# 현재 우주론의 표준모형이 틀렸다? 아리스토 텔레스의 제 5원소 '에테르'가 생각납니다. ㅎ
- 박창범 교수는 "우주론의 표준 모형이 틀리다는 걸 증명했다."라고 말했다.
- 우주론 표준모형은 우주를 이루는 물질과 에너지의 대부분이, '우주상수'와 '차가운 암흑물질'이라는 거다. 우주공간은 가속적인 팽창을 하고 있고, 현대 우주론은 그걸 설명하기 위해 미지 에너지인 암흑에너지를 도입한 바 있다. 그리고 여러 가능한 암흑에너지 중의 하나가 우주상수, 즉 진공 에너지라고 보고 있다.
- 이 암흑물질이 갖는 중력 특징은 인력, 즉 잡아당기는 힘이다. 그런데 박 교수는 우주를 가속팽창시키는 암흑에너지의 정체가 우주상수가 아니라 제5원소이라는 주장을 이번 논문에서 한 것이다.
- 우리가 우주 팽창의 역사를 측정한 방법은 알콕-파친스키 테스트(Alcock–Paczyński Test)다. 이 측정법으로 측정한 우주팽창 역사에 따르면 암흑에너지의 상태방정식 값이 –1이 아닌 것으로 나왔다. 우리가 얻은 값은 -0.903이다. 두 값이 비슷한 거 아니냐라고 잘못 생각할 수도 있으나, 그렇지 않다. -1은 알콕-파친스키 측정법의 오차 한계 멀리에 있는 값이다. –1이라고 상정하는 현재의 우주론 표준모델은 틀렸을 가능성이 매우 높다.
- 암흑에너지의 압력을 밀도로 나누어준 값 w가 –1/3보다 크면 우주가 감속 팽창을 하고, 이 보다 작으면 가속팽창을 한다. w가 정확히 –1인 경우가 암흑에너지 정체는 진공 에너지다.
- 우주 표준 모형이 채택하고 있는 암흑에너지 정체는 우주 상수다. 우주 상수는 진공에너지라고 우리가 보고 있다. 상태방정식 계수가 –1이면 암흑에너지가 진공에너지인데, -0.903이니 진공에너지가 아니다. 그러면 압력과 밀도의 비가 –0.903인 물질은 무엇인가? 이걸 Quint-essence라고 한다. 우리말로 제5원소라고 하는데, 제5원소 물질이 우주에 깔려 있을 거라는 거다.
- 진공 에너지라고 하는 게 물리학적으로 보면 예측이 된다. 그런데 물리학에서 예측하는 진공에너지와, 우주의 가속 팽창을 설명하기 위해 필요한 진공 에너지가 너무 차이가 난다. 관측적으로 필요로 하는 양에 비해 이론적 예측값이 몇 배, 몇 십 배가 아니라, 약 10의 120승 배나 크다. 입자물리학 하는 사람이 보면 진공 에너지가 있을 수는 있으나, 이렇게 큰 건 설명할 수 없다.
- 진공 에너지는 우주에 공간이 있으면 에너지가 있는 거다. 반면에 제5원소는 실제 물질이 있는 거다. 압력과 밀도의 비(w)가 –1보다 큰 물체가 실제로 우주에 차 있는 거다.
- 현재 우주표준모델은 우주를 구성하는 물질과 에너지의 약 25%는 암흑물질이 차지한다고 말한다. 암흑물질이 무엇인지, 인류는 모르고 있다. 중력은 있고, 전자기적인 상호작용을 하지 않는 특성을 갖고 있다는 정도로 추정하고 있다.
- 우리 눈에 보이는 물질을 '일반물질'이라고 한다. 일반물질은 전체 물질-에너지의 5% 밖에 안 된다.
- "암흑물질과 암흑에너지의 결정적인 차이는 w가 –1/3 지점에서 갈린다"라고 말했다. 박 교수에 따르면, 암흑물질은 압력과 밀도의 비가 –1/3보다 크다. 그래서 중력이 인력이고 우주를 감속 팽창시킨다. 우주가 팽창하기는 하나 팽창 속도가 줄어들고 있다. 물질이니 질량을 갖고 있어 중력이 작용하기에 서로 잡아당긴다.
- 뉴턴 역학에서는 질량에서만 중력이 생긴다고 생각한다. 일반상대성이론에서는 물질 밀도 뿐 아니라 압력도 중력을 만들어낸다. 뉴턴 중력에서 아인슈타인 중력으로 가면 중력을 주는 항이 질량이 아니라 에너지다. 에너지 관점에서 보면 압력도 에너지다. 중력을 주는 물리량이 에너지 즉 물질 밀도 항과 압력 항 2개가 있는 것이다. 이 두 개를 합한 값이 양수가 될 수도 있고, 음수가 될 수도 있다.
- 만약 암흑에너지가 진공에너지와 같은 우주상수라면 압력에 의한 중력 항은 안 커진다. 물질 밀도에 의한 중력항은 줄어들고 있다. 왜냐면 우주에 있는 물질의 양은 그대로 인데, 자꾸 우주가 팽창하고 있기 때문이다. 부피가 팽창하니 밀도가 떨어진다. 그래서 중력이 약해진다. 인력은 자꾸 약해지는데, 척력은 그대로 있다. 그러니 상대적으로 밀어내는 힘, 척력이 중요해지고 있다.
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