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천문학

“우주론자들은 자주 틀리지만, 결코 의심받지 않는다” : 암흑물질, 우주팽창, 최초 별에 관한 진화 이야기 “Cosmologists Are

“우주론자들은 자주 틀리지만, 결코 의심받지 않는다” 

: 암흑물질, 우주팽창, 최초 별에 관한 진화 이야기

(Cosmologists Are Often Wrong, But Never in Doubt)


   관측 과학에서 천문학은 플래그쉽 모델(flagship model, 대표 제품 또는 브랜드 하나를 선정하여 전체 마케팅에 이용하는 방법)을 사용하고 있다. 이제 그 방법은 다음과 같다 : 하나의 교리적 이론을 선포하고, 불분명한 관측들을 그 이론을 지지하는 것으로 꿰어 맞추고 선전한다.

1950년대 프레드 호일(Fred Hoyle)의 학생이었던 제이언트 날리카르(Jayant V. Narlikar)는 호일의 부랑자 정신뿐만 아니라, 관측 과학(observational science)에 대한 그의 존중을 받아들였다. 인도에서 유명한 이 은퇴한 천문학자는 최근 유럽 물리학회지 H(The European Physical Journal H, 2018. 2. 22) 지에 ”현대 우주론의 진화와 60년에 걸친 개인적 사색”이라는 제목의 글을 통해, 현대 우주론에 대한 회고와 논평을 썼다. 논문의 요약 글에는 과학계에 대한 날리카르의 생각이 드러나 있었다 :

표준 빅뱅 우주론(SBBC, standard big bang cosmology)의 대중적 인기에도 불구하고, 그 이론은 다소 불안정한 기초 위에 놓여 있다. 이론적 측면에서 SBBC를 지지할 수 있는 잘 정립된 물리학적 틀이 없다. 독립적 관측들은 암흑물질(dark matter), 급팽창(inflation), 암흑에너지(dark energy)와 같은 빅뱅 이론의 가정(assumptions)들을 지지하지 않는다. 과학 기술의 발전으로, 과학자들은 열린 마음으로 우주를 더 자세히 탐사할 수 있게 되었지만, 오늘날의 우주론자들은 교리가 되어버린 빅뱅 이론을 지지하기 위한 다양한 추측들을 내놓는 일에 몰두하고 있는 것처럼 보인다. 따라서 현대의 우주론은 미지의 것을 탐구하는 것을 장려하는 카멜롯 정신(Camelot spirit)을 잃어버렸다. 천문학의 대표 브랜드로 우주론을 복원시키기 위해서는 열린 마음이 필요하다.

Springer Press 지에 게재된 날리카르의 요약 글에는 레프 란다우(Lev Landau)의 인용문이 포함되어 있었다 : ”우주론자들은 자주 틀리지만, 결코 의심받지 않는다”. 오늘날 빅뱅 우주론자들은 급팽창, 암흑물질, 암흑에너지와 같은 미스터리한 현상들에 의존하고 있다고, 날리카르는 말한다. 그것들이 없다면, 빅뱅 이론은 작동되지 않기 때문에, 그것들은 존재해야만 한다. 우주론자의 논문들은(그리고 언론 보도들은) 단순한 제안을 마치 사실처럼 기술하고 있다. 매우 똑똑한 사람들이 교리적으로 잘못될 가능성이 있을까? 아래의 최근 뉴스들을 보고 그것을 판단해 보라 :

암흑물질이 숨어있을 곳이 거의 없다.(Phys.org, 2018. 2. 15). 빅뱅 이론(big bang theory)이 성립되기 위해서는 관측된 물질의 거의 6배나 되는 암흑물질(dark matter)을 필요로 한다. 수년 동안 과학자들은 암흑물질을 찾아왔고, 더 크고 더 좋은 탐지기들을 만들고, 막대한 돈을 들여 찾아 나섰지만, 아무것도 찾지 못했다. 제안된 암흑물질 입자 중 하나는 액시온(axion)인데, 이제 이것도 ”숨을 곳이 거의 없다”라고 이 기사는 말한다. 암흑물질이 숨어있을 만한 곳을 모든 곳을 뒤졌지만, 찾지 못했다는 것이다. 이 신화적 입자는 존재하는 것일까? 사냥꾼들이 숨어 있을만한 모든 장소들을 탐사했고, 모든 후보 입자들을 조사했지만, 계속해서 찾지 못하고 있다는 것이다.


허블 데이터는 우주가 생각했던 것보다 더 빨리 팽창하고 있음을 가리킨다.(Space.com, 2018. 2. 26). 현대 우주론자들은 그들의 빅뱅 이론을 구조하기 위해서 물리법칙들을 기꺼이 버리려 하고 있다. 암흑에너지(dark energy)에 관한 이 기사에 의하면, 관측들은 그들의 빅뱅 이론과 맞지 않는다는 것이다. 측정치들은 빅뱅을 가정할 때 예상되는 우주의 행동과 일치하지 않았다. 허블 망원경에 의한 새로운 관측에 따르면, 천문학자들은 머리를 긁적일 수밖에 없다 :

최근 허블 우주망원경의 관측에 따르면, 우주는 예상보다 훨씬 빨리 팽창하고 있으며, 그 이유를 이해하기 위해서는 물리법칙들이 다시 쓰여질 필요가 있다고 천문학자들은 말한다.

과학자들은 허블 우주망원경을 사용하여 우주의 팽창 속도를 정확하게 측정했다. 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Institute, STScI)의 보도에 따르면, 새로운 관측은 빅뱅 이후 우주의 궤적을 기반으로 한 이전의 예측과 일치하지 않았다.

새로운 연구의 수석 연구자이자 노벨상 수상자인 애덤 리스(Adam Riess)는 말했다. ”과학계는 이러한 불일치의 의미를 이해하기 위해 정말로 분투하고 있다.”

란다우가 말했듯이, 우주론자들은 자주 틀리지만, 결코 의심받지 않는다. 예측과 반대되는 관측이 있더라도, 빅뱅 이론은 승리해야 한다. ”결과들은 모두 여러 방법으로 시험된 것임으로, 일련의 시험들이 모두 실수가 아니라면, 이것은 버그(bug)가 아니라, 우주의 한 특성이 될 가능성이 크다.” 그들의 연구 활동은 모든 비용을 들여서라도, 빅뱅 이론을 지켜내고, 암흑물질을 찾으려는데 초점을 맞추고 있는 것처럼 보인다. ”우주에서 물질의 80%를 차지하고 있는 보이지 않는 암흑물질은 한때 생각했던 것보다 가시적 물질이나 복사선과 강하게 상호작용할 가능성이 있다”고 연구자는 말했다. 연구자들은 어쩌면 전통적인 암흑에너지가 시간이 지남에 따라 강도가 달랐을 수도 있다고 말하고 있는 것이다. 어쩌면 암흑에너지는 신화일 수 있다.


향상된 허블 척도는 우주에서 새로운 물리학에 대한 신선한 증거를 제공한다.(Science Daily, 2018. 2. 22). 허블 우주망원경의 새로운 관측에 관한 기사는 ”예상치 못했던 무언가”가 우주에서 작동되고 있다고 주장한다. 관측들은 천문학자들에게 기존의 빅뱅 이론과 위배되는 사실들을 고려하도록 강요하고 있었다. 그러나 천문학자들은 빅뱅 이론에 반대되는 증거들에 맞서서 저항하며, 그들의 빅뱅 이론을 구하기 위해서 머리를 짜내고 있었다.

우주의 새벽: 천문학자들은 우주 최초 별의 지문을 발견했다.(Space.com, 2018. 2. 28).이번 주 빅 뉴스는 빅뱅 이후의 '최초 별'의 '발견'에 관한 것이다. 마이크 월(Mike Wall)은 기자라는 직업으로 인해, 전통적 견해에 반하여 독립적인 생각을 할 수 없는 것처럼 보인다. 기자들은 세속적 과학자들과 나란히 행진하면서, 빅뱅 이론에 대해 북을 두드리고, 나팔을 불면서, 빅뱅이론이 다시 한번 확인되었다고 대중들에게 선전하고 있었다. 그것은 미스터리한 암흑물질에 빛을 비춰줄 수도 있다는 것이다 :

.우주 최초의 별에 대한 흔적이 발견되었다. (New Scientist, 2018. 2. 28).

.천문학자들은 빅뱅 후에 태어난 첫 번째 별을 발견했을 수도 있다. (National Geographic, 2018. 2. 28).

.우주 최초의 별은 암흑물질에 대한 커다란 단서를 줄 수도 있다. (Live Science, 2018. 2. 28)

.빅뱅 후 1억8천만 년 이내에 별이 탄생했다. (Science Daily, 2018. 2. 28)

.최초 별에 대한 탐색은 '암흑물질'을 밝혀준다. (Science Daily, 2018. 2. 28).

.빅뱅 후 2억 년, ‘우주의 새벽’ 단서 발견 (2018. 3. 1. 동아사이언스)

.우주 최초의 별 신호 탐지 성공. 빅뱅 1억8천만년 뒤 첫 별들의 형성 시기 (2018. 3. 13. The Science Times)

그러나 독자들은 그 주장의 근거가 무엇인지를 잘 살펴보아야 한다. Nature 지에 게재된, 미국 애리조나주립대(ASU)의 천문학자인 저드 보우먼(Judd Bowman) 등의 논문과, 레난 바카나(Rennan Barkana)의 논문은 상황이 그렇게 깔끔하지 않다는 것을 보여준다. 링컨 그린힐(Lincoln Greenhill)은 Nature(2018. 2. 28) 지의 요약 글에서 ”우주의 새벽 이전에 놀랄만한 냉기”라며 그 논문의 요지를 설명하고 있었다. 첫째, 천문학자들은 사실 어떠한 최초의 별도 보지 못했다. 기사에는 밝은 청색별의 그림이 게재되어 있어서, 대중들은 그러한 별이 관측된 것으로 생각할 수 있다. 대신에 그들은 핵합성(또 다른 우주론적 신화)이 주기율표 상의 무거운 중원소들을 만들기 전인, 빅뱅 직후에 수소와 헬륨으로 만들어졌을 별들의 존재 가능성을 추론하고 있었다.

NSF의 그림. 주의할 점 : 실제 별은 탐지되지 않았다.

둘째, 측정은 매우 어려운 것이고, 예상되는 신호의 1000배로 노이즈가 발생했다. 건초 더미 속에서 바늘 찾기와 같은 이러한 조건하에서, 이론과 가정들은 실제 탐사보다 압도적으로 큰 비중을 차지하고 있었다. 천문학자들은 신화적 바늘을 찾기 위해서 모델을 조정할 수 있는 것이다. 그 모델은 가정(assumptions)과 가정들로 점철된 지푸라기들로 이루어진 것처럼 보인다.

셋째, 이 '발견'을 통해서도 그들의 빅뱅 모델은 다시 변경되어야만 했다. 이것은 그린힐이 말했던 '놀랄만한 냉기(surprising chill)'로서, 최초 별이 등장하기 이전의 '암흑 시기'의 온도는 이전에 생각했던 것보다 두 배는 더 낮았다. 그 '발견'에 반응하여 바카나의 논문은, 그것을 지지하기 위해서 어떤 종류의 조건이 필요한지를 논의하고 있었다. 그의 논문은 신화적 암흑물질에 관한 특정 아이디어를 뒷받침할 수 있는 '최선의 시나리오'를 제시하기 위해서, ‘가정하면’이라는 형태의 단어를 32번이나 사용하고 있었다. 그러한 희미한 연관성에도 불구하고, 천문학자들은 그것에 관한 '커다란 단서'를 찾아냈다고 선전하고 있는 것이다.

그린힐은 그러한 주장에 대해 의심을 품고 있었다.

그러나 우주의 새벽 신호를 탐지하기 위한 독립적인 실험 결과와 현재의 결과를 비교해볼 수 있는 매우 엄격한 시험이 필요하다. 보고된 흡수 신호의 예기치 않은 진폭과 선 모양이, 실제로 예상치 못했던 물리학적 증거를 드러내는 힘든 승리의 돌파구가 되기를 바란다. 그러나 실행된 테스트에서 시스템 오류가 있었을 가능성이 있다.

언론 기자들은 소시지가 어디에서 온 것인지는 별로 관심이 없고, 소시지를 들고 주변을 돌아다니며, 대중에게 맛보게 하는 것에 행복해하는 것처럼 보인다. ”우주론자들은 결코 의심받지 않는다!”고 그들은 외치고 있었지만, ”우주론자들은 종종 틀리다”는 사실은 생략되고 있었다.



번역 - David F. Coppedge

링크 - https://crev.info/2018/03/cosmologists-often-wrong-never-doubt/ ,

출처 - CEH, 2018. 3. 1.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6830

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