암흑에너지 없이도 팽창하는 우주, 새로운 이론 등장

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우주의 가속 팽창과 은하 구조 형성은 암흑에너지와 암흑물질 없이는 설명할 수 없는 것으로 여겨져 왔다. 그러나 최근, 이 두 가설적 존재 없이 우주의 진화를 설명할 수 있다는 새로운 이론이 제시됐다.

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미국 앨라배마대학교 헌츠빌 캠퍼스(UAH) 물리학 교수 리처드 리우(Richard Lieu)는 암흑에너지와 암흑물질 없이도 우주의 팽창과 구조 형성을 설명하는 새로운 우주 모델을 제안했다. 이 연구는 최근 국제 학술지 Classical and Quantum Gravity에 발표됐다.

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리우 교수는 기존 빅뱅 이론(Big Bang theory) 대신, '다중 특이점(multiple singularities)'이라는 개념을 도입해 우주의 진화를 설명한다. 그는 우주 전역에 걸쳐 시간적으로 짧고 급격한 물질·에너지의 폭발, 즉 '일시적 시간 특이점(transient temporal singularities)'이 반복적으로 일어나면서, 팽창과 구조 형성이 이뤄진다고 주장한다.

 

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기존 우주론은 관측된 우주 팽창 가속을 설명하기 위해 암흑에너지(dark energy)와 암흑물질(dark matter)이라는 가설적 존재를 가정해왔다. 하지만 리우 교수는 질량 없는 중력(gravity without mass) 이론을 확장해, 이러한 가정 없이도 관측 결과를 설명할 수 있다고 본다.

 

 

 

암흑에너지와 암흑물질 없이, 시간 속에서 발생하는 다중 특이점들이 우주의 팽창과 구조 형성을 이끈다는 새로운 우주 진화 모델이 제안됐다. 이는 우주 구성의 95%를 차지한다고 여겨진 암흑 성분의 존재 자체를 재검토하게 할 수 있다.

 

 

그에 따르면, 이러한 특이점들은 발생과 소멸이 매우 빠르고 드물기 때문에 관측이 어렵다. 이는 지금까지 암흑에너지와 암흑물질이 직접 관측되지 않은 이유를 설명할 수 있으며, 물질과 에너지가 순간적으로 생성·소멸해도 질량-에너지 보존법칙은 위반되지 않는다고 강조했다.

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암흑에너지가 아닌 음의 압력으로 설명하는 우주의 가속 팽창

리우 교수의 모델은 기존 이론들이 가정한 음의 질량(negative mass)이나 음의 밀도(negative density)를 필요로 하지 않는다. 대신, 일시적 특이점이 발생할 때마다 우주에 퍼지는 물질과 에너지가 '음의 압력(negative pressure)'을 생성해, 가속 팽창을 유발한다. 이는 아인슈타인이 1917년 제안한 우주상수(cosmological constant) 모델과 유사하다.

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기존 빅뱅 이론과의 가장 큰 차이에 대해 리우 교수는 "표준 모델에서는 단 한 번의 특이점(빅뱅)만 발생했지만, 새로운 모델에서는 이와 유사한 특이점이 여러 번 발생한다"고 설명했다.

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향후 이론 검증은 지상 대형 망원경을 활용해 가능할 것으로 보인다. 리우 교수는 "적색편이(redshift)를 기준으로 우주를 '시간 단층(time slicing)'해 분석하면, 허블 다이어그램(Hubble diagram)에서 거리-적색편이 관계에 불연속적인 도약(jump)이 관측될 수 있다"고 밝혔다. 이러한 결과는 새로운 우주 모델을 뒷받침할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

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