우주에 대해서 알아보자! [네번째:우주의역설-벤틀리의역설]

안녕하세요! 평소에 우주에 관심이 많은 평범한 대학생 우주성애자입니다

우주에 대해 많은 글들을 올리고 싶었는데 공백기가 너무 많았네요..

이번 학기때 학석사 연계를 신청해서 대학원 과정이 시작되어버렸습니다

석사과목+연구발표+졸업작품의 크리로 인해 많이 바쁘네요 그래도 다시 이 글을 쓸 수 있어서 다행이네요

이번에는 네 번째 우주의 역설-벤틀리의 역설 시작합니다

아마추어도 아닌 그냥 취미이므로 잘못 적혀있더라도 이해해주시면 감사하겠습니다

 

아이작 뉴턴

엽혹진 여러분들 뉴턴이라는 인물을 아십니까?

영국의 물리학자·천문학자·수학자·근대이론과학의 선구자이며 수학의 미적분을 정립하였고,

물리학에서는 뉴턴역학의 체계를 확립한 인물입니다 희대의 천재이지요 

이 뉴턴이라는 인물은 1687년 인류의 과학 역사상 가장 뛰어난 업적으로 

평가되는 논문인 <자연철학의 수학적 원리> 일명 <프린키피아>를 발표했습니다

 

프린키피아

이 프린키피아는 천체의 운동들을 수학적으로 정확하게 계산/예견 할 수 있다는 보여준 논문이였습니다

하지만 이런 완벽할 줄 알았던 프린키피아는 우주의 생성과정에 대하여 

다양한 역설과 논쟁을 불러 일으켰습니다 

바로 우주는 유한인가 아니면 무한인가에 대한 이야기였습니다

 

I. 벤틀리의 역설

우주의 사진

사실 우주가 유한인가 무한인가에 대한 질문은 로마시대의 철학자 였던 

루크레티우스가 이 문제에 대하여 이러한 결론을 내렸습니다

 

“우주는 모든 방향으로 무한히 뻗어 있다 만일 우주에 끝이 있다면 어딘가에 경계가 있어야하고, 

이는 곧 우주의 바깥에 무언가 다른 것이 존재한다는 뜻이다 …그런데 우주를 이루는 모든 차원들은 

아무런 방향성도 없고 그 외부에 무언가가 존재한다는 것도 확인된 바 없으므로 우주는 끝이 없어야한다“

 

리처드 벤틀리

하지만 뉴턴의 이론에 의하면 우주가 유한하다거나 무한하다거고 가정을 하면 항상 모순이 뒤따르게 됩니다

그것에 대한 문제의 결과를 최초로 지적한 사람이 바로 성직자였었던 리처드 벤틀리였습니다

 

벤틀리는 뉴턴에게 한 통에 편지를 보내게 됩니다

 

“만일 중력이라는 것이 잡아당기는 방향으로만 작용한다면, 은하를 이루고 있는 모든 별들은 결국 

중심으로 모여들어면서 산산히 부셔질 것입니다 그러므로 만일 우주가 유한하다면, 그곳은 고요하고 

정적인 공간가 아니라 모든 별들이 한 곳에 뭉개지면서 처참한 종말을 맞는 아수라장이 될 것입니다 

반대로 우주가 무한하다면 어떤 물체를 왼쪽 또는 오른쪽으로 잡아당기는 힘도 무한할 것이므로, 

이경우에도 모든 별들은 조가조각 찢어지면서 종말을 맞이하게 될 것입니다”

 

이에 대하여 뉴턴은 벤틀리의 역설을 피해갈 길을 생각했는데 그것은

“우주공간에 떠 있는 하나의 별이 무한히 많은 다른 별들에 의해 당겨지고 있다면 

오른쪽으로 끌어당기는 힘과 왼쪽으로 끌어당기는 힘은 서로 상쇄된다 

이런 식으로 모든 별들이 균형을 이루고 있기 때문에 정적인 우주가 유지된다”

라는 것이 뉴턴의 생각이였습니다

 

하지만 희대의 천재인 뉴턴이 이러한 답에 만족할 리가 없죠

그래서 벤틀리에게 답장을 보낼 때 “제 답이 완전한 해결책이 아니란 점 인정합니다“라는 말을 덧붙였습니다

 

겉으로 보기에는 그럴 듯 안정된 것처럼 보이지만 약간의 움직임 또는 별이 요동을 치면

바로 균형이 연쇄적으로 와해가 되버려 벤틀리가 말했던 별들이 중심으로 모여버리게 되는 현상이 일어나버리게 됩니다 

이에 뉴턴은 이런 현상이 일어나지 않으려면 신의 기적이 계속해서 일어나야 한다고 말하였습니다

 

여러분도 아시다시피 실제로는 우주가 중력에 의하여 중심으로 모여 붕괴를 맞이 하지 않습니다

그러면 이 역설의 해답은 무엇일까요?

 

암흑에너지/물질 분포도 [검은부분이 모두 암흑물질입니다.]

바로 현대에 와서 드러난 우주의 팽창과 그 원인이 되고 있는 암흑에너지가 그 답이였습니다

즉, 1930년대 에드윈 허블이 관측으로 인해 우주가 팽창하고 있음을 밝혀냈고,

20세기 후반 우주의 성분중 70% 이상이 바로 이렇게 우주를 팽창시키는

반중력의 힘을 가진 '암흑에너지' 임이 밝혀짐으로 이 역설은 자연스럽게 해결이 됬습니다

우주의 물질 분포도

즉, 우주가 암흑에너지로 인해 단한순간도 정지해있지 않고 무한히 팽창하고 있기 때문에

우주 전체의 질량이 지니는 중력에 반하여 우주 전체가 안정적인 모습을 지니게 되는 것입니다

 

참고문헌---------------------------------------------

칼 세이건 / 코스모스

미치오 카쿠 / 평행우주

아인슈타인 / 상대성이론

킵 손 / 인터스텔라의 과학

피터 매시니스 / 100디스커버리

토마스 뷔르케 / 과학이 즐거운 천문학

다케우치 가오루 / 한권으로 충분한 양자론

다케우치 가오루 / 한권으로 충분한 우주론

다케우치 가오루 / 한권으로 충분한 시간론

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작성자 : 엽혹진 우주성애자