급팽창이론, 임플라톤, 우주배경복사, 물리적 한계, 지금 보이는 우주
*BigBang 이후 가장 먼저 만들어진 Void는 강력한 중력의 영향으로 매우 강하게 암흑에너지를 발산하지만 동시에 수많은 Void의 압박으로 크기가 커지는 시간이 오래 걸리게 된다. 그리고 시간이 지나 BigBang에서 멀리 떨어진 지점에 만들어진 Void는 적은 물질/빛으로 인해 크기가 커지는 시간이 오래 걸리게 된다. 이러한 특징에 따라 압도적인 크기를 가진 채 우주에서 뚜렷하게 보일 정도의 Void는 존재할 수 없다.
*위의 그림을 보면 우주의 외곽과 중심이 존재하는 것처럼 보이지만 사실 이는 이해하기 쉽게 한순간으로 표현되는 3차원으로만 우주를 표현한 것으로 우주의 외곽과 중심은 존재하지 않는다. 이 우주는 모든 순간들이 어떤 기준 없이 순환으로서 존재하고 있는 4차원 시공간으로서 실체적 존재를 기준으로 모든 확률들이 사방에 고루 분포되어 있는 모습을 갖고 있다. 무수한 은하들 속 하나의 항성계의 행성(지구)에서 보이는 우주의 모습은 이 우주의 어떤 위치에서 보아도 크게 다르지 않은 것이다. 각각의 실체가 우주를 정의 내리는 모든 모습(형태와 움직임)을 가진 확률의 중심이 되는 만큼 모든 존재들은 우주 전체의 모습과 함께 ‘하나’로서 연결되어 있는 것이다. 때문에 우주의 외곽과 중심은 존재하지 않는 것이다. 실체를 기준으로 절대적으로 확신할 수 없는 무한한 확률이 고루 분포되어 있는 시공간 속에서 모두가 같은 우주의 변화와 상호작용하여 변화되는 것이다.
균일하게 팽창되는 우주에서 어떤 중심도 존재하지 않는 것에 대한 개념적인 설명은 이 주소 참고: https://www.youtube.com/watch?v=Cvc4nZuTkoM&t=26s
BigBang 이후 빛의 속도를 넘어서는 속도로 빠르게 퍼져 나갔던 질량들이 뭉쳐 은하들이 형성되기 때문에 Void는 기하급수적으로 빠르게 늘어나게 된다. 이 Void는 은하 사이에서 급속도로 형성되고 커지면서, 중력으로 인해 우주의 팽창 속도가 줄어드는 것이 아닌 더욱 가속하여 팽창하게 끔 만들었다. 동시에 각 은하들이 전 영역에 걸쳐 고루 퍼져 있게 해서 시공간이 구의 형태로 팽창하게 만들었는데, 이는 가장 효율적으로 시공간이 팽창될 수 있게 했다. 이는 현재 우리 지구에서 바라본 우주가 위의 사진에서 알 수 있듯이 매우 균등하게 물질과 에너지가 퍼져 있게 끔 만들었다. 우주배경복사에서 광자의 범위가 거의 모든 범위에서 동일하게 분포되어 있는 이유는 질량의 폭발 이후 엄청난 에너지로 빠르게 퍼지는 빛이 암흑과 상호작용하면서 사방으로 고루 퍼져 나갔기 때문이다. 그리고 위와 같은 우주배경복사는 4차원 시공간 순환파의 특징으로 인해 우주의 어떤 위치에서도 큰 차이 없는 모습으로 확인될 수 있다.
*이런 암흑과 빛의 특징과 순환적 상호작용으로 인해 현재 암흑 물질/에너지가 빛 물질/에너지에 비해 훨씬 더 많은 비율로 우주를 구성하는 것처럼 보이는 것이다.
그러나 순환으로 존재하는 빛과 암흑의 질량은 서로 같으며 암흑 물질의 양이 증가하는 것이 아닌 암흑 물질은 퍼져 있는 상태가 높은 에너지 값을 가진 것으로서 우주에 넓은 공간을 이루고 있는 것이다. 이는 시간이 지나 우주의 형태와 움직임이 변화되면 위와 같은 방식으로 측정된 우주의 구성비율은 변화됨을 의미한다. 이는 위에서 설명한 우주상수의 변화와 같은 것으로 암흑 물질/에너지, 빛 물질/에너지의 형태와 움직임은 끊임없이 ‘하나’의 우주로서 변화되는 것이며 이 변화는 순환의 모습을 갖는 것이다.
위의 내용에 수학적 과학적 증명에 힘을 실어주는 참고 자료 : https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2200539119
*급팽창이론의 인플라톤과 순환으로 바라본 암흑
중력으로 질량을 얻어 공간을 팽창시킬 것이라고 추측되는 급팽창이론의 ‘인플라톤’이라는 추측성 존재는 빛과 함께 순환관계로 바라본 암흑의 특징과 매우 흡사하다. 그리고 현재 급팽창이론은 우주의 시작을 의미하는 BigBang 이론에서 가장 공신받는 이론이다.
급팽창 이론과 인플라톤에 대한 내용: https://www.youtube.com/watch?v=ZRhC8uV3Ql8
*암흑물질이 거의 관측되지 않은 은하에 관해
같은 은하라고 해고 빛의 세기가 약하다면(=항성의 수가 적거나 적색왜성과 같이 항성의 밝기가 약해진 경우) 암흑 에너지의 압력이 약해지는 만큼 다른 은하에 비해 암흑 물질의 영향력이 줄어들게 된다. Ex) 초확산 은하(AGC 114905), 초저밀도 은하(ultra-diffuse galaxy, UDG) 여기서 암흑 에너지는 주변에 존재하는 은하들에게도 영향을 받으면서 움직이므로 만약 근처에 강한 빛을 발산하는 은하가 있다면 그 은하와의 상호작용으로 발산되는 암흑에너지로 인해 상대적으로 빛이 약하다 한들 강하게 모여 있는 암흑물질을 이룰 수 있다. 그리고 현재 대부분의 초확산 은하, 초저밀도 은하는 관측되는 빛의 양에 비해 많은 암흑물질이 모여 있는 것으로 관측된다.
그리고 위와 같은 암흑의 특징으로 인해 초밀집 왜소은하 (Ultra-compact dwarf galaxy, UCD)는 많은 암흑물질들이 포함되어 있는 것으로 관측된다. 다른 은하 대비 빛이 더 세밀하게 모여서 더 강력하게(더 밝게) 방출하기 때문이다. 이 강한 방출이 더 많은 주변에 존재하는 암흑에너지를 은하로 흡수시키고 은하는 강력한 암흑에너지의 압력을 받게 되는 것이다. 이로써 은하의 중심부에 거대한 질량이 형성되고, 은하의 회전 속도는 높아진다.
(암흑 물질이 거의 없는 왜소 은하 DF2, DF4)
그리고 암흑물질이 거의 존재하지 않는 은하들이 관측되고 있는 데, 이는 주변에 존재하는 은하 간 중력과 암흑의 상호작용에 따라 발생될 수 있다.
은하를 둘러싸고 있는 암흑 물질은 지속적으로 주변에 존재하는 은하의 중력/빛, 암흑의 척력/인력과 상호작용하게 된다. 이는 만약 주변에 강력한 중력과 빛으로 주변의 암흑 에너지와 함께 빛의 질량들을 강하게 흡수하는 은하가 있다면 지속적으로 이 은하에 자신이 가지고 있던 빛과 암흑을 뺏길 수 있음을 의미한다. 빛 물질에 비해 암흑물질이 상대적으로 적은 은하가 존재하게 되는 것이다. ex) NGC 1052-DF2 은하
또한, 중력과 빛의 세기가 다른 두 은하가 충돌하면서 발생되는 불균형한 교환으로 인해 상대적으로 작은 중력과 빛의 세기를 가지고 있던 은하에 존재하는 암흑과 빛의 질량들이 상당 부분 빼앗겨 만들어질 수 있다. 이러한 충돌은 기존에 형성하고 있었던 은하의 암흑 헤일로(Halo)를 무너뜨리고 중력의 엇갈림으로 빛의 질량들을 퍼뜨리면서 수많은 항성들이 확산된 형태의 은하를 만들게 된다. (확산/저밀도 은하) 그리고 이때 빛 물질은 빛 물질과, 암흑 물질은 암흑 물질과 직접적으로 상호작용하는 만큼 빛 물질의 분포와 암흑 물질의 분포는 다른 형태와 움직임을 갖게 된다. 여기서 빛 물질은 기본적으로 서로 전자기력과 중력으로 끌어당겨 빛을 발산하는 반면 하는 반면 암흑 물질은 상반된 형태와 움직임을 가진 (반)전자기력과 (반)중력으로 서로를 밀어내면서 암흑 에너지를 발산하려고 한다. 때문에 두 은하가 충돌할 때 빛 물질은 서로 뭉치려는 특징으로 인해 마치 반죽처럼 늘어지는 반면 암흑은 형태와 움직임이 뒤틀릴 수는 있어도 기존에 각자가 형성하고 있었던 형태와 움직임을 유지하게 된다. 이는 두 은하가 충돌할 때 아래 그림과 같이 암흑/빛 물질이 각각 변화될 것임을 의미한다.
그리고 실제로 두 은하가 부딪히는 현장(총알 은하단/Bullet Cluster: 거대한 은하단이 충돌하는 현상)을 보면 아래 사진과 같다. 중력과 상호작용하는 암흑 물질을 중력 렌즈로 파악한 모습과 전파로 가스 물질의 분포를 같이 보면 더욱 뚜렷이 알 수 있다.
바로 이러한 현상을 통해 암흑물질을 갖지 못한 물질들이 존재하게 되고 이러한 물질들이 모여 암흑물질이 거의 관측되지 않는 UCD 왜소은하가 존재할 수 있는 것이다.
참고 자료: https://www.youtube.com/watch?v=WEhP8JLdYbI&t=67s
그리고 이러한 작용들이 활발하게 이루어지는 은하단에서는 확산/저밀도 은하들이 상대적으로 큰 은하들과 충돌하면서 항성들과 질량들이 계속해서 확산하게 되는데, 여기서 분리된 항성들이 은하단을 돌아다니다가 다른 은하의 외곽에 속할 수도 있다. 그리고 충돌(다른 은하의 관통, 스침 등)의 과정에서는 은하의 항성 위치들에 큰 변화를 일으키게 되고 새로운 형태의 항성 배치를 만들기도 한다. 서로 다른 방향으로 나아가는 두 은하의 충돌에 의해 항성들과 무수한 질량(가스)등이 기존 궤도에서 크게 이탈하게 되면서 은하의 다양한 부분(중심부/헤일로/외곽부)에 항성들이 배치될 수 있게 하는 것이다. 또한, 이 과정에서 가스들이 순식간에 형성되고 뭉치기도 하면서 새로운 항성이 만들어질 수도 있다. 이로써 은하에 퍼져 있는 구상/산개 성단에 청색 낙오성 등이 존재하게 되는 것이다. 그리고 이러한 은하 간 충돌은 현재에 비해 수많은 은하들이 형성되고 막 퍼져 나갔을 과거에 훨씬 많이 발생되었을 것이기 때문에 현재 우리가 보고 있는 구상성단들은 비교적 항성들의 나이가 오래된 것이다.
그렇다면 여기서 한 가지 의문을 제기할 수 있다. 암흑과 빛은 분명 1:1로 중첩되어 존재하는 데, 이는 순환에 어긋나는 것이 아닌가?
암흑과 빛은 분명 1:1로 중첩되어 우주를 이루고 있다. 암흑 없는 빛도, 빛없는 암흑도 존재할 수 없기 때문이다. 그리고 이러한 사실에서 확실하게 알아야 하는 것이 바로 우주가 4차원의 존재하는 것이다. 즉, 암흑과 빛은 4차원으로서 1:1로 중첩되어 있는 것이다. 이는 양자 얽힘과 같이 암흑과 빛이 상반된 형태와 움직임으로 갖고 1:1로 중첩되어 있는 것인데, 우주 전체에 퍼져 있는 암흑과 빛의 형태와 움직임이 결과적으로 1:1의 중첩으로서 연결되어 정보를 직접적으로 공유하면서 순환적으로 존재한다는 것을 의미한다. 빛 물질과 암흑 물질이 언제 어디서든지 1:1로 중첩되어 있으면서도 각자가 형성하고 있는 시공간 형태에 완벽하게 부합되지 않을 수 있는 것이다. 결과적으로는 4차원으로 봤을 때 빛과 암흑은 1:1로 중첩되어 있기 때문이다. 위와 같은 상황에서 암흑 물질은 빛 물질과 1:1로 중첩되어 서로 완벽하게 겹쳐지는 형태와 움직임을 갖지 않은 것처럼 보이지만 암흑 물질은 빛 물질과 상반된 형태와 움직임으로써 완벽하게 1:1 중첩을 이루어 모든 정보들을 순환으로 교환하여 우주(4차원)를 존재하게 하는 것이다. 암흑은 빛의 모든 정보를, 빛은 암흑의 모든 정보를 우주로서 저장하고 있는 것이며, 이 과정은 순환에 따라 상호보완적으로 이루어지는 것이다.
*인류가 우주의 형태와 움직임을 정확히 예측하는 것이 근본적으로 불가능한 이유
우주 전체에 빛만큼 지대한 영향을 주는 암흑 에너지/물질과 직접적으로 상호작용할 수 없기 때문이다. 암흑 시공간과 직접 상호작용하면서 그들의 형태와 움직임을 관찰하여 확정 짓고, 조사/연구할 수 있어야 하지만 빛 물질로 이루어져 있는 인류는 근본적으로 암흑과 직접적인 상호작용을 할 수 없는 것이다. 때문에 다른 은하들은 물론 우리 은하의 움직임과 형태도 인류의 물리법칙으로는 완벽하게 설명할 수 없는 것이다. 이는 마치 너무나도 수많은 변수가 존재해서 정확히 예측할 수 없는 지구의 기상과 같은 것으로 우주라는 거대한 생태계에서 작은 나비 같은(혹은 이보다 작고 약한) 인류는 자연 전체를 완벽하게 이해하고 예측할 수 없는 것과 같다. 물리적 한계가 존재하는 것으로 빛의 제한된 속도와 모든 시간 속 단 하나의 시간만을 볼 수 있는 인류는 암흑과 함께 빛 물질의 형태와 움직임도 정확하게 알 수 없는 것이다.
다만 지구에 살고 있는 우리와 같이 유지되는 강한 빛(태양)과 압도적인 중력(지구)의 영향을 받는 시공간에서 발생되는 현상에 대해서는 훨씬 더 정확한 해석이 가능하다. 기본적으로 이미 형성된 중력과 빛에 따라 암흑 물질이 강하게 뭉쳐진 상황으로서 암흑에너지의 힘이 변화를 일으킬 만큼 작용되기 어렵기 때문이다. 우리가 일상에서 어떤 존재에 대한 데이터를 축적할 때 변하지 않는 암흑과 빛의 공존 속에서 커다란 오차 범위 없이 어느 정도 예측 가능한 결과가 형성되는 것이다. 이는 같은 태양계 (좀 더 나아가면 우리 은하)와 같이 어느 정도 시공간의 형태와 움직임이 유지되며 비슷한 상황(시공간 특징)을 공유할수록 이러한 상황에서 만들어진 인류의 물리법칙은 보다 정확한 해석과 예측을 할 수 있는 것이다.
그러나 이 마저도 은하 내부의 불규칙적인(복잡계) 움직임으로 인해 정확하게 예측하는 것은 불가능하다. 은하나 태양계의 크기에 비해 항성과 행성은 굉장히 작으며 수많은 물질과 에너지가 응축되어 있는 만큼 다양한 변수(주로 에너지/힘)가 존재하기 때문이다. 당장 우리는 실체적인 뇌와 눈을 통해 확률적 존재인 전자기장을 실체적 존재 없이 그 자체로 볼 수 없다.
정리하면 지구라는 고정된 하나의 시공간 형태와 움직임 안에서 만들어진 인류의 물리 법칙들은 암흑과 빛의 순환적 상호작용으로 끊임없이 변화되는 우주의 형태와 움직임에서는 통하지 않는 것이다. 이 우주의 거시적인 형태는 (우리가 물리적으로 알 수 없는) 빛과 암흑이라는 근본적이고 가장 거대한 스케일의 힘으로 우리의 물리계에 압도적인 영향력을 미치고 있는 중력과 함께 시공간 그 자체가 시시각각 변화되면서 존재하기 때문이다. 암흑과 빛의 순환적 상호작용은 이 두 개 이상의 은하(시공간) 사이에서 인력과 척력으로 작용되므로 하나의 시공간 위에 존재하고 있는 너무나도 작은 우리는 이런 상호작용을 느낄 수도, 볼 수도 없는 것은 물론 측정하는 것도 불가능한 것이다. 다만 은하들의 중력과 빛의 세기 등을 통해 암흑의 형태와 움직임을 예측해보고 오차 범위를 줄여 나간다면 어느 정도 오차를 가진 암흑 값(관측 가능한 우주의 형태와 움직임)을 구할 수도 있을 것이다. 그리고 빛과 암흑은 항상 1:1로 중첩되어 상호작용하고 있음으로써 모든 것들이 존재하므로 우리 인류가 만든 물리법칙 속에서도 암흑은 분명 그 존재감을 가지고 있을 것이다.
*중성자 별과 Strange matter
한때 Supernova처럼 화려하게 빛나면서 폭발했으나 암흑과 직접적으로 상호작용할 만큼 충분한 질량을 형성하지 못했다면(=충분한 시공간 왜곡을 형성하지 못했다면) 항성은 질량의 크기에 따라 백색왜성과 중성자 별이 된다. 여기서 백색왜성보다는 훨씬 더 무거운 질량을 형성하고 있는 중성자 별은 암흑과 지속적으로 직접적(암흑과 빛 시공간 파동의 상쇄 파동) 상호작용할 만큼의 질량의 수축을 이루지는 못했지만 폭발의 순간 아주 잠깐 암흑 물질과 직접적으로 상호작용할 수 있게 된 것이다. 빛의 질량과 암흑의 질량이 일부 결합된 것으로 서로 완벽하게 상쇄 파동을 발생시키는 물질이 중성자별 내부에 만들어진 것이다. 그리고 상쇄 파동으로 인해 어떤 에너지도 발산하지 않는 이 존재를 빛의 반사를 통해 볼 수 있는 것이다. 이것이 완벽히 조밀하고, 안정적이고, 불멸한 Strange matter일 수 있다.
참고 자료: https://www.youtube.com/watch?v=p_8yK2kmxoo
*우주의 온도가 절대온도에 가까운 이유
기본적으로 우주는 빛과 암흑이 중첩된 상태이기 때문이다. 여기서 중첩된다는 것은 이 존재가 어떤 하나로서 확정되어 있지 않은 상태에서 하나로 공존하고 있는 것을 의미한다. 이는 만약 시공간에 어떤 실체적 존재가 없을 때에는 이 시공간을 중첩되어 이루고 있는 두 존재를 최대한 구분 지을 수 없는 상태가 되어야 함을 의미한다. 확률에 따라 최대한 두 존재가 고루 분포되어 시공간을 이루고 있어야 하는 것인데, 이를 위해 각자의 움직임이 최소화되어야 하는 것이다. 여기서 현재 우리 우주는 빛으로 인해 그 크기가 정해지는 존재로서 암흑과 상호작용하고 있기 때문에 우주의 온도는 절대온도보다 아주 조금 높은 온도를 가지게 된다.
우주의 온도 : -270.4 도, 절대 온도 : -273.4 도
*안드로메다 은하와 우리 은하가 가까워지는 이유
안드로메다 은하는 우리 은하와 제일 가까운 은하로서 이미 중력의 힘이 암흑의 척력을 넘은 것이다. 만약 그렇지 않다고 해도 암흑의 척력은 각 은하의 위치, 은하가 가진 빛과 중력의 세기에 따라 달라지므로 서로 가까워지는 방향으로 암흑의 척력을 받고 있다면 두 은하의 거리는 좁혀질 수 있다. 안드로메다 은하와 우리 은하가 생성될 때부터 이미 중력의 범위 안에 있었을 수도 있지만 그렇지 않았다면 다른 은하와의 중력을 포함해 암흑 에너지의 흐름(척력)에 따라 이동하다가 서로 중력으로 당겨질 범위 안에 들어갔을 가능성이 있는 것이다. 이런 현상은 거대한 암흑 에너지의 흐름에 의해 계속해서 멀어지는 것이 거의 확정됐다고 할 수 있는 매우 먼 거리의 은하들보다는 비교적 서로의 거리가 가까운 은하단/군에 있는 은하들 사이에서 발생된다. 암흑에너지의 흐름이 기본적으로 은하들을 퍼뜨리는 방향으로 나아가지만 은하단(군) 안에서는 기본적으로 강력한 중력으로 서로가 묶여 있으며 사방으로 암흑 에너지가 모여들기 때문이다. 이는 암흑에너지의 흐름에 다양한 변수가 존재할 여유가 있는 것으로 은하단/군 내에서 발생되는 암흑에너지 흐름(세기와 방향)의 차이로 인해 멀리 떨어진 은하라 해도 서로 가까워질 수 있는 것이다.