가들은 하나님이 물리 법칙들과 우주를 창조했다고 믿지 않고 있으며, 창조주 없이 물리 법칙들이 우주를 창조했다고 믿고 있다.[19]
결론
로스의 글에서, 성경이 급팽창 빅뱅과 팽창하는 우주를 언급하고 있다고 말하는 것은 터무니없는 해석이다. 그는 ‘세속적 우주론자들도 주장하지 않는 우주의 급팽창’이 증명되었다고 주장하고 있다. 로스는 우주론을 전혀 이해하지 못하고 있는 것이 확실하다. ”우주론은… 과학이 아니다”라고 말하는 몇몇 세속적 이론가들도 있다.[20]
우주는 시작했던 시점이 있었다. 이것만이 성경과 빅뱅의 설명이 유일하게 비슷한 점이다. 그러나 이 유사점은 빅뱅 이론이 시간의 시작점을 가지는 팽창하는 우주를 요구하고 있기 때문이다. 그러나 성경은 팽창하는 우주를 주장하지 않으며, 빅뱅과 같은 어떤 것도 지지하지 않는다. 그러나 그 시간의 시작점도 시간의 시작점 자체를 거부하는 세속적 학자들에 의해서 공격당하고 있다. 세속적 우주론자들이 영원한 빅뱅 우주를 채택한다면, 로스는 어떻게 할 것인가?[21, 22] 그럴 경우에, 휴 로스(Hugh Ross), 윌리엄 크레이그(William Lane Craig) 같은 사람의 신학(theology)은 어떻게 되는 것인가?
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References and notes
1.Crites, A.T., et al., Measurements of E-Mode Polarization and Temperature-E-Mode Correlation in the Cosmic Microwave Background from 100 Square Degrees of SPTpol Data, Astrophysical Journal 805(1):36, 2015 | doi: 10.1088/0004-637X/805/1/36.
2.Thomson scattering occurs when low-energy photons are scattered elastically by photons. High-energy photons often give energy to the electrons, so the scattered photons have lower energy (so longer wavelength), called Compton scattering.
3.E and B are common symbols in physics for the electric and magnetic fields, respectively. The polarization of radiation can be decomposed into two components—E-mode (radial, curl free) and B-mode (circular, divergence free). In big-bang cosmology, E-mode polarization of the CMB radiation is said to result from Thomson scattering, while B-modes are not from magnetic fields but are said to result from gravitational lensing effects.
4.Hartnett, J.G., Has the ‘smoking gun’ of the ‘big bang’ been found?, 20 March 2014; creation.com/bbgun.
5.Dr Ross promotes the idea that ‘creation’ happened progressively over billions of years, which entails having death and suffering before the Fall of Adam, which undermines the Gospel, the goodness of God and eschatology. He also asserts that Noah’s Flood was a local event. His views are critiqued in articles listed here: Progressive Creationism
6.Ross, H., Cosmic Inflation: It Really Happened, reasons.org, 3 August 2015.
7.Hartnett, J.G., New study confirms BICEP2 detection of cosmic inflation wrong, 5 February 2015; creation.com/inflation-wrong.
8.Hartnett, J.G., Hey, not so fast with the Nobel Prize!, 3 April 2014; creation.com/inflation-doubt.
9.This amounts to saying that an inflation event happened to within more than 6 standard deviations (6σ).
10.The Cryogenic Dark Matter Search collaborators once claimed some bumps in their data might be a weakly interacting massive particle (WIMP) signal at the 3σ level. But it was not a detection. And a faster-than-light neutrinos claim was found to be wrong even though it was from a 6σ result. For more information see Hartnett, J.G., Our galaxy near the centre of concentric shells of galaxies?, 26 May 2014; johnhartnett.org.
11.Planck Collaboration (2013), Planck 2013 results XVI, Cosmological parameters, Astronomy & Astrophysics 571: (A16), See Table 2, p. 12, November 2014.
12.In 2013 WMAP nine year data analysis produced a similar result (ns = 0.972 ± 0.013), See Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results, The Astrophysical Journal Supplement Series 208(2), September 2013. And an online review paper, Lahav, O. and Liddle, A.R., The Cosmological Parameters, September 2011, quotes ns = 0.967 ± 0.014. These results have double the errors of the latest paper yet still ns < 1.0. However, no claimed proof of inflation was made back as far as 2011.
13.This amounts to saying that an inflation event happened to within 5.4 standard deviations (5.4σ)
14.Hartnett, J.G., ‘Dark photons’: another cosmic fudge factor, 18 August 2015; creation.com/dark-photons.
15.Hartnett, J.G., Does the Bible really describe expansion of the universe?, J. Creation 25(2):125–127, August 2011; creation.com/expansion?
16.A better choice of verse would be Hebrews 1:10–11: '… the heavens are the works of Your hands: They shall perish; … they all shall wax old as does a garment;” (KJV).
17.Hartnett, J.G., The big bang is not a Reason to Believe, 20 May 2014; creation.com/bang-not-reason.
18.Sarfati, J., The biblical roots of modern science, 29 Sept 2009; creation.com/roots.
19.Hartnett, J.G., The singularity—a ‘Dark’ beginning, 15 July 2014; creation.com/dark-beginning.
20.Hartnett, J.G., The big bang is pagan philosophy, 15 August 2015; johnhartnett.org.
21.Hartnett, J.G., Rainbow gravity means an eternal universe, 16 July 2015; johnhartnett.org.
22.Hartnett, J.G., An eternal big bang universe, 26 February 2015; creation.com/eternal-big-bang.
번역 - 홍기범
링크 - http://creation.com/did-cosmic-inflation-really-happen
출처 - CMI, 2015. 9. 11. (GMT+10)