우주는 진공일까? 암흑 물질과 양자 공간

우주은 일반적으로 물질이 없는 공간의 영역을 의미하는 진공으로 간주됩니다. 그러나 우주 광선과 같은 일부 입자와 심지어 미량의 가스가 포함되어 있기 때문에 완벽한 진공은 아닙니다. 또한 공간은 빛과 전자기 복사와 같은 다양한 형태의 복사로 채워져 있습니다. 

 

우주가 암흑 물질(dark matter)이란 것으로 가득 차 있다고 하던데?

암흑 물질은 우주 전체 질량의 약 85%를 구성하는 것으로 생각되는 가상의 물질 형태입니다. 그것은 빛이나 다른 형태의 전자기 복사와 상호 작용하지 않으므로 망원경에 보이지 않습니다. 암흑 물질의 존재는 은하의 회전 곡선과 우주의 대규모 구조와 같은 가시 물질에 대한 중력 효과를 통해 유추됩니다. 그러나 그 성질은 아직 알려지지 않았으며 WIMPS(Weakly Interacting Massive Particles)나 액시온(Axion) 등 이를 설명할 수 있는 여러 이론이 있지만 아직까지 입증된 것은 없습니다. 암흑물질은 전자기장과 상호 작용하지 않는 것처럼 보이기 때문에 "암흑"이라고 불리는데 이는 (빛과 같은) 전자기파를 흡수, 반사 또는 방출하지 않아 감지하기 어렵다는 것을 의미합니다.

 

우주가 양자 공간(quantum space)과 양자장으로 가득 차 있다는 소리는 또 무엇인가?

양자 공간은 우주가 근본적으로 공간과 시간의 속성이 양자 장에 의해 설명되는 양자 역학 시스템이라는 생각을 말합니다. 이 관점에서 우주는 물리적 세계를 구성하는 기본 입자와 힘을 발생시키는 다양한 양자장으로 가득 차 있습니다.

양자장의 가장 잘 알려진 예는 빛과 다른 형태의 전자기 복사를 발생시키는 전자기장과 입자에 질량을 부여하는 것으로 생각되는 힉스장입니다. 이 필드는 우주의 모든 곳에 존재하며 우주의 구조를 구성하는 것으로 생각됩니다. 또한 약력과 강한 핵력을 발생시키는 장과 암흑 물질을 발생시키는 아직 발견되지 않은 장과 같이 존재한다고 생각되는 다른 양자장이 있습니다.

 

그렇다면 암흑 물질과 양자장의 관계는?

암흑 물질과 양자장은 물리학에서 서로 다른 두 가지 개념입니다. 암흑 물질은 우주 전체 질량의 약 85%를 구성하는 것으로 생각되는 가상의 물질 형태입니다. 반면에 양자장은 우주의 입자와 힘의 속성을 설명하는 데 사용되는 이론적 구조입니다. 그것들은 아원자 입자의 거동과 이들의 상호 작용을 지배하는 힘을 이해하기 위한 틀인 양자 장 이론의 근본적인 측면입니다. 양자장은 우주의 모든 곳에 존재하며 우주의 구조를 구성하는 것으로 생각됩니다. 그들은 빛과 다른 형태의 전자기 복사를 발생시키는 전자기장과 입자 질량을 제공하는 것으로 생각되는 힉스 필드와 같이 물리적 세계를 구성하는 기본 입자와 힘을 발생시킵니다.

 

암흑 에너지(dark energy)는 무엇인가?

반면에 암흑 에너지는 우주의 가속 팽창의 원인이 되고 있다고 생각되는 에너지의 한 형태입니다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 것으로 추정됩니다. 암흑물질과 달리 중력의 영향을 받아 뭉치지 않고 우주 전체에 고르게 분포되어 있는 것으로 생각된다. 1998년 천문학자 솔퍼머터와 브라이언 슈미트의 팀에의해 발견된 바에 의하면 우주의 팽창이 일정 속도가 아닌, 점점 빨라지는 가속 팽창을 하고 있다고 합니다. 암흑 에너지의 본질 또한 아직 잘 이해되지 않고 있으며 물리학에서 가장 큰 미스터리 중 하나입니다. 

 

즉, 암흑 물질은 질량을 갖고 있는 물질 덩어리이며 중력이 작용하여 서로를 끌어당기므로 우주의 팽창을 더디게 만드는 역할을 하며, 암흑 에너지는 반대로 우주를 더 빠르게 팽창시키는 역할을 하고있습니다.