Λ(람다)CDM 모형 우주론

1. Λ(람다)CDM 모형우주론이 나오기까지

 

아인슈타인은 한때 정상우주론을 지지하기 위하여 그의 상대성

이론에 Λ(람다: 그리스어)라는 우주상수를 넣었다. 그런데 허블의

팽창우 주론이 설득력을 얻게 되자, 아인슈타인은 Λ상수를 실수로

인정하고 철회했다. 이제 현대 우주론에서 우리우주의 시작점은 빅뱅이라고

보는 견해가 주류이다. 빅뱅 우주론은 우주가 ‘특이점’에서 시작했다 고 본다.

빅뱅 순간 나타난 물질의 최초 형태는 빛-광자이었다. 광자는 우주를 시작하는

빅뱅에서 최초로 출현했다.우주가 빛으로 시작되었다고 진술하는 종교적 기록은

기독교의 창세기 1장 3절에서도 발견된다. 광자는 최초로 우주 에너지가 물질로

전환하는 빅뱅에서 입자와 파동의 형태로 생서되었다.

 

 

이후 광자는 물질의 생성과 소멸에 작용하는 필수적 매개입자가 되었다. 물질의

생성과 소멸은 반드시 반물질과 짝을 이루어 동시 적으로 이루어진다. 그래서 물질이

전하를 가지고 있거나 가지고 있 지 않으면, 반물질도 전하를 가지고 있거나 가지고 있지

않은 채로 존 재한다. 그러므로 물질은 한동안 존재하다가 다시 쌍으로 붕괴하여 에너지로

환원된다. 이런 과정은 E=mc² 법칙과 열역학 법칙에 따라 에너지와 물질이 서로 전환되는

것이며, 영원히 반복된다. 결국 우주 만물은 우주에서 특정한 시간 존재하다가 우주 에너지로

환원되는 순환 과정에 있는 것이다. 물질의 쌍생성-쌍소멸 과정은 파인만의 도 형으로 설명되었고,

실험으로 입증되었다.

 

그러나 빅뱅 우주론에는 물질의 생성 과정에 대한 자세한 설명과 빅뱅 이후에도

우주를 계속 팽창시키는 척력(斥力)에 대한 설명이 들 어있지 않았다. 그렇다면 척력은

어디에서 나오는 것인가? 이 질문 에 대답하기 위하여 지금까지 알지 못했던

척력 에너지의 원천을 찾 지 않을 수 없었다. 결국 척력은 눈에 ‘보이지 않는’ 암흑물질에서

나 오는 것으로 판명되었다. 암흑물질은 전기적으로 중성이므로 전자기파 즉 빛과 상호작용하지 않는다.

암흑물질은 광학적으로는 관측할 수 없으나, 질량을 가지고 있으며 우주에 널리 분포하는 것으로 인정되고 있다

결국 빅뱅 우주론이 팽창에 대한 람다(Λ)상수를 구하지 않을 수 없었다. 람다(Λ)는 아인슈타인이 철회했던 우주상수를

다시 가져온 것이며 암흑물질의 척력을 의미하는 것이 되었다. 팽창우주 론이 척력의 상수를 가지게 됨으로써 우주론은 이제 ‘ΛCDM(Λ Cold Dark Matter) 모형’으로 발전했다.

 

ΛCDM 모형은 현재 우주를 설명하는 표준 우주 모형(standard model of cosmology)이다. ΛCDM 모형은 오늘날 관측된 모든 우주론 적 데이터와 거의 일치하며, 현대 과학에서는 ΛCDM 모형에 의해서 계산된 우주의 나이(137억 98만년±0.037)를 인정하고 있다. ΛCDM 모 형에서 우주물질의 구성비가 ‘보이지 않는’ 암흑에너지 약 72%와 암 흑물질 약 23%가, 그리고 ‘보이는 물질’ 약 5%라는 사실을 밝혀냈다. 암흑물질은 ‘약하게 상호작용하는 입자’라는 뜻의 윔프(WIMP: Weakly Interacting Massive Particles)로 명명하자고 제안되고 있다. 이것들이 서로 중력과 척력을 만들어내면서 물리법칙에 따라 우주의 모든 현상을 만들어내고 있다. 그러므로 아인슈타인의 ‘숨은 변수’가 ‘보이지 않는’ 물질에 있다는 개연성이 95% 이상이라는 사실이 입증 된다. 아인슈타인의 ‘숨은 변수’는 과학적 유신론에 의해 신의 ‘실재’ 를 입증함으로써

밝혀질 수 있을 것이다.

 

-과학적 유신론에 의한 비판적 고찰

 

(1) 과학적 유신론은 우주 물질이 빅뱅에 의해 우주 에너지에서 전 환된 것이라고 본다. 빅뱅 이전부터 존재하는 ‘우주 에너지 총량’에 생명의 ‘최초원인’인 신이 존재하고 있었다. 노자가 말한 유무(有無)의 유는 우주 에너지 총량을, 무는 유를 둘러싸고 있는 바깥 즉 빈 곳이다. 창조자인 신은 빅뱅을 통하여 ‘우주에너지 총량’을 보통물질의 우 리우주, 암흑물질의 암흑우주, 암흑 에너지로 남겨놓은 신의 우주로 나누었다. 신은 신의 우주에 거처하고 있다. 과학적 무신론은 빅뱅의 발생 원인에 대해서는 ‘우연’이라고 하면서 빅뱅 이후의 물질 생성은 진화에 의한 것이라고 본다. 그러나 과학적 유신론은 빅뱅이 우리우 주를 창조하기 위한 신의 작위(作爲)라고 본다.

 

(2) 창조의 신이 우주 에너지 총량의 일부를 나누고 그것으로 빅뱅 을 일으켰다. 폭발력이 작용하여 초고온이 발생하고 나누어진 우주 에너지가 물질로 전환하면서 가장 작은 크기로 갈가리 찢어지고 흩 어졌다. 이것들이 양자(quantum) 였다. 이것들 사이에 틈이 생겼다. 그 틈새에 무(無)가 유입되었다. 빅뱅의 초고온이 우주 에너지에 작용 하여 물질들이 쌍생성되었다가 다시 쌍소멸되었다. 이것들이 빅뱅의 폭발력을 보존하는 암흑물질이 되었다.

 

(3) 온도가 떨어지면서 쌍소멸의 시간을 넘긴 물질들은 무(無)와 결 합하여 각각의 장(場)을 만들고 보통물질이 되었다. 이때의 보통물질 은 양자와 전자였다. 온도가 떨어지면서 양자와 전자의 장들이 단계 적으로 결합하여 더 큰 단위의 물질들을 형성했다.

 

(4) 창조의 신은 ‘우주 에너지 총량’의 약28%를 빅뱅에 사용하면서 23%의 암흑물질과 5%의 보통물질을 만들었다. 보통물질로 만들어진 우리우주는 암흑우주의 테두리 안에 있다. 암흑우주의 척력이 우리 우주의 중력보다 강하므로 그만큼 팽창이 일어나게 되었다. 신은 이 처럼 때에 맞춰 작동하도록 모든 법칙을 사전에 마련해두었다. 만약 그렇지 않았다면 우리우주는 생겨날 수 없었을 것이라고 단정할 수 있다. 왜냐하면 우리는 물질이 스스로 결합하여 정교하게 질서를 갖 춘 우주를 만들어낼 수 없었을 것이라는 사실을 충분히 이해하고 있 기 때문이다.

 

(5) 우주에는 아직 우리가 모르는 법칙들이 많이 남아 있다. 아인 슈타인은 이것들을 ‘숨은 변수’라고 불렀다. 우주에 대한 탐구는 과학 과 철학과 신학의 통섭적 이해에 의해서만 가능하다. 그것이 바로 과 학적 유신론의 방법이다. 우주 에너지 총량의 약 72%는 신의 우주에 암흑에너지로 남아 있다. 우리우주에 중력이 있고, 암흑우주에 척력 이 있다는 사실은 판명되었다. 이와 마찬가지로 신의 우주에도 우리 가 아직 알지 못하는 ‘미지의 힘’이 존재할 것이다.

 

미지의 힘’은 중력이나 척력보다 더 약하게, 감지할 수 없을 정도로 작용하지만, 우주만물을 창조하고 지배하는데 있어서는 가장 근원적이고 초월적인 ‘신 의 힘’일 것이다. 3개의 우주 사이에 상호 작용하고 있는 이 3가지 얽 힌 힘들을 정밀하게 계산할 수 있다면, 아인슈타인의 꿈이었던 ‘숨은 변수’의 발견은 가능할 것이다. 과학적 유신론은 이런 관점에서 3개 의 얽힌 힘이 3개의 우주에 상호작용하여 우주 전체를 아우르는 법칙 으로 작용하고 있다고 믿는다. 과학적 유신론의 믿음은 겨우 ‘우연’에 만 호소하면서, 신의 존재를 부정하는 과학적 무신론의 믿음보다 훨 씬 더 과학적이다.