미지의 질량 가능성에 다가서다: 다크매터 (3)

Darkmatter

Nov 21. 2025

이번에도 이 세상의 참된 법칙을 알고, 그 모든 것을 이해하고, 외부 세계의 모든 것을 아는 것은 자신의 내면 세계를 아는 것이기도 하다는, 순수한 지성의 세계, 형이상학/형이하학의 세계를 탐구하는 명상을 해나가겠습니다.

지금까지는 '존재하는 것이 분명하지만' 전혀 보이지 않고 관측할 수 없는 '다크매터'이라는 것이 존재하며, 먼 은하계부터 우리가 있는 은하수의 은하까지 정체불명의 질량이 우주에 광범위하게 존재하고 있다는 것을 소개했습니다(*1 , *2). 만약 아직 이 글들을 읽지 않은 독자분들은 우선 사전 지식으로 이 글들을 읽어보시길 권합니다. 이 미지의 물체(?) 인 암흑물질(Dark Matter)에 대해 어떤 후보들이 거론되고 있는지 소개합니다.

후보 1. 액시온 (Axion)

액시온은 일부 연구자들에 의해 추정되는 미지의 소립자입니다. 현재로서는 발견되지 않았지만, 그 무게는 전자=약 500 KeV(전자볼트)에 대해 액시온 예상 질량=수십~수백 μeV로 예측되며, 질량이 전자의 1억분의 1 이하인 '매우 가벼운 소립자'로 여겨지고 있습니다.

일본에서는 교토대학을 중심으로 한 프로젝트 CARRACK(Cosmic Axion Research with Rydberg Atoms in Cavities in Kyoto)라는 실험에서 발견 시도가 이루어지고 있습니다. 액시온은 '프리마코프 효과에 의해 강한 자기장 속에서 광자로 변환된다(그림 1)'고 가정하고, 이렇게 변환된 액시온을 측정하려는 시도로 보입니다.(*3, *4). 현재로서는 액시온이 발견되었다는 보고는 없지만, 앞으로의 성과가 주목되고 있습니다.

국내에서는 교토대학을 중심으로 한 프로젝트 CARRACK(Cosmic Axion Research with Rydberg Atoms in Cavities in Kyoto)라는 실험에서 발견 시도가 이루어지고 있습니다. 액시온은 가정상 "프리마코프 효과에 의해 강한 자기장 안에서 광자로 변환된다(그림 1)"고 생각되며, 이렇게 변환된 액시온을 측정하려는 시도인 것 같습니다(*3, *4). 현재로서는 액시온이 발견되었다는 보고는 없지만, 향후 성과가 주목되고 있습니다.

후보 2. WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles)

이 역시 아직 발견되지 않은 새로운 소립자 중 하나로, 이름에서 알 수 있듯이 "다른 소립자와 매우 약한 상호작용만 하는 무거운 입자(*5)"로 여겨지고 있습니다. 이는 앞서 언급한 액시온과 반대로 질량이 100GeV 이상=전자의 수십만 배에 달하는 '매우 무거운 소립자'로 예측되고 있습니다.

WIMPs는 '빛(전자기력)'이나 '강한 힘(원자핵을 결합하는 힘)'과 상호작용하지 않고, '약한 힘(핵분열이나 소립자 변환에 관여하는 힘)'과 ‘중력’과만 상호작용하는 것으로 알려져 있습니다(자세한 내용은 *6 참조). 이 성질은 뉴트리노와 거의 비슷하며, 상호작용을 일으키기 어렵다 = 즉, "매우 검출하기 어렵다"고 생각됩니다(자세한 내용은 *7 참조).

WIMPs를 직접 관측하거나 간접적으로 관측하려는 시도가 이루어지고 있지만, 현재까지 확실한 존재가 증명되지는 않은 것으로 보입니다(*8, *9, *10).

후보 3. 초대칭성 이론 (SUSY: supersymmetry)

초대칭성 이론은 지금까지 알려진 소립자(그림 2 왼쪽)의 보존 입자와 페르미 입자에 각각 대응하는 페르미 입자와 보손 입자(초대칭성 입자: 그림 2 오른쪽)가 존재한다는 가설입니다.

원래는 1970년대 초에 여러 연구자 그룹에 의해 그 개념이 제안되었고(*12, *13), 그 수학적 구조는 많은 물리학 이론에 적용되어 왔다고 합니다(*15, *16). 이 모델에서는 기존 소립자에 대응하는 동일한 질량의 초대칭성 입자가 존재할 것으로 예측되며, 어쩌면 이들이 미지의 질량인 '다크매터'일 가능성도 제기되고 있습니다. 그러나 2023년 현재, 아직 이 입자를 발견하지 못했습니다.

다시 한 번 현 상황을 이해하다

지금까지 미지의 질량 '다크매터'에 대해 "확실히 보이지 않는 무언가가 존재한다.", "이 은하수 은하도 대부분 미지의 다크매터이다."라는 증거가 제시되어 왔습니다(*1, *2).

그림 3 오른쪽 그래프와 같이 이 은하나 우주에 있는 질량의 10% 정도만을 지금의 과학으로 파악할 수 있다고 말할 수 있습니다. 또한 그림 3. 왼쪽의 이미지 그림과 같이 은하에는 '무언가가 있지만', 빛/전자기파/약한 핵력/강한 핵력과 '상호작용하지 않기' 때문에 관측조차 할 수 없는 것으로 생각됩니다.

미지의 질량 가능성에 대해 명상해 보기

지금까지 많은 과학자들이 최첨단 과학을 가지고도 아직 실마리를 찾지 못한 '다크매터'이지만, 이렇게 되면 상식적인 생각으로는 전혀 이해할 수 없는 것일지도 모릅니다. 여기부터는 완전히 상상의 세계이지만, 과학자들의 두뇌로도 분석할 수 없는 것이기 때문에 자유로운 발상으로 명상하며 여러 가지 생각을 펼쳐봅니다.

가능성 중 하나로 위의 초대칭성 이론에 가깝겠지만, "어쩌면 우리가 알지 못하는 소립자 세트가 존재할 수도 있다"는 가능성이 있습니다. "중력만 공유하고 다른 상호작용은 전혀 간섭하지 않는" 또 다른 소립자 세트가 있다면 재미있을 것 같습니다(그림 4).

https://ko.wikipedia.org/wiki/표준_모형

"상호 작용하지 않는" 소립자끼리는 어떻게 될까?

우리가 알고 있는 '4가지 상호작용(전자기력/약한 핵력/강한 핵력/중력)’에 대해서는 지난 글(*6)에서 자세히 설명했으니, 그 글을 참고하시기 바랍니다. 그리고 '다른 물질과 거의 상호작용을 하지 않는' 물질로 잘 알려진 것은 '뉴트리노'입니다. 이 '상호작용을 하지 않는' 성질에 대해서는 지난 글(*7)에서 설명했으니 다시 한번 복습해 보시기 바랍니다.

그렇다면 '상호작용을 하지 않으면 어떻게 되는가'라고 하면, '매초 수억 개의 뉴트리노가 우리 몸을 투과해도 우리는 아무것도 느끼지 못하고 건강에 영향을 미치지 않는' 것처럼, '서로 아무것도 느끼지 못하고 스쳐 지나간다'는 것을 가정할 수 있습니다.

만약 "상호 작용하는 같은 소립자로 이루어진 사람끼리 가까이 다가간다면", 그림 5A와 같이 당연히 부딪히고 넘어지겠죠. 누구나 알 수 있는 당연한 일입니다. 하지만 만약 "상호작용하지 않는 소립자들로 이루어진 사람들끼리 접근하면" 어떻게 될까요? 그림 5B와 같이 "서로 아무것도 느끼지 못하고 아무렇지 않게 지나가는 것"을 생각할 수 있습니다. 물론 서로 "보이지 않고" "만질 수 없는" 상태입니다.

상호작용하지 않는 소립자의 세계가 있다면?

우리 세계에서는 그림 4 왼쪽과 같이 양성자나 중성자를 구성하는 쿼크나 전자 같은 것들만 관찰할 수 있기 때문에(상호작용 할 수 있기 때문에), 만약 그림 4 오른쪽과 같이 중력 외에는 상호작용할 수 없는 소립자 그룹이 있다면 우리는 전혀 인지할 수 없을 것입니다. 저쪽의 소립자 세계도 우리 세계와 간섭하지 않고 별이나 은하가 만들어질 것이라고 생각됩니다.(우리 세계의 소립자와 비슷한 성질이라면).

그렇다면 어쩌면 그림 6과 같이 우리가 있는 은하수가 있는 곳에는 우리은하뿐만 아니라 다른 세계의 또 다른 은하가 겹쳐져 있을지도 모르겠습니다. 게다가 한두 개가 아니라 더 많을지도 모릅니다. 오히려 그 정도여야 질량적으로 설명할 수 있을지도 모릅니다.

더 나아가 어쩌면 태양계와 비슷한 별계가 또 다른 소립자 세계에 있을 수도 있겠지요. 그리고 만약 "중력만 상호작용"한다면 "행성 간 중력에 의해 끌어당기면서 충돌은 하지 않기” 때문에 실제로 겹쳐서 같은 궤도를 돌고 있을지도 모르겠네요(그림 7). 패럴렐 월드와 같은 SF소설 속 세계도 "사실은 같은 좌표 공간에 존재하고 있었다"는 가능성도 부정할 수 없겠지요.

우리가 알고 있는 달의 표면은 그림 8 왼쪽과 같이 무미건조하고 황량한 땅만 이어지는 풍경입니다. 하지만 만약 우리가 다른 세계를 인식할 수 있다면 그림 8 오른쪽과 같이 우리가 간섭할 수 없고 우리의 과학이 미치지 못하는 고도의 문명이 건설되어 있을지도 모릅니다. 게다가 저쪽의 소립자 물리학을 완전히 통제하여 일방적으로 이쪽의 소립자 세계를 관찰하고 있을지도 모릅니다.

또 다른 다크매터 후보

무게와 관련해서는 지난 기사 "영혼의 무게는 몇 그램? (*18)"에서는 사람이 죽는 순간 모든 물질적 현상을 고려해도 원인을 알 수 없는 10~21g의 체중 감소가 일어난다는 것을 보여주었습니다(*19). 연구 저자는 이를 '영혼의 무게'로 간주하고 있으며, 100년이 넘은 오래된 논문이지만 이를 뒤집는 검증 결과는 아직 나오지 않고 있습니다. 따라서 현재로서는 '영혼의 무게는 평균 15그램이라는 것이 적은 데이터로 제시되고 있지만 이를 부정하는 과학적 근거는 현재까지 제시되지 않고 있다'고 할 수 있습니다.

이 연구 결과를 사실로 간주하면 "영혼이라는 과학적으로 직접 관찰할 수 없는 존재가 무게를 가지고 어딘가에 존재하고 있다"는 것이 됩니다. 만약 그렇다면 육체가 없어져도 영혼은 계속 존재하게 됩니다. 그렇다면 현재 세계 인구는 80억 명이 넘었지만, 이 지구상에 존재하는 영혼의 수는 이보다 훨씬 더 많은 숫자가 존재할 것으로 생각됩니다.

또한 영혼의 존재를 과학적으로 부정할 수 없다면, 사람의 영혼뿐만 아니라 '영혼과 같은 존재' 혹은 죽음의 순간에 찾아오는 '영혼과만 상호작용할 수 있는 존재'에 대해서도 고려해야 할 필요가 있을지도 모릅니다.

아래 그림은 14세기경 이탈리아 시인 단테가 쓴 신곡(Divina Commedia *20)의 한 장면입니다. 모르시는 분, 아직 읽지 않으신 분은 한 번 읽어보시길 추천드립니다. 그림의 장면은 천국 편에서 단테와 베아트리체가 지고천(Empyrean)에서 본 광경입니다. 보시다시피, 거기에는 무수한 천사들이 하늘에서 춤을 추고 있는 모습이 그려져 있습니다. 어쩌면 이런 세계도 정체불명의 질량의 일부로 실재하는 것인지도 모르겠습니다.

"신곡"을 쓸 때 시인 단테가 상상 속에서 본 것은 무엇이었을까요? 완전한 공상이나 망상의 세계였을까요? 아니면 평소에는 지각할 수 없고 상호작용할 수 없는 '영혼의 세계'를 지각한 것일까요? "영혼의 세계"는 정말 존재하는 것일까요? 아니면 확고한 실재 세계이며 "단지 일반 지구인이 지각할 수 없는 것"에 불과한 것일까요?

https://en.wikipedia.org/wiki/Empyrean

최첨단 과학에도 한계가 있다는 것을 알다

21세기를 맞이한 인류는 관측 범위를 넓혀 100억 광년 이상 떨어진 별의 정보도 얻을 수 있게 되었습니다. 그러나 그림 3의 오른쪽 그래프와 같이 '우리 인류는 진실의 10%밖에 관측하지 못하고 있다'는 것도 지금의 사실이며, 이를 부정하는 유능한 과학자는 없습니다. 아무리 망원렌즈의 감도와 배율을 높여도 빛이라는 모달리티로 관찰할 수 없는 영역이 존재한다는 것을 깨닫기 시작했다고 생각합니다.

'의식', '영혼'과 같이 전혀 파악할 수 없는 것들도 최근 명상에 대한 의학 연구가 증가하면서 관심과 주목이 높아지고 있는 것 같습니다. 우리도 이 세상이 '눈에 보이고 만질 수 있는 물질'만으로만 이루어져 있지 않다는 것을 싫든 좋든 인식해야 할 시기가 온 것 같습니다. 양자 역학에서도 '관찰 여부'나 '의식'과 같은 비물리적인 요소가 결과를 바꾸는 것으로 알려져 있습니다(*21, *22).

우리는 과학과 같은 객관적인 것, 물질적인 것, 존재를 확인할 수 있는 것, 즉 형이하학(형체가 있는 것)의 세계가 주체인 줄 살아가고 있습니다. 그러나 과학의 진보는 ‘형태를 파악할 수 없는 것’ 즉 형이상학적인 세계를 직시하지 않을 수 없는 상황에 직면해 있습니다. 그리고 형이상학적 세계는 ‘의식’으로 인식할 수 있습니다. 일상의 명상을 통해 '의식'을 단련하여 단테와 같은 광경을 보러갑시다.

저자: Takuma Nomiya 노미야 타쿠마、번역: Minaa Sim 심민아 / 2025.11. 21

Profile

Takuma Nomiya 노미야 타쿠마

MD, PhD, Meditation/Metaphysics Guide

의학박사, 명상・형이상학 가이드

임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거 중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.

Takuma Nomiya

Medical Doctor, Tokyo, Japan - 인용 횟수 1,222번 - Oncology - Biology - Physics - Metaphysics - etc.

https://scholar.google.com/citations?hl=ko&oi=ao&user=DGtJE_kAAAAJ

인용문

출처: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기

未知の質量の可能性に迫る：ダークマター（３）｜NEW LIFE

今回も、この世界の真の法則を知る、その全てを理解する、外界の全てを知ることは己の内面世界を知ることでもある、ということで純粋な知性の世界、形而上学／形而下学の世界を探究す

https://note.com/newlifemagazine/n/n31c014dcbfac

인용문헌

*1. 존재하지만 과학적으로 관찰할 수 없는 것들

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/17

https://note.com/newlifemagazine/n/n594654ee1eb3

*2. 우리 주변에도 있었던 미지의 물질 : 암흑물질 (2)

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/20

https://note.com/newlifemagazine/n/ned28052f0b6b

*3. 액시온 탐색 실험에 대하여 ~CARRACK 실험~ 시안 아츠시 동북대학교 전자광학연구센터 2017. 1. 28 암흑물질 간담회

*4. 액시온-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/アクシオン

*5. WIMPs- Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Weakly_interacting_massive_particle

*6. 우주의 창조와 유지에 필수적인 "4개의 힘"

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/14

https://note.com/newlifemagazine/n/n90c2cc2fab80

*7. "보이지 않는, 잡히지 않는" 소립자: 뉴트리노 편

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/22

https://note.com/newlifemagazine/n/nbcfce2b9ed18

*8. Fox JP, Jung G, Sorensen P, and Weiner N. Dark matter in light of the LUX results. Phys. Rev. D 89, 103526 - Published 22 May 2014

*9. Davis JH. The Past and Future of Light Dark Matter Direct Detection of Light Dark Matter Direct Detection.

*10. COSINE-100 Collaboration (2018). "요오드화나트륨 검출기를 이용한 암흑물질 상호작용 탐색 실험". Nature. 564 (7734): 83-86.

*11. 초대칭성 이론-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/超対称性理論

*12. Gervais JL, Sakita B. (1971). "Dual models in supergauges in field theory interpretation of supergauges". Nuclear Physics B. 34 (2): 632-639.

*13. Volkov DV, Akulov VP, Pisma Zh.Eksp.Teor.Fiz. 16 (1972) 621; Phys.Lett. B46 (1973) 109; Akulov VP, Volkov DV, Teor.Mat.Fiz. 18 (1974) 39

*14. 초대칭성 입자의 질량이 갖는 새로운 성질. 오쿠무라 켄이치(큐슈대학교 첨단입자물리연구센터) https://www.sci.kyushu-u.ac.jp/koho/qrinews/qrinews_191115.html

*15. S. Dimopoulos; H. Georgi (1981). "Softly Broken Supersymmetry and SU(5)". Nuclear Physics B. 193 (1): 150-162.

*16. S. Dimopoulos; S. Raby; F. Wilczek (1981). "Supersymmetry and the Scale of Unification". Physical Review D. 24 (6): 1681-1683.

*17. 표준 모형-Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/標準模型

*18. 영혼의 무게는 몇 그램?

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/24

https://note.com/newlifemagazine/n/n0947b63de9cf

*19. Duncan MacDougall, Hypothesis Concerning Soul Substance Together with Experimental Evidence of The Existence of Such a Substance. American Society for Physical Research, Vol1-5, 237-275, 1907