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우리 우주의 첫 순간 - 빅뱅의 발견부터 암흑물질까지 현대 우주론의 중요한 문제들
댄 후퍼 지음, 배지은 옮김 / 해나무 / 2023년 10월
평점 :
절판
1조 분의 1초 가량이 지난 후에는 우리가 아는 네 가지 힘이 전부 자리를 잡고 오늘날과 굉장히 비슷하게 행동하게 되었다. 그리고 이 시기에 우리 우주의 온도와 밀도는 급격히 떨어지고는 있었지만, 그래도 믿어지지 않을 만큼 높았다. 이때 우주 전체의 온도는 10 15승 캘빈 정도에 달했다. 이때는 힉스 보손과 꼭대기 쿼크 같은 특이한 입자들도 전자와 양성자 만큼 흔했다. 우주 구석구석은 쿼크와 글루온의 고밀도 플라스마로 채워져 있었고, 여기에 다른 형태의 물질과 에너지도 함께 존재했다. (-13-)
상대성이론의 등장은 완벽한 패러다임의 전환이었고, 과학의 역사에서 가장 의미심장한 사건 가운데 하나였다. 아인슈타인 이전의 물리학자들은 근본적으로 뉴턴의 세계관 안에 갇혀 세상을 생가할 수 밖에 없넜다. 그리고 오랫동안 버텨온 이 세계관이 강력하다는 것은 부인할 수 없지만, 동시에 현실적인 한계도 있었다. (-33-)
아인슈타인의 차를 몰고 질량이 크거나 에너지를 많이 포함한 물체-이를테면 별이나 행성-근처를 지나갈 때는 상황이 한층 더 희한해진다. 그런 에너지가 있는 곳에서는 아무리 반듯한 경로로 운전할여 해도 자동차는 사정없이 물체를 향해 당겨진다. 공간의 모양 자체가 휘어져 있는 것이다. (-41-)
안드로메다를 포함해 성운이라고 알고 있던 수많은 천체가 사실은 우리 은하와 다르지 않은 은하라는 허블의 발견은 엄청난 파장을 일으켰다. 그러나 이 새로운 정보 자체로는 우리 우주가 팽창하는지 수축하는지 알려주는 것이 없다. (_67-)
우리 우주가 상대적으로 어렸던 빅뱅 후 38만년 무렵에 이런 변환과 비슷한 현상이 일어났다. 그때 우리 우주의 온도는 처음으로 3000 도 밑으로 떨어졌다. 3000도는 아무 온도가 아니라 열역학적으로 아주 중요한 의미를 띤 온도다. 3000도는 원자의 어는 점이다. (-93-)
간단히 말해서 LHC는 인류가 지금까지 건설한 기계 중 가장 크고 가장 복잡하다. LHC는 지하에 매립한 27킬로미터 길이의 순환형 터널에서 양성자 빔을 추진시킨다.이 터널은 스위스 제네바의 교외 지역을 넘어 바로 옆 프랑스까지 뻗어 있다. 입자들은 터널을 한 바퀴 돌아 여행하면서 1600개 이상의 강력한 초전도체 자석 묶음에 의해 가속을 받는다.이 자석들도 보통 강력한 게 아니다. 지금까지 지구상에서 제작된 것 중에 가장 강력한 자석이다. (-110-)
자 하늘 별을 보고,달을 보면서,누군가는 태양이 지구를 돈다고 생각했을 것이다. 그 진리는 갈릴레이가 목성을 관측하면서, 목성 주위의 위성을 발견하면서 깨지게 된다. 하지만 중세 유럽에서, 갈릴레이는 자신의 천문학적 진실을 말하지 못했다.사형 위기에 내몰렸기 때문이다.
해마다 노벨 물리학상이 발표되고,그 물리학상 수상자 중에는 아인슈타인의 이론과 엮인 이들, 우주 무리학과 연결된 이들이 다수 있다. 물리학은 실험과 관찰, 관측과 검출을 통해서 증명한다. 고해상도 우주 망원경이 없었다면, 우주의 나이가 138억 년이라고 생각하지 못했을 것이다. LHC가 없었다면,우리는 우주의 기원을 찾으려고 애를 쓰지 않아도 된다. 아직 우주의 미스터리를 찾기엔 LHC가 가지고 있는느 한계는 분명하다. 최고입자와 에너짇가 응측된 당시의 우주 초기를 알 수 없기 때문이다. 책에는 뉴턴의 세계관과 아인슈타인의 세계관이 나오고 있다. 뉴턴의 세계관은 200여년 동안 지속되었고, 아인슈타인의 세계관은 100년 동안 지속되고 있었다. 중력파 검출과 힉스 입자로 인해 노벨 물리학상 수상자 가 있었다. 책에 허블 망원경과 블랙홀, 암흑물질에 대해서 소개하고 있다. 블랙홀은 우리가 관찰할 수도 없고,가까이에서 볼 수 없다. 단지 망원경으로 우주의 블랙홀을 검출해낼 뿐이다. 이 책을 읽는다면, 지금 우리가 사는 세상이 물질로 이루어져 있음을 알 수 있다. 하지만 양자역학이 있다.그 양자역학을 이해하기 어려운 이유는 양자역학이 원자로 이루어진 우리 세계와 다르게 움직이기 때문이다. 힉스 입자라던지, 끈이론과 같은 양자역학 이론들 이 허황하게 들리는 이유도 여기에 있다. 특히 우주물리학에서, 3000도는 매우 주요한 온도였다. 3000도 이상이 되면, 원자가 존재하지 않는 상태가 되고, 300도 이하에선우너자가 어느 점이 된다. 즉 우주가 아주 뜨거웠던 시기에는 우주는 원자가 아닌 입자와 빛,에너지로 이루어진 세계이며, 플라즈마로 우주 전체를 덮었다고 말할 수 있다.
