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천문학

암흑 광자’ : 또 하나의 우주론적 퍼지요인

‘암흑 광자’ : 또 하나의 우주론적 퍼지요인

(‘Dark photons’ : another cosmic fudge factor)


      처음엔 암흑물질(dark matter)이었다[1]. 그 다음엔 암흑에너지(dark energy)[2], 그 다음엔 암흑유체(dark fluid)[3], 그 다음엔 암흑류(dark flow)[4], 그 다음엔 암흑복사(dark radiation)[5], 그리고 이제 입자물리학의 암흑 분야에 새롭게 추가된 것이 있었는데, 그것은 암흑광자(dark photons)라는 것이다. ‘암흑’이라 붙여진 것들은 빅뱅이론을 구조하기 위해서 고안된, 가설적 실체들로서, 그저 오늘날의 우주론에서 지어낸 이야기에 불과할 뿐이다.[6] 


나는 ‘암흑물질(dark matter)’이 우주물리학에서 ‘틈새의 신(god of the gaps)’ 이나 ‘미지의 신(unknown god)’ 같은 것이라고 전부터 주장해왔다.[7] 빅뱅 패러다임은 논리적으로 설명할 수 없는 것을 설명하기 위해서, 알려지지 않은 것을 가정하고 그것에 호소한다.[8] 암흑물질과 같은 것들은, 우주에서 어떤 관측과 알려진 물리학이 서로 맞지 않기 때문에, 가정되고 있는 것들이다.[9] 표준우주론에 의하면, 우리는 보이지 않고, 관측되지 않는 74%의 암흑에너지(dark energy)와 22%의 암흑물질(dark matter)로 채워진 우주에서 살고 있다는 것이다.[10] 이러한 알 수 없고, 이질적인 암흑에너지와 암흑물질을 가정하지 않는다면, 표준 빅뱅이론은 완전한 실패로 끝나기 때문이다.

그러나 지금까지 암흑물질은 우주에서도, 어떤 실험실에서도 관측된 적이 없다.


충돌하는 은하들

오늘날 아벨 3827 은하단(Abell 3827 cluster)에서 네 개의 충돌하는 은하들이 새롭게 관측되었는데, 이것은 분명 우주론의 수수께끼에 새로운 빛을 비춰줄 수도 있다. 밑의 그림 1의 중심부에 네 개의 은하를 보라.

(그림 1) 허블 우주망원경으로부터 관측된 아벨 3827 은하단의 거의 실제에 가까운 색상의 사진. 이 은하단(galaxy cluster)은 수백 개의 누르스름한 은하들로 이루어져 있다. 그리고 그 중심부엔, 네 개의 거대한 은하들이 서로 충돌하고 있다. 4개 은하의 윗부분이 무너지면서, 정상적인 보통물질과 구분되는 암흑물질이 뒤에 남겨지는 것으로 제안되었다. 이 사진에서 암흑물질을 볼 수는 없다. 왜냐하면, 암흑물질은 ‘암흑’, 즉 보이지 않기 때문이다. 그러나 암흑물질의 존재는 은하단 뒤에, 은하단과 상관없는 나선은하의 중력렌즈효과로 인해서 알 수 있다고 주장되고 있었다. 은하단의 뒤틀린 사진은 네 중심 은하집단 주위에 파란 호(blue arc)로 나타난다. Credit: Dr. Richard Massey (Durham University) image.[12]


거대한 질량의 물질(이 경우엔 은하들) 근처를 빛이 지날 때, 생기는 빛의 굴곡 현상인 중력렌즈효과(gravitational lensing)에서 관측될 것으로 예상되는 영향에 대해서, 이론적 모델의 도움 받아 새로운 주장이 제기되었다:

”허블 우주망원경과 칠레의 초거대망원경에 의한 관측에 의하면, 은하들 중 적어도 하나 주변의 암흑물질이 그곳의 보통물질(normal matter) 뒤로 상당히 뒤처졌음을 밝혀냈다. 이것은 암흑물질 입자들이 서로를 잡아당겨 자체 속도가 줄어들었음을 가리킨다. 이것은 이전에 결코 관측된 적이 없는 현상이다.”[11] 

이 이야기의 핵심은 은하들의 충돌이 은하간의 상호작용에 기인하여, 암흑물질로부터 보통물질을 나눴다는 것이다. 그리고 관측될 수 없는 암흑물질이 관측될 수 있는 보통물질로부터 나뉘었기 때문에, 암흑물질은 은하단에서 암흑물질이 포함되지 않았을 때와는 다르게 빛을 굴절시킨다는 것이다.


물론 여기도 몇 가지의 중요한 가정(assumptions)들이 포함되어 있다. 가장 중요한 가정은 두 가지이다: 1)중력렌즈효과는 다른 독립적인 입증 방법이 없지만, 관측되는 현상이다. 2)이질적인 암흑물질은 비록 보이지는 않지만, 존재한다는 가정이다. 그러나 이 모든 가정들은 완전히 틀릴 수도 있는 것이다. 그러나 천체물리학자들은 중력렌즈효과에 대한 모델은 아인슈타인의 일반상대성 이론에 기초하고 있고, 일반상대성이론은 많은 곳에서 실험되어 입증된 사실이기 때문에, 그것은 여기서도 또한 믿을만한 사실이라고 이야기한다.[14]


새로운 관측은 천문학자들에게 이 미지의 암흑물질 ‘입자’는 중력에 영향을 받지만, 전자기 복사선(빛 등)에 영향을 받지 않는 것 외에도, 또 다른 특성을 가지고 있다고 제안하도록 이끌었다. 그 특성은 입자들이 서로 상호작용을 할 수 있다는 것이다. 어떤 사람은 ‘암흑 광자(dark photons)’의 교환이 필요한 힘을 만들어냈을 수 있었다고 제안했다. 그것은 광자가 전자기복사선의 힘을 전달하는 운반체(force carriers)가 되는 방법과 유사하다는 것이다. 후자는 두 개의 양성 전하를 띤 입자들이 서로 접근할 때, 각 교환된 광자와 다른 광자의 운동량은 서로 서로를 밀쳐내는 원인이 되면서, 나타난다. 그것과 유사한 방식으로, 이제 암흑물질 입자들은 ‘암흑광자’를 교환했을 수도 있다고 제안되고 있었던 것이다.


그러나 그 관측은 단지 하나의 은하에서만 보여지는 효과일 수 있다(다른 곳에선 일어나지 않았다). 한 연구자는 모든 것을 다 고려한 것이 아닐 수 있다는 점을 인정하고 있었다. 그는 말했다[11] :

       ”그 결과를 바꿀 수도 있는 알려지지 않은 모르는 것들이 있다”

바꿔 말하면, ”관측 증거에 대한 우리의 해석이 완전히 틀릴 수도 있다”는 말이다.


2015년 3월 Science 지에 실린 논문은 이 새로운 보고와 완전히 다른 내용의 결과를 보여주고 있었다. 연구자들은 하나의 은하가 아닌, 은하단에서 72개의 충돌 은하들을 분석했다. 그 연구에선 자기들끼리 상호작용하는 암흑물질의 증거는 발견되지 않았다. 기억해야할 것은, 암흑물질 자체는 한 번도 관측된 적 없다는 것이다. 암흑물질은 보이지 않는 물질이 있어야만 하는 우주론 모델의 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 추론된 것에 불과한 것이다. 그러나 은하단은 개개 은하보다 더 빨리 충돌하기 때문에, 암흑물질이 상호작용 하고, 뒤로 남겨질 시간이 더 적었고, 그래서 전자의 연구결과가 후자의 연구결과와 반드시 상충되는 것은 아니라고 주장되고 있다.


한편 지구에서, 지하에 위치시킨 암흑물질 탐지기를 통해서 암흑물질을 찾는 일을 계속해왔지만, 아무런 성과도 내지 못하고 있다. 유럽원자핵 공동연구소(CERN)의 거대강입자충돌기(Large Hadron Collider, LHC)에서 암흑물질은 여전히 나타나지 않고 있다. 사실, 암흑물질로 제안된 후보 물질들은 빠른 속도로 배제되고 있는 중이다. 현재 40년이 넘게 많은 주요한 실험들이 암흑물질의 증거를 찾기 위해 노력해왔지만, 아무런 증거도 발견되지 않고 있다.


결론

우리가 빛과 다른 형태의 복사선으로 관측하는 모든 것들이 그곳에 존재하는 모든 것들일까? 우주는 빅뱅(big bang)으로 진화하지 않았다. 빅뱅 이론을 유지하기 위해서, 그리고 실제 관측되는 사실들로부터 팽창하는 모델을 구조하기 위해서, 여러 퍼지요인(fudge factor, 날조)들이 만들어졌던 것이다. 이제, 또 다른 퍼지요인이 제안되었다. 그것은 암흑물질 입자들과 상호작용을 일으키는 암흑광자라는 것이다. 알 수 없는 것(an unknown)을 설명하기 위해서, 새로운 알 수 없는 것(a new unknown)을 만들어내고 있는 것이다.[15] 오늘날의 진화 우주론자들은 여전히 암흑 속을 헤매고 있다.


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References and notes
1.Dark matter, wikipedia.org, accessed 18 June 2015.
2.Dark energy, wikipedia.org, accessed 18 June 2015.
3.Dark fluid, wikipedia.org, accessed 18 June 2015.
4.Dark flow, wikipedia.org, accessed 18 June 2015.
5.Dark radiation, wikipedia.org, accessed 18 June 2015.
6.Hartnett, J.G., Cosmic storytelling, biblescienceforum.com, 9 April 2015.
7.Hartnett, J.G., Is ‘dark matter’the ‘unknown god’?, Creation 37(2):22-24, 2015.
8.Hartnett, J.G., Big bang beliefs busted, Creation 37(3):48-51, 2015.
9.Hartnett, J.G., Why is Dark Matter everywhere in the cosmos?, creation.com, March 2015.
10.But 85% of all matter in the Universe.
11.Moskowitz, C., Dark Matter Particles Interact with Themselves, scientificamerican.com, 19 May 2015; originally published as Dark Matter Drops a Clue, Scientific American 312(6):15-17| doi:10.1038/scientificamerican0615-15, 19 May 2015.
12.Potential signs of ‘interacting’dark matter suggest it is not completely dark after all, phys.org, 14 April 2015.
13. The Hulse-Taylor binary pulsar test of GR via orbit spin-down making close agreement with that expected with energy being lost by gravitational radiation.
14.However, it must be remembered that, prior to the formulation of Einstein’s General Relativity, Newton’s formulation of gravity had been well tested but could not explain the anomalous precession of the orbit of Mercury. To do so, scientists introduced an unobserved and unobservable planet that had just the right properties and motion to account for the unexplained motion of Mercury. Einstein’s equations provided an explanation without the need for this ‘dark matter’ planet. Perhaps what is needed here also is not more ‘dark matter’ but different physics.
15.Hartnett, J.G., Cosmology is not even astrophysics’, creation.com, 3 December 2008; creation.com/not-astrophysics.



번역 - 최건영

링크 - http://creation.com/dark-photons

출처 - CMI, 2015. 8. 18. (GMT+10)

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6359

참고 : 5290|6130|6014|5871|4614|6334|6301|6294|6348|6219|6154|6155|6046|6139|6101|6086|3933|6117



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