암흑물질에 대한 '창조공학적' 관점 : 암흑물질 효과에 대한 새로운 해석 : 천문학-우주 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2026-08-14

암흑물질에 대한 '창조공학적' 관점

: 암흑물질 효과에 대한 새로운 해석

(A ‘creationeering’ perspective on dark matter)

By Tichomir Tenev

창조론자들은 암흑물질 개념을 자주 일축해 왔다. 하지만 그 관측이 숨겨진 질량 때문이 아니라, 공간 자체가 본래부터 지니고 설계된 구조를 가리키는 것은 아닐까?

창조론자들 사이에서 암흑물질(dark matter, DM)은 빅뱅 이론을 반박하는 맥락에서 자주 언급된다. 하지만 이런 맥락에서 암흑물질은 오히려 기원 논쟁과는 별개이고, 불필요한 논란을 불러일으킨다. 암흑물질에 흔히 귀속되는 중력 이상(gravitational anomalies) 현상들, 즉 암흑물질 효과(dark matter effect, DMe)는 수십 년간 쉽게 관측되어 왔다. 하지만 다른 맥락에서 암흑물질 효과는 매우 중요하다. 테네브와 호스미어(Tenev, T.G. and Horstemeyer M.F.)가 보여준 것처럼[1], 암흑물질 효과는 우주의 거시적 구조를 뒷받침하는 증거일 가능성이 높으며, 따라서 설계와 목적을 드러낼 수 있다.

이것이 내가 암흑물질에 대해 창조공학적 관점(creationeering perspective)을 옹호하는 이유이다. 호스미어는 이 용어를 공학적 설계 원칙과 기업가적 목적이 결합된 적용을 설명하기 위해서 만들어냈다. 공학은 기능을 만들어내고, 기업가 정신은 가치를 창출한다. 따라서 하나님은 가장 위대한 공학자이시자, 기업가이시다. 설계와 목적을 과학 연구에 통합하면, 사회에 더 많은 열매를 맺어, 창조주를 영광스럽게 하고, 그분의 말씀의 권위를 증명할 것이다.

배경

암흑물질 아이디어는 1920년대와 1930년대로 거슬러 올라간다.[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] 하지만 암흑물질이 인기를 끌기 시작한 것은 1970년대와 1980년대에 이르러서야 은하들의 비정상적 회전 곡선(anomalous rotational curves of galaxies, 나선 은하의 바깥쪽에 있는 별들이 중심에서 멀어질수록 속도가 느려지지 않고, 중심부와 비슷하거나 일정한 빠른 속도로 회전하는 현상)과[10, 11], 중력렌즈 효과(gravitational lensing, 거대한 질량을 가진 천체의 강한 중력이 시공간을 휘게 만들어, 그 근처를 지나는 멀리 떨어진 배경 천체의 빛이 굴절되고 휘어져 마치 렌즈를 통과한 것처럼 관측되는 우주 현상)을[12] 설명하는 데 사용되었기 때문이다. 그리고 이후에 가서 빅뱅(big bang, BB) 모델이 암흑물질을 활용해 빅뱅의 예측을 관측과 일치시키고, 초기 구조 형성에 대한 설명을 제공했다.[13] 따라서 포크너(Faulkner)가 경고한 것처럼[14], 젊은 지구 창조론자들은 암흑물질을 단순히 빅뱅 이론을 구조하기 위한 장치로 보아서는 안 된다. 동시에, 수십 년간의 탐색을 통해 암흑물질의 존재를 직접 확인하려는 모든 시도들은 실패했다.[15] 따라서 관찰된 암흑물질 효과(DMe)의 풍부함을 인정하면서도, 그 설명은 암흑물질 때문이 아니라, 다른 곳에서 찾아야 한다.

최근 암흑물질 효과(DMe)에 대한 비-암흑물질 설명을 발전시킨 한 논문에서[16], 리(Li)는 우리 은하(Milky Way galaxy)에서 나타나는 암흑물질 효과는 비구형 질량 분포(nonspherical mass distribution)의 중력 효과(gravitational effects)를 과소평가한 데서 비롯되었다고 주장했다. 1980년대에 밀그롬(Milgrom)은[17] 은하 가장자리에서 관측된 예상보다 큰 가속도를 설명하기 위해 뉴턴의 제2 운동법칙을 조정한, 수정 뉴턴 역학(Modified Newtonian Dynamics, MOND, 암흑물질 없이 뉴턴 역학에 위배되는 천체 현상을 설명하려는 이론)을 제안했다. 이러한 설명들이 흔히 겪는 어려움은 일반화가 잘 되지 않는다는 점이다.[18] 그럼에도 불구하고, 수정 뉴턴 역학(MOND)은 아래에서 논의하는 것처럼 좀더 만족스러운 설명에 대한 단서가 될 수 있다.

수정 뉴턴 역학에서 나온 한 단서 : 암흑물질 효과는 하나의 기하학적 효과일 수 있다

수정 뉴턴 역학(MOND)은 매우 작은 가속도 영역 a << a0 에서, a를 일으킨 힘은 더 이상 a에 비례하지 않고, 그 제곱에 비례한다. MOND 매개변수로 알려져 있는, 상수 a0 = 1.2 × 10^–10 m/s^–2 는 은하 회전 곡선의 관측을 모델을 적합시켜 결정된다. 이 수정을 통해 MOND는 은하 가장자리에서 관측되는 과도한 구심 가속도를 설명할 수 있게 되었다. 놀랍지 않게도, MOND의 예측과 맞지 않는 많은 예외적 은하들이 있지만, 놀랍게도 많은 은하들이 설명된다! MOND와 같은 단일 매개변수 모델은 매개변수가 보편적인 물리적 중요성을 가지지 않는다면, 데이터에 그렇게 잘 맞춰지기 어렵다.

그림 1. 시공간 차트에서 가속도(acceleration)의 기하학적 해석. 세계선(world line)으로 그려진 A 입자는 가속도 a = c^2/r를 가진 지점에서 가속된다. 여기서 r은 접선원의 반지름이다. 반지름은 시간과 공간이 반대 부호를 가진 상대론적 메트릭(relativistic metric)을 사용해서 계산되어야만 한다. 예를 들어, 거의 평탄한 (민코프스키, Minkowski) 시공간을 가정하면 : r^2 = Δx^2 – c^2Δt^2.

수정 뉴턴 역학(MOND)의 매개변수 a0 는 일종의 길이 척도 매개변수처럼 동작하지만, 이는 길이가 아니라, 가속도이다. 그러나 가속도를 기하학적 관점에서 자연스럽게 이해하는 방법이 있다(그림 1 참조). 그리고 정말로 a0 는 길이 척도 매개변수로 위장된 것이다.

따라서 길이 값 r0가 MOND 매개변수에 대응하는 값은 다음과 같다 : r0 = c^2/a0 = 7.49 × 10^26 m. 이 값은 허블 반지름(Hubble radius) rH = 1.36 × 10^26 m와 놀라울 정도로 유사하다. 허블 반지름은 관측 가능한 우주의 가장자리까지의 거리(팽창 조정 제외)이다. MOND의 명백한 성공은 우주 크기의 기하학적 효과를 가리키는 반면, MOND의 실패(오차)는 국소적인 은하 크기에 의한 이차적인 기하학적 효과 때문일 수 있다.

비유하자면, 지구 곡률이 도로 건설 계획에 미치는 기하학적 영향을 생각해 보자. 지구 곡률은 대륙 규모의 프로젝트에서만 중요해지기 시작한다. 동시에, 지형에 의한 국소적 기하학적 효과는 국지적 규모에서 기여하여, 지구 곡률의 기하학적 효과를 확대하거나 줄일 수 있다. 암흑물질 효과(DMe)도 물리적 공간 자체의 국소적 + 전체적 기하학적 효과가 겹쳐진 결과일 수 있을까?

암흑물질 효과(DMe)는 공간의 고유한 구조 때문이다.

테네브와 호스미어에 의해서[1], 비평평한 중성 곡률(non-flat neutral curvature)을 가진 물리적 공간 영역이 그 안에 놓인 물질의 중력을 증폭한다는 것이 입증되었다. 이는 암흑물질 효과(DMe)에 대한 고유 구조 가설(inherent structure hypothesis, ISH) 설명이라고 불려지고 있다. 고유 구조 가설은 그림 2에 나타나 있으며, 물리적 3차원 공간이 추가로 4차원 공간 w로 굽어지는 것을 시각화해 놓은 것이다. 뉴턴의 중력 법칙에 따르면, 점 P에서의 중력가속도는 B 지점에서 집중된 질량 MB에 기인하여, ap = GMB/l^2 이어야만 한다. 여기서 l = |BP| 이다. 하지만 실제 가속도가 더 크다는 것을 우리는 보여줄 수 있다.[1] 즉:

여기서 r은 l의 평면 투영(flat projection)이다. 즉, 곡선 전(pre-curd) 공간에서는 중력이 역제곱 거리보다 느리게 감쇠된다.

여기 식 (1)의 수정된 역제곱 법칙에 대한 직관적인 설명이 있는데, 이는 참고문헌 1의 더 엄격한 유도보다 간단하다. 뉴턴 모델에 따라 중력(gravity)이 하나의 힘장(force field, 역장)이라고 가정하고, 그림 2에서 B의 점원에서 방출되는 플럭스 라인(flux lines)을 상상해 보라. 점 P에서 장(field)의 세기는 P에서의 플럭스 밀도에 비례하며, 이는 다시 B를 중심으로 P를 통과하는 구의 표면에 반비례한다. (공간 차원이 없는 그림 2에서는 이러한 구를 '딤플(dimple, 오목한 부분, 보조개)'을 둘러싼 P를 통과하는 고리로 시각화할 수 있다.) 평평한 공간에서는 해당 구의 표면은 반지름 |PB|의 제곱에 비례했을 것이다. 이것이 우리가 익숙한 역제곱 법칙을 얻는 방법이다. 하지만 그림 2처럼 양의 곡률 공간에서는 구가 더 작아지고, 따라서 플럭스 밀도가 더 강해진다. 더 정확히 말하면, P를 통과하는 구면은 |PB| 즉, 도표 위의 r이며, 이것이 위의 식 (1)을 얻는 방법이다.

그림 2. 물리적 공간의 본질적 구조에 의한 암흑물질 효과(DMe) (Tenev and Horstemeyer, ref. 1)

한 걸음 물러서서 보면, 드러나는 그림이 있다 : 허블 반지름(radius)의 길이 규모에, 우주 크기의 곡률이 그것이다. 이것으로 작은 중력 가속도가 증폭되어, 1차 암흑물질 효과(DMe)가 형성되며, 이것이 바로 MOND가 포착하는 것이다. 또한, 은하 크기의 국소적 공간 왜곡이 있어서, 우주 크기의 암흑물질 효과(DMe)를 더욱 증폭하거나 축소시킨다. 우주 크기와 은하 크기의 공간 곡률이 합쳐져서 우주의 고유 구조(inherent structure)가 형성된다. 관찰되는 암흑물질 효과(DMe)는 숨겨진 질량 때문이 아니라, 이 내재된 구조의 발현일 수 있다.

우주에 구조가 있다는 다른 증거는 무엇일까? 그림 3은 슬론 디지털 전천 탐사(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)의 측정에 따른, 우주 내 물질의 대규모 구조(largescale structure, LSS, 거대 구조)들을 보여준다. 은하 물질들이 필라멘트(filaments)와 시트(sheets)들로 이루어진 모습이 관찰되며, 그 사이에 거대한 빈 공간(huge voids, 슈퍼보이드)들이 있다. 이 구조물들의 크기는 중력만으로 작용하기에는 너무 크다. 하지만 우주의 고유 구조를 구성하는 '주름(folds)'과 '딤플(dimples)‘은 실제로 이를 설명할 수 있다. 아마도 대규모 구조(LSS)는 암흑물질 효과(DMe) 외에 우주의 고유 구조를 보여주는 또 다른 형태일 것이다.

그림 3. 필라멘트와 보이드들로 이루어진 우주의 대규모 구조는 우주의 고유 구조(inherent structure)를 드러내고 있을 수 있다. 각 점들은 은하이다. 색상 막대는 지역 밀도를 나타낸다. <Image: From the Sloan Digital Sky Survey; sdss4.org>

암흑물질과 우주론 전체에 대한 창조공학적 관점

우리는 1)재료(materials), 2)그 재료들을 지배하는 구성 관계(constitutive relations), 3)재료의 구조(material structures) 등을 이해함으로써, 인간이 만들어낸 전통적인 공학적 산물들을 연구한다. 이 세 가지가 인공물의 거동(behaviour)을 결정하며, 이는 다시 그 목적을 가리킨다. 후크의 법칙(Hooke’s Law)은 재료의 특성에 따른 응력(stresses)과 변형(deformation) 사이의 구성 관계에 대한 한 사례이다. 더욱이, 동일한 구성 법칙이 평평한 금속판과 동일한 금속으로 만들어진 트러스(truss, 삼각형 형태로 연결하여 만든 뼈대 구조) 모두를 지배하지만, 이 두 가지는 구조가 다르기 때문에, 거동이 다르다(그림 4 참조).

그림 4. 설계 원리 : 구성(constitution) + 구조(structure) = 거동(behaviour).

마찬가지로, 우리는 우주를 우주의 다음과 같은 것에 따라 연구해야 한다 :

1. 원소들과 같은 물질(material, 재료) : 물리적 공간과 존재하는 다양한 종류의 물질들.

2. 구성 관계(constitutive relations) : 일반 상대성 이론(General Relativity, GR) 방정식과 같은 존재하는 물리 법칙들.

3. 구조(structures) : 물질의 분포와 공간의 곡률에서 식별되는 구조들.

왜 이것이 합리적인 관점일까? 보통의 물질이 모양을 갖고 있다는 것은 분명하다. 성경을 통해 우리가 알고 있는 것처럼, 그리고 최근에 일반 상대성이론(GR)에 의해서 우리가 알고 있는 것처럼, 공간 역시 측정 가능한 기하학을 갖고 있으며, 물질들이 영향을 미치고 있다는 것을 알고 있다. 일반적으로 우주의 중립적 모양(어떤 물질도 존재하지 않을 때)을 평평하다고 가정하고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 사실, 완벽한 평탄성은 물질과 같은 것에서 하나의 독특한 배치(configuration)이며, 따라서 예외적인 것일 수 있고, 표준이 아니다.

우리는 우주(cosmos)를 예를 들어 건물 구조를 보는 것과 비슷한 공학적 시각으로 봐야 한다. 이는 필연적으로 목적과 설계에 관한 질문을 내포한다. 우주의 대규모 구조(LSS)와 암흑물질 효과(DMe)에서 드러나는 공간의 고유(본질적) 구조(inherent structure)는 어떤 목적을 달성하고 있는가? 아마도 하나의 집(house)과 마찬가지로, 그 구조는 안정성, 통신, 교통, 그리고 전반적인 생명체 유지를 위해 필요하다.

References and Notes

1. Tenev, T.G. and Horstemeyer, M.F., Dark matter effect attributed to the inherent structure of cosmic space, Int. J. Modern Physics D 28, no. 06, 1950082, 2019.

2. Horstemeyer, M.F., CreationeeringTM: a K12 educational system that integrates engineering-business from a biblical perspective, Proceedings of the 9th International Conference on Creationism, p. 631, 2023.

3. Kapteyn, J.C., First attempt at a theory of the arrangement and motion of the sidereal system, Astrophysical J. 55:302, 1922.

4. Oort, J.H., Observational evidence confirming Lindblad’s hypothesis of a rotation of the galactic system, Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands 3:275, 1927.

5. Oort, J.H., The force exerted by the stellar system in the direction perpendicular to the galactic plane and some related problems, Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands 6:249, 1932.

6. Zwicky, F., The redshift of extragalactic nebulae, Helv. Phys. Acta 6:110–127, 1933.

7. Zwicky, F., On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae, Astrophysical J. 86:217, 1937.

8. Holmberg, E., Investigation of binary and multiple galaxies together with an investigation of some general metagalactic problems, Ann. Lund Observatory 6:3–173, 1937.

9. Smith, S., The mass of the Virgo cluster, Astrophysical J. 83:23, 1936.

10. Rubin, V.C. and Ford, W.K. Jr, Rotation of the Andromeda nebula from a spectroscopic survey of emission regions, Astrophysical J. 159:379, 1970.

11. Rubin, V.C., Ford, W.K. Jr, and Thonnard, N., Rotational properties of 21 SC galaxies with a large range of luminosities and radii, from NGC 4605(R = 4kpc) to UGC 2885(R = 122 kpc), Astrophysical J. 238:471–487, 1980.

12. Lynds, R. and Petrosian, V., Giant luminous arcs in galaxy clusters, Bulletin of the American Astronomical Society 18:1014, 1986.

13. Liddle, A., An Introduction to Modern Cosmology, Wiley, 2015.

14. Faulkner, D.R., How should recent creationists respond to dark matter and dark energy? Proceedings of the 9th International Conference on Creationism, p. 1, 2023.

15. Liu, J., Xun, C., and Xiangdong, J., Current status of direct dark matter detection experiments, Nature Physics 13(3):212–216, 2017.

16. Li, E., Dark matter or additional gravitational forces generated by nonspherical mass distributions? Reports in Advances of Physical Sciences 1, no. 2, 1750004, 2017.

17. Milgrom, M., A modification of the Newtonian dynamics as a possible alternative to the hidden mass hypothesis, Astrophysical J. 270:365– 370, 1983.

18. Randriamampandry, T. and Carignan, C., Galaxy mass models: MOND versus dark matter haloes, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 439(2):2132–2145, 2014.

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