작가：모신하이(莫心海)
【정견망 2006년 7월 20일】
Space.com 2006년 7월 11일 보도에 따르면, 최근 과학자들이 광속이나 입자가 원자핵 내에서 강한 상호작용을 하는 상수 등 물리학의 일부 기본 상수들이 시간에 따라 변화할 수 있기 때문에 진정한 의미의 상수가 아님을 발견했다.
비록 새로 관측된 상수와 현재 알려진 숫자의 차이가 아주 적어 약 수백만 분의 1에 불과하지만 그 의미는 아주 심원하다. 한마디로 물리학 법칙을 다시 변경해야하며 또 우리 우주가 10차원일 수 있는데 이는 일반적인 4차원 시공 외에도 다른 6개의 차원도 존재함을 의미한다.
상수가 변화한다는 증거는 주로 퀘이사(quasar)에 대한 연구다. 이 유사 성체(星體)는 아주 밝은 물체인데 지금까지 발견된 것 중에서 가장 먼 천체(天體)이며, 거대 블랙홀에서 에너지를 제공받는다.
천문학자들은 이런 멀고 오랜 광선의 스펙트럼을 연구하여 초기 우주와 현재의 차이점을 분석했다. 그들이 관측한 것은 지구와 퀘이사 사이의 성운에 의해 만들어진 흡수선(absorption lines)이다. 이런 스펙트럼은 우리에게 성운 속에 무엇이 있는 지 정확하게 알려줄 수 있다. 왜냐하면 매 한 종류의 원자에는 모두 특별한 “지문”이 있다. 말하자면 그것이 흡수한 전자파에는 특정한 주파수가 있다.
1999년 머피(Murphy)와 그의 동료들이 제일 처음으로 이런 지문들이 시간에 따라 변동하는 정확한 증거를 제시했다. 하와이 Keck 천문대의 자료에 따르면 그들은 10억년 전 퀘이사 스펙트럼이 지구에서 측정한 스펙트럼과 차이가 있다는 것을 발견했다. 지구로 온 스펙트럼을 용이하게 가려내기가 쉽지 않아 머피와 다른 연구원들은 최근 자세한 실험을 통해 퀘이사의 스펙트럼에 분명 편차가 있다는 것을 확정했다.
흡광(吸光) 스펙트럼과 관련된 기본 상수는 정밀 구조 상수(Fine structure constant)이다 .그것은 광속 등 일부 기본상수로 조합된 차원이 없는 상수이다. 흡수 스펙트럼의 변동은 관련된 하나 또는 여러 상수가 시간에 따라 변화한다는 것을 의미한다. 연구를 통해 발견한 데 의하면 과거의 정밀 구조 상수가 현재보다 작다.
머피는 어쩌면 모든 기본 상수가 시간에 따라 변할 수 있다고 본다. 이런 관점에는 이미 새로운 증거가 있다. 2006년 4월, 파리 천체물리연구소의 과학자 패트릭 쁘띠장(Patrick Petitjean)과 그의 동료들은 퀘이사의 분자 흡수스펙트럼에서 얻는 전자와 중성자의 질량비에도 변화가 생긴 것을 발견했다. 쁘띠장은 이 변화를 통해 현재의 강한 상호작용의 결합 상수가 우주의 초기보다 큰 것으로 해석했다.
자연계의 상수가 시간에 따라 변화한다면 아인슈타인의 등가원리(equivalence principle)를 위반한다. 이 원리는 시간과 장소를 막론하고 원자핵 내부 혹은 전자기장의 작용력이 모두 동일한 결과를 얻어야 한다고 설명한다. 기본 입자의 “초끈 이론”은 가히 상수의 변동을 해석할 수 있다. 이 이론은 우리 우주는 실제로 10차원이 있다고 본다. 많은 공간은 우리의 능력이 미치지 못하는 곳에 숨어 있다. 그러나 자연계의 진정한 “상수”는 모든 공간의 정의에 부합된다. 그러므로 만약 이런 숨어있는 공간이 확장하거나 축소하면 우리가 처해있는 3차원의 공간에서도 우리의 지역적인 상수가 변하고 있다는 것을 관측할 수 있다.
머피는 현재의 이론은 완벽하지 않다. 현재 이론의 누락을 찾았을 때 또 새로운 이론을 찾을 수 있다. 상수가 변한다는 것이 아마 이런 누락이 될 수 있다.
최근에 과학자들은 우주 공간은 현재 혹은 이미 격렬한 변화가 발생했다는 것을 발견했다. 성계(星系)가 빈번히 충돌하고 새롭게 조합되고 있으며 대량의 성체(星體)의 탄생과 훼멸, 초신성 폭발과 감마선 폭발 등이다. 이러한 변화는 모두 일부 물리법칙에 변화를 야기할 수 있다.
이 외에 현재의 이론은 단지 우리가 직접 관측할 수 있는 우주 범위 내에서 만들어진 것이다. 왜냐하면 각기 다른 환경, 다른 시공에는 각기 다른 물리법칙이 존재할 수 있기 때문이다. 관측 범위의 확장에 따라 원래의 이론을 뛰어넘는 현상이 발견되는 것도 이상한 일이 아니다. 광속이 불변한다는 가설도 지구 부근의 공간에서만 검증되었을 뿐이다. 전 우주에 비한다면 지구는 너무나 작으며 심지어 태양계와 비교해도 너무나 작다. 광속과 기타 일부 물리상수도 아주 먼 거리에 있는 천체부근에서 측정한다면 지구 근처에서 측정한 숫자와 아마 같지 않을 것이다.
참고 자료﹕
http://www.space.com/scienceastronomy/060711_science_tuesday.html
http://chandra.harvard.edu/photo/2006/4c37/4c37_opt.jpg
발표시간：2006년 7월 20일
정견문장：http://www.zhengjian.org/zj/articles/2006/7/20/38572.html
http://chandra.harvard.edu/photo/2006/4c37/4c37_opt.jpg