1.확인된 반물질의 존재

▼반물질▼

전자와 양성자, 중성자로 이루어지는 실재의 물질에 대하여 그 반입자(反粒子)인 양전자, 반양성자, 반중성자로 이루어진다. 즉 물질은 현재 우리가 접하고 있는 전자 등이며 반물질은 거울 속 모습처럼 전자 등과 대칭되는 것으로 다른 성질은 거의 같지만 전기적 성질인 ‘전하’는 다르다. 예를 들어 전자는 마이너스(-)지만, 반전자는 플러스(+)다.

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반물질 이라는것이 있습니다.

진공은 물질계에 존재하므로 물질이라 할 수 있습니다. 그러나 반물질은 우주창생 이후 우주의 저편으로 사라져버린 물질의 반대개념 입니다. 물질과 반물질은 충돌하면 소멸되어 하나의 에너지로 변한다고 합니다.

거꾸로 태초의 공(空)의 상태였던 우주가 하나의 에너지에서 붕괴되어 물질과 반물질로 흩어졌을때 대폭발이 일어났으며 그상태를 거꾸로 되돌리면 다시 공(空)의 상태가 되는것이고 빅뱅(대폭발) 직후 물질과 반물질은 같은 양으로 존재했으나 반물질이 더 빨리 붕괴돼 사라지는 바람에 ‘살아남은’ 물질이 우주를 생성하게 되었다는 사실이 최근 한 국제연구팀에 의해 규명되었습니다.

서울대 김선기 교수(물리학과)가 함께 참여한 벨 그룹 국제연구팀에의해 우주 탄생의 수수께끼 중 하나인 ‘반(反)물질(antimatter)’이 사라진 이유가 밝혀졌는데 연구팀은 일본 쓰쿠바에 있는 대형 입자가속기에서 원자를 구성하는 가장 작은 입자인 소립자 중 하나인 ‘B-중간자’와 ‘반 B-중간자’ 3000만쌍을 만들어 실험한 결과 반 B-중간자의 붕괴율이 B-중간자보다 크다는 사실을 입증하여 이탈리아 로마에서 열린 ‘국제 고에너지 물리학 학술회의’에서 “물질과 반물질의 붕괴율이 서로 다르다는 사실을 밝혀냈다”고 발표했습니다.

연구팀은 반물질과 충돌하지 않고 살아남은 물질이 현재의 우주를 만들게 된 것으로 보고 있으며 물질과 반물질은 충돌하면 소멸되기 때문에 반물질이 물질과 똑같은 양으로 존재했다면 현재의 우주가 탄생할 수 없다는 설명을 하였습니다.

수학에서는 양수가 있다면 음수가 있듯이 물질에 대하여 반물질이 존재한다는 것이 확인된 것입니다.

물질은 질량을 갖고 있고, 크기가 있는 존재입니다. 질량을 가진 모든 물질은 인력을 갖고 있습니다. 그런데 반물질은 인력의 반대되는 척력을 가지고 있으며 마이너스질량을 가지고 있습니다. 마이너스질량은 척력을 갖고 있기 때문에, 반물질만을 한데 모을 수가 없으며 반물질만의 무게는 측정될 수 없습니다.

먼 옛날 우주가 창생될때 빅뱅이후 물질과 반물질, 공간과 반공간이 함께 혼합되어 있었는데 이것이 분리되면서 물질과 공간, 반물질과 반공간으로 분리되었을 거라고 저는 생각 합니다.

(물질은 공간에 싸여있고 반물질은 반공간에 싸여있는것을 말함. 궁극적으로 두개의 우주를 생각해볼 수도 있다.)


2.물질의 공간을 가득메우고 있는 암흑물질

현대의 과학에서 우주의 성간물질(星間物質) 또는 생성(生成)의 근원(根源)을 에테르(aether)라 하고 있습니다.

에테르(aether)란? 19세기에 대두된 학설로 물리학에서 빛 또는 전자기파(예를 들면 빛과 X선)등을 전달하는 전달매질 이라는 가설 인데 아직까지 그 실체가 규명되지는 못하고 있습니다.

우주가 완전한 공(完空)의 상태인 경우(율곤선생은 이를 白靜 이라하였읍니다.) 우주선(宇宙線)이나 광선(光線)이 전달될 수 없으며 더구나 로켓은 나를 수도 없습니다. 이곳은 신의 세계이므로 인간은 형이중학의 견지에서 공(空)을 이해해야 합니다.

오늘날 과학자들이 말하는 미증유의 "에테르" 라는 성간물질(星間物質) 또는 생성(生成)의 근원(根源)이 가득차 있는 진공(眞空)우주속에서 우리는 살고 있으며 이를 불교에서는 진공묘유(眞空竗有)라 하였습니다.

진공(眞空)이란 아무 것도 없는 공(空)을 말하지만, 여기서 진공 속에 묘한 것이 있다(妙有)고 하였으니 진공은 결국 아무 것도 없는 것이 아니라 있는 것입니다.

이른바 19세기물리학에서 제시한 에테르라는 것이 요즘은 암흑물질이란 말로 대체 되었습니다. 암흑 물질을 간단히 말하자면 말 그대로 우주상에서 빛을 내지 않는 물질들을 말합니다. 우리의 우주가 평탄하기 위해서는 우주 평균밀도가 임계밀도와 같아야 하는데 우리 눈으로 관측 가능한 물질들은 항성등의 빛을 내는 물질들입니다. 이 물질들은 우주 임계밀도에 해당하는 질량의 10%에 불과하다고 합니다. 그렇다면 나머지 90%정도는 무엇일까요? 물리학자들은 암흑물질(dark matter)에 질량이 집중 되어 있을 것이라고 생각하고 있습니다.

----------- 이하 인터넷검색 ---------------------

암흑 물질의 총량

우주에는 빛을 방출하지 않는 암흑 물질이 대량으로 존재한다고 생각되고 있다. 암흑 물질의 총량은 우주가 계속 팽창할 것인가, 아니면 수축으로 바뀌게 될 것인가를 결정하는 중요한 요인이 된다. 암흑 물질은 직접 관측할 수가 없기 때문에 그 양을 알기란 어렵다. 그러나 중력에 의하여 빛의 진로가 굽어지고, 배경의 모습이 일그러지게 보이는 중력 렌즈 효과를 이용하면 그 일그러지는 정도를 통해 암흑 물질의 양을 추정할 수 있다.

이러한 관점에서 미국 벨 연구소의 데이비드 휘트먼 박사 팀은 칠레 세로톨로로 인터아메리칸 천문대의 구경 4m의 망원경을 사용하여 하늘 위의 서로 다른 세 영역을 수년에 걸쳐 관측했다. 멀리 떨어진 은하로부터의 상이 일그러지는 것을 14만 5000개나 조사하여 암흑 물질의 총량을 추정했다. 그 결과 암흑 물질은 우주의 팽창을 수축으로 전환시킬 만한 양이 되지 않는다고 결론이 내려졌다. 이것은 우주 팽창이 언제까지나 계속된다는 것을 의미하고 있다.


암흑물질을 찾아라.

서울대 김선기교수, 윔프검출 지하실험 착수

동아닷컴 2000년 09월 20일 (수) 18 : 56

국내 연구진이 우주의 수수께끼인 암흑물질을 찾는 연구에 본격적으로 착수한다. 과학기술부는 20일 8개의 창의적 연구진흥사업 신규 과제를 선정하고 9년 동안 해마다 과제 당 4억∼12억원의 연구비를 지원키로 했다.

이 가운데 관심을 끄는 것은 서울대 김선기 교수(입자물리학)의 ‘암흑물질 탐색 연구’ 과제이다. 암흑물질은 우주 질량의 90% 이상을 차지하지만, 전혀 보이지 않아 70년 전 존재가 알려진 이래 천문학과 물리학에서 가장 큰 수수께끼로 남아 있다.

김 교수가 찾는 것은 요즘 유력한 암흑물질 후보로 떠오르고 있는 윔프(WIMP)란 소립자이다. 과학자들은 초기 우주에서 생성된 윔프가 붕괴하거나 반응하지 않으면서 지금까지 남아 우주 대부분의 질량을 이루게 됐다고 보고 있다.

김 교수는 세슘과 요오드로 만든 결정의 핵이 윔프와 탄성 충돌할 때 나오는 에너지를 측정해 윔프의 존재를 확인하는 새로운 실험방법을 확립해 학계의 주목을 받고 있다.

김 교수는 청평양수발전소 지하 4백m 터널 속에 이 결정을 설치하고 그동안 윔프 검출 실험의 타당성을 연구해 왔다. 지하 깊은 곳에서 실험을 하는 이유는 땅이 지상의 환경 방사능을 차단해 줘 정밀한 실험을 가능케 하기 때문이다.

김 교수는 “윔프의 존재를 입증하려면 많은 양의 결정이 필요하다”며 “이번에 받게될 연구비로 우선 내년까지 2백50㎏의 결정을 만들고 궁극적으로는 이를 1t으로 늘려 정밀한 검출 실험을 할 계획”이라고 말했다.

그는 “암흑물질의 발견은 우주를 이루는 주요 구성 물질이 우리가 흔히 보는 물질이 아니라는 사실을 일깨워줌으로써 코페르니쿠스 혁명처럼 인류의 자연 인식에 엄청난 변화를 가져올 것”이라고 말했다.

[신동호 동아사이언스기자 dongho@donga.com ]