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안녕 게이들아, 저번에 쓴 암흑물질편에 게이들이 암흑에너지에 관해서도 적어달라고 해서 적어본다.

사실 원래는 한 편에 몰아서 쓰려고 했는데, 암흑물질과 암흑에너지는 약간의 거리가 있어서 두개를 몰아서 쓰면 씹스압에 내용도 더 어려워질 것 같아서

어쩔 수 없이 포기했다. 양해바랄게..

암흑에너지는 우주의 가속팽창에 관련된 물질이여서 우주의 팽창과 같이 설명하려고 해.

1. 우주 팽창의 발견 역사

사실 오래전 천문학자들의 궁극적 목표는 바로 우주의 크기와 나이를 가늠하는거였어. 과연 우주는 끝이 없는 무한한 존재일까 아니면 끝이 있는 유한한 존재일까

이들은 이에대한 답을 얻고 싶어도 관측기술의 한계 때문에 발만 동동 구르고 있는 실정이었지. 그러다가 1929년, 은하를 관측하고있던 허블은 한가지 이상한

점을 발견해. 평소에도 은하를 관측하고있던 허블은, 자신이 관측하고 있던 은하의 스펙트럼을 분석해보니 심한 적색편이가 일어남을 알게 돼.

여기서 적색편이란, 스펙트럼의 모양이 오른쪽으로 이동하는 현상으로, 가시광선에서 오른쪽으로 이동할수록 빛이 붉은색을 가지기 때문에 이런 이름이 붙여졌어.

적색편이가 일어난다는 것은 곧 그 천체가 자신으로부터 멀어지고 있다는 것을 의미해. 이에 이상한 점을 느낀 허블은 다른 은하의 스펙트럼을 모두 분석했지.

그러자 아주 멀리 떨어진 은하일수록(족히 수천만광년이상) 이러한 적색편이가 점점 심해진다는 걸 알게 돼.

이런 관측결과에 따라 허블은 우주가 원인모를 힘에 의해 팽창한다고 결론짓지. 그리고 그는 수많은 데이터를 종합해서 이른바 허블상수를 만들어내는데,

그 식은 V=Hr에서 나와. V는 천체의 속도, H는 허블상수, 그리고 r은 관측자와 천체의 거리. 그리고 허블은 V=c일 때 구한 r값이 우주의 크기를 암시함을 눈치채지.

허블은 이를 학계에 발표하게 됐고, 과학자들은 이같은 결과에 크게 놀라게 돼. 그리곤 빅뱅이론이라는 걸 만들게 되지. 지금 우주가 팽창하고 있다면

과거의 우주는 지금보다 작았을 것이고, 이는 곧 과거의 어느 한 지점에서는 우주가 한 점으로 모여있을 것이라는 결론에 쉽게 다다랐기 때문이야.

2. 우주가 가속 팽창을 한다?

현재 우주는 붉은색 곡선을 따라 진행중이다.

우주가 팽창한다는 관측결과가 나온 지 약 70여년 후인 1998년, 과학자들은 초신성을 관측하면서 우주가 단순히 팽창을 하는게 아니라

갈수록 그 속도가 증가함을 알게 돼. 이는 주목할만한 발견이었지만, 과학자들은 금새 시무룩해지지. 왜냐하면 이 발견은 우주의 운명을 바로 결정지어버렸기

때문이야. 우주가 가속팽창을 하게 되면 중력으로 구속되어있지 않은 은하와 은하들은 더욱 더 빠르게 멀어지고, 우주의 밀도가 급격하게 감소하다가

결국 아무것도 안보이게 되는 시기가 찾아온다는 것을 암시했거든. 이 관측결과로 재작년인 2011년 이를 발견한 과학자는 노벨상까지 수상하는 영예가 주어졌지.

과학자들은 우주가 왜 가속팽창을 하는 지 원인을 찾기 시작해. 가속팽창을 한다는 것은 무엇인가 알 수 없는 힘이 지속적으로 가해진다는 것을 의미하거든.

3. 암흑에너지의 정의

하지만 과학자들은 그 어떤 관측결과에서도 중력과 대비대는 이러한 힘을 찾을 수 없었어. 그래서 과학자들은 이러한 미지의 힘을 '암흑에너지'라고 정의하고

계속 그 존재를 찾고있는 중이야. 사실 이 암흑에너지라는 개념은 아인슈타인 때 나왔는데, 그는 허블의 관측결과를 일체 부인하면서 자신만의 정상우주론

을 만들어내는데, 우주의 중력과 대비되는 어떠한 반중력이 우주의 팽창을 막고 영원히 그 크기를 불변하게 한다고 믿었지.

허블의 발견으로 그 정상우주론은 묻혀버렸지만 요즘은 아인슈타인이 언급했던 이 '반중력'이라는 힘의 존재가 발견되어서 그의 이론이 한때 재조명받기도 했어.

4. 암흑에너지의 특성

과학자들은 이러한 암흑에너지는 우주 전체의 질량의 약 73퍼센트를 차지한다고 믿고 있지. 암흑에너지는 그 자체로 균일한 물질이고(Homogeneous),

밀도가 상당히 낮으며 자연의 네 가지 기본 힘 중 하나인 중력과 상호작용하는 에너지야. 다른 세 힘과는 일절 반응을 안한다고해.

이러한 암흑에너지의 성질을 설명하는 두 모델이 있는데, 하나는 Negative Pressure, 그리고 다른 하나는 Quintessence야.

직역하면 부압(음압)모델과 정수모델이지. 두 모델 모두 암흑에너지를 설명해주지만, 두 모델이 의미하는 바는 약간 달라.

Negative Pressure모델에 따르면, 우주는 가속팽창을 하고 그 가속도는 변하지 않을 것이라고 나와있어.

그에반해 Quintessence모델은, 가속팽창을 하고 있지만 그 가속도가 점차적으로 줄어들 것이라고 해.

그나마 Quintessence모델이 더 희망적이지..

하지만 두 이론 모두 머릿속에서 생각해낸 일종의 공상에 불과해. 아직 이렇다할 관측결과가 발견되지 않았거든.

현재로선 이 암흑에너지의 존재유무를 떠나서 관측을 할 장비가 아예 없어. 그래서 위에 설명한 암흑에너지의 특성은 과학자들이 대충 때려넣은것이지,

상황에 따라 얼마든지 가변적일 수 있다는거야.

3차원으로 나타낸 우주.

5. 참고할 점

우주의 팽창은 모든 공간에서 균일하게 일어나지만 태양계라든지 은하라든지 이러한 곳에서는 우주가 팽창한다는 점을 찾을 수 없어. 만약 팽창한다고 하면

지구와 태양간 거리는 점점 늘어나서 결국 지구는 암흑시대를 맞이하겠지. 하지만 그렇지 않잖아? 이는 팽창과 관련된 힘이 중력에만 관계있다는 것을

설명해주는 단서가 돼.

무슨말이냐면, 태양계처럼 중력으로 구속된 어느 계에서는 중력으로 인해 일종의 공간 자체가 구속되어있기 때문에 (이는 정확한 설명이 아닐 수 있어. 다만

이해를 돋우기 위해 설명하는거야) 일정한 거리를 유지하는거지. 은하가 일정한 모양을 유지할 수 이는 이유도 다 이때문이라고 설명할 수 있어.

그리고 거리가 멀수록 더 빨리 팽창하는 이유는 풍선을 예로들면 편해. 풍선에 점을 촘촘히 찍은 다음 불게 되면 점 간 거리는 늘어나지.

이때 그 거리가 멀 수록 점간 거리가 더 빠르게 늘어남을 볼 수 있어. 물론 우주는 시공간의 4차원 세계지만 3차원으로 간단히 설명이 가능하지.

안드로메다와 우리은하는 서로 가까워지고있어. 이는 안드로메다의 스펙트럼 분석을 통하면 청색편이가 나타난다는 점에서 쉽게 유추할 수 있지.

우주의 중심이 있냐고 물을 게이도 있을거야. 답은 우주의 중심은 없다야. 우주 자체는 공간 자체가 팽창하는 것이기 때문에 중심이라는 게 존재할 수가 없어.

우주가 유한하다고 하면(끝이 존재한다면) 분명 어딘가에 중심이 있겠지만 현재 과학자들은 우주가 무한하다고 생각하기 때문에(끝이 존재하지 않는다)

만약 우주선을 타고 한쪽 방향으로만 무한히 여행한다면 언젠가는 다시 제자리로 돌아온다고 하지. 과학자들의 이런 의견을 반영한 영화가 바로

혹성탈출이야. 끝없이 질주하다 도착한 곳이 지구라는 반전은 이때문에 나온 것이라고 할 수 있어.

몇몇 학자들은 다중우주론을 주장하기도 하는데, 현재 이론에 따르면 우주는 끝이 존재하지 않기 때문에 어떠한 경계란 게 존재할 수 없어.

즉 끝이 없기 때문에 다른 우주란 있을 수 없다는 소리지. 물론 이는 전부 가설에 불과하며 아직까지는 다중우주론도 유력한 가설이기 때문에

다중우주론을 믿든 단일우주론을 믿든 그건 너희들의 자유야.

6. 마치며

위 글을 읽으면서 알 수 있다시피 암흑에너지라는 개념은 나온지 20년도 안됐어. 현재는 관측할만한 마땅한 방법이 없기 때문에 그저 추측만 하지.

하지만 이 점은 알아둬. 우주는 현재 가속팽창을 하기 때문에 먼 미래에는 암흑의 세계만이 존재할 것이라는거.

http://skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp#discovery

http://www.lifeslittlemysteries.com/1795-accelerating-universe-dark-energy-illusion.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy#Negative_pressure