[생명] 숨쉬는 우주

 

 

 

[생명] 숨쉬는 우주 |불교과학(1) 천문우주물리

普賢 ||2005.08.19. 08:31 http://cafe.daum.net/bohhyun/6YwW/48   

 

 

[생명]숨쉬는 우주

 

숨쉬는 宇宙! 이것은 우주를 막연히 미화하려는 시적인 표현만은 아니다. 實際的으로 宇宙는 바로 이 瞬間

에도 팽창과 수축울  반복하면서 呼吸을 하고 있기 때문이다.  한때 우주는 지구를 중심으로 돌아가고 있다

고 생각했다(天動說),  얼마가 지나 이번에는 우주는 고정되어 있고 반대로 지구가 돌아가고 있다고 했고(地

動說), 우주는 정태적인 배열로 인식되어 왔다. 

 

그런데 허블은 적색편이 現象으로부터 우주는 팽창하고 있다는 팽창론을 제기하였다. 

 

최근 물리학자들의 문제란 이 우주가 언제까지 팽창할 것이며 그 이후는 어떻게 될 것인가 하는 것이다.

우주팽창에 제동이 걸리기 위해서는 萬有引力에 의존하는 수 밖에 없는데 시작도 끝도 없이 넓은 이

宇宙空間에 天體가 너무 적은 상태라는 계산 때문이다.

 

혹시 뉴트리노 같은 中性微子 나 暗黑物質(black materials)이 우주공간에 편만하게 존재해서 질량으로

작용해 주기를 기대해 보지만 이의 존재 마저도 확인되지 않고 있다. 이제와서 학자들은 막연히 Big- Bang

(우주대폭발) 이후에 Big- Crunch(우주 대수축)를 想像해 봄으로서 宇宙의 循環性을 주장해 보지만 그야말

로 꿈 같은 이야기일 뿐이다. 우주에 관한한 합리적인 이론 얼개를 찾는 일은 요원할 뿐이다. 실로 눈만 뜨면

視野를 채우는 우주이지만 그 우주의 참 모습을 보기란 이다지도 어려운 것이다.

 

이제 [관계론]은 우주가 팽창을 지속하되 등속도 팽창을 하는 것이 아니라 가속도적인 팽창을 하고 있다고

하였으니 그것은 다음의 물리 공식에 의한 결과이다.

 

 

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위의 '전능(M1 )'과 '팽창(M2 )' 물리식은 [관계론]을 통해 물리학계에 처음으로 소개 되는 것으로서 그

물리적인 의미는 다음과 같다.  차원분석적인 면에서 힘(f)의 물리 단위와 차원은 kg-m/sec^2  . [MLT^-2]

이고,  에너지(E)의 물리 단위와 차원은  kg-m^2/sec^2  . [ML^2T^-2] 으로서 힘(f)은 하나의(직선)의 가속

도를,  그리고 에너지(E)는 두 방향(평면)의 가속도가 작용하는 상황을 각각 나타내지만,   상기 '팽창식(M)'의

물리 단위와 차원은 kg-m^3/sec^2  . [ML^3T^-2] 으로서 가속도가 세 방향(공간)에 걸쳐 작용하는 機何學的

상황을 나타낸다. 

 

 

현재의 물리학은 '에너지(E)' 이상의 물리 개념을 갖고 있지 않지만 그것은 두 방향(평면)의 가속도 상황에

지나지 않는다는 사실에 유념해야 한다.   宇宙는 3次元的인 現實로서 2차원적인 에너지(E) 槪念으로서는

宇宙 空間에서 이루어지는 現象을 도저히 설명할 수 없게 된다.   '팽창(M)'은 3차원적인 槪念으로서 空間

自體가 加速度的으로 增加하는 狀況이다.  

 

우주팽창은 바로 이 '팽창식(M)'에 의한 것이므로 우주 공간은 가속도적으로 급팽창하고 있다.  오늘날에는

'에너지'란 槪念이 일반화되고 있지만  '에너지' 보다 上位의 물리개념이 소개된 바는 없다. 그러나 '팽창(M)'

은 '에너지(E)'를 구성 단위로 하는 한 차원 높은 상위의 물리 개념이다.

 

이는 마치 '에너지(E)'가 '힘(f)'을 그 구성 요소로 하는 槪念인 것과 같다. '팽창(M)' 이란 '에너지(E)'가 일정

한 거리와 시간에 걸쳐 작용한 결과가 일시에 발휘케 되는데서 얻는 물리적인 효과이다.  

 

실제 상황을 들어 보자면, 폭탄이 폭발을 하였을때 각 파편들은 폭발지점으로부터 낙하점까지 날아감으로서

에너지에 의한 일을 수행한다. 그러나 모든 파편들이 동시에 일을 하게 한 것은 에너지 개념으로서는 정의될

수 없다.  다른 예를 더 들어보자. 풍선에 공기를 넣으면 밖으로 밀어내려는 팽창력과 풍선이 줄어 들려는 수

축력이 일치하는 점에서 풍선의 크기는 정지 한다.

 

이때에 공기 전체가 동시에 밖으로 밀어내고 있는 어느 한 순간의 전반적인 총체력이 있지 않으면 풍선을

부풀려 있게 할 수가 없다. '에너지' 전체가 동시에 작용하고 있는 전반적인 능력  이것이 바로 '팽창'이다.

 

상황을 바꾸어서, 만약 풍선에 구멍이 생겨 바람이 새기 시작하였다면 이 새는 바람으로 바람개비를 한 동

안 돌릴 수 있게 된다. 이때에 구멍으로 부터 새고 있는 공기에 해당하는 것이 '에너지' 이고  '에너지' 전체가

한 순간에 동시에 발휘하는 물리적인 능력 이것이 바로 '팽창'이다.

 

'에너지'로서는 풍선을 버텨줄 수 없다. 이제는 어느 정도 槪念이 잡혔으리라 본다. 

 

이 우주는 바로 상기의 '팽창식(M)'에 의한 팽창을 지속하고 있는 것이다. 여기서 '전능(M1)'과 '팽창(M2)'의

차이점이란 마치 '에너지(E)'와 '일(W)'의 차이점과 같은 것으로서 '전능(M1)'은  원인이 되는 반면에 '팽창

(M2)'은 이 원인에 의해서 이루어진 결과의 크기를 말하는 차이점이 있다.

 

우주는 언제까지 가속도적으로 급팽창하기만 할 것인가? 이 우주는 한없이 팽창하기만 하는 것이 아니라

우주 전반의 팽창가속력이 떨어질 때에 우주는 수축하고 팽창 가속력이 좀더 증가 할 때에 우주는 좀더 

팽창함으로서 宇宙는 마치 숨을 쉬고 있는 것 같이 均衡을 유지하게 된다. 

 

물론 우주는 계속해서 팽창의 상태를 유지하지만 팽창 가속력의 크기에 따라서 팽창과 수축을 반복하게 되고

同時에 우주 공간의 크기가 결정지어지게 된다. 이와 같은 것은 막연한 상상과 추리에서 나온 것이 아니라

놀라웁게도 [관계론]에서 찾아진 물리 공식들의 수학적인 그래프가 이와 같은 것을 말해주기 때문이다. 

이것은 마치 풍선의 원리와 같다고도 할 것이다. 

 

풍선에 열을 가하면 풍선은 더 커지게 되며 반대로 차게하면 풍선은 작아지게 되지만 풍선 자체는 항상

가속도적인 팽창의 상태를 유지하게 되는 것과 같다. 이렇게 함으로서 우주 전반적으로는 균형과 평온을

유지할 수 있게되며 마치 靜態的인 配列처럼 느끼게 된다. 

 

실제적으로 [관계론]이 산출한 우주의 팽창속도는 0.48 C ~ 0.499.8999.8999 C 로서 우주는 이 속도

구간에서 팽창의 상태를 지속하고 있으며 , 우주 양편의 팽창속도를 합할 지라도 빛의 속도 C를 결코 넘지는

못 한다.  이러한 결과는 이 우주는 빛의 속도 C 로 팽창 상태를 지속하고 있다는 것을 말해주게 된다.(여기서

이것까지 다 밝힐 수는 없지만 상기 팽창속도 산출 과정에는 실로 다시 한번 놀랄일이 숨어있음을 본다).

 

지금의 우주팽창은 우주 탄생시의 대 폭발력에 의한 것이라고 하고 있다. 우주 탄생의 初期에는 그랬을런지

모른다. 그러나 現 段階에서 우주가 엄청난 속도로 팽창을 지속하기 위해서는 M1 그래프의 상승 곡선이 말해

주는 바와 같이 막강한 능력이 있어야 함을 말해 준다.  우주 탄생 초기에 한때 있었던 대폭발력으로서는 이러한

소요를 감당할 수 없고 맞지 않게 된다. 

 

우주 팽창은 바로 지금 여기 이 자리 이 瞬間에 宇宙空間에 充滿한 빛의 强度에 의해서 決定지어지게 된다.

 

우주의 팽창가속력이 떨어질 때에는 空間 수축이 발생되고  이는 성간 밀도의 增加로 이어지게 된다.

성간 밀도의 증가는 發熱로 이어지게 되며 빛 발생이 많아지게 되어 다시 空間 팽창을 자극하게 된다.

 

팽창가속력이 커진 상황에서는 반대로 空間 팽창으로 星間 密度가 멀어지게 되고 이는 빛의 減少 原因이

되어 우주는 다시 수축단계로 복귀하게 된다. 이와 같이 宇宙는 巨大한 動的인 팽창 수축의 均衡 속에

존재한다.

 

宇宙의 動的인 팽창 수축, 卽 宇宙 呼吸의 均衡이란 빛- 우주팽창력-만유인력 間에 均衡으로서 우주는 이와

같은 均衡點을 스스로 찾아가는 有機體的인 存在임을 보게 된다. 따라서 우주 팽창은 얼마간 지속될 일시적인

현상이 아니라 우주가 존재하는 한 영원히 지속될 현상이며 同時에 우주팽창은 宇宙 全切의 存在를 可能케 하

는 存在의 한 양식(pattern)임도 알 게 된다. 다시 말해서 우주팽창이 없다면 우주 자체도 존재치 않게 된다. 

 

우주팽창력과 만유인력이 宇宙 全切을 지탱해주는 對稱力으로서 서로가 相反되는 대칭 법칙이란 것은 단순히

상상의 결과가 아니라 해당 물리 그래프가 이와 같은 것을 말해주기 때문이다.

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위 그래프에서 M1 과  M2 는 각각 '전능법칙'과 팽창법칙' 으로서 먼저 '전능(M1)' 이란 '팽창(M2)'이  이루어

지기 위해서 요구되는 전반적인 능력을 말하는 反面에 '팽창(M2)' 이란 이 '전능(M1)'에 의해서 이루어지는

팽창의 정도를 도표로 나타내고 있다. 여기서 G 란 지금까지 막연히 만유인력 상수로만 알려지고 있으나 실은

우주팽창과 연관해서 위와 같이 變化될 수 있는 우주 물리법칙의 하나인 것이다.

 

그런데 이 우주가 거의 일정한 팽창속도에서 均衡을 유지하고 있기 때문에 地球上에서 G 는 상수(Constant)

로 관측되고 있을 뿐이다.  이제 G의 정체란 '질량확산 가속도 법칙'으로서 일정 질량(m2)이 확대되는 공간속

으로 확산되는 상황에 대한 物理的 定義이다.

 

그래프에서 G 선상에 일점이란 그 점에 해당된 '질량확산 가속도'의 크기를 가리키지만 同時에 확대공간의

크기도 함께 가리키고 있다는데에 유념해야 한다.   여기서 m2 란 宇宙의 全切 質量을 대변한다. 도표에서

보는 바와 같이 '팽창법칙(M2)'과 '질량확산 가속도법칙(G)'은 물리법칙상에 대칭을 이룸으로서 명실공히

우주는 팽창력과 만유인력간에 均衡과 調和로 존재하고 있음을 공식은 확인시켜 준다.

 

 

오래 전부터 천체를 관찰해온 학자들은 외부 은하계의 光度와 發光週期가 銀河界의 크기와 廻轉週期에

연관되고 있다는 것을 알게 되었다. 光度가 높은 外部 銀河界 일수록 그 發光週期와 廻轉週期는 늦은 反面

에 銀河界의 규모는 크다는 것이다. 외부 은하계는 각각이 일종의 독립관성계로서 그 均衡은 회전속도에

의해서 결정된다.

 

廻轉速度가 떨어지면 引力에 의해서 구성 천체들이 은하계의 中心部로 모이게 되고 中心部에서 密度가 增加

하면 爆發을 이르키게 되며 이렇게 증가된 빛은 회전속도를 높이면서 은하계의 크기를 확장시키게 된다. 이와

같이 개별 천체와 은하계는 회전운동이라는 같은 원리에 의해서 주기적으로 강도가 조절되는 가운데 빛을 발산

함으로서 우주팽창에 기여하게 된다.

 

그리고 다시 각 은하계는 은하계간의 引力關係에 依해 銀河團을 이루고 더 나아가 銀河集團을 이루게 되며

서로가 서로의 주변을 長久한 期間에 걸쳐 돌아가는 廻轉運動의 形態로 獨立 慣性界를 형성하게 된다. 우리

가 속한 銀河界만 하더라도 直經이 대략 10萬 光年으로서 1千億個 이상의 천체로 구성되고 있는데 太陽界를

包含해서 그 中心이 한번 廻轉하는데는 약 2億年이 걸릴 것으로 추산되고 있다.

 

이렇게 본다면 우주공간에서 만유인력으로부터 진정으로 自由한 直線 等速度 運動體는 없으며 어떤 천체도

특정 은하계의 引力에 소속되어 타원형의 궤도를 도는 廻轉運動만이 宇宙의 運動 本質임을 말 해주게 된다.

 

우리가 사는 우주는 정태적인 배열의 우주가 아니라 加速度的으로 급 팽창하는 우주라면 이러한 중에 살아

가고 있는 人類로서는 혼란스럽고 위태로울 수 있는 우주를 떠 올리기 쉬울 것이다. 

 

그러나 커다란 풍선 안이 오히려 바람도 없고 잠잠 하듯이 팽창하는 우주 이지만 모든 天體들은 마치 靜態的

인 配列처럼 存在하게 된다.  實로 奇妙하게도 外部 銀河界들에 대한 다음의 두 相反되는 現象은 모두가 眞實

로 받아들여 진다. 

 

첫 째 모든 별(外部 銀河界)들은 엄청난 速度로 팽창하는 상태 중에 있다. 

 

둘째  그럼에도 불구하고 모든 별(外部 銀河界)들은 靜態的인 配列로서 恒常 제 자리에 머믈러 있다. 

 

이 相反되는 두 現象을 우리는 어떻게 眞實된 한가지 事實로 받아들일 수 있을 것인가?

그것은  모든 천체들은 急加速度로 팽창의 상태를 유지하고 있기 때문에 現在의 자기 자리를 지킬 수 있게

된다는 것이다.  無限大의 速度는 無限大의 停止 상태와 같다. 전반적인 우주 팽창이 均衡을 이룬 상태에서

분명히 천체들은 엄청난 속도로 밖으로 향하고 있지만 그렇게 하고 있을 때에야 비로서 우주 전반적으로는

팽창의 상태를 유지하는 한편 개별 천체(은하계)들은 현재의 위치를 지킬 수 있게 된다. 

 

이는 마치 서로 밀고 있는 상황에서 두 힘이 均衡을 이루게되면 內面的으로는 상당한 힘을 양편에로부터

받으면서도 外形的으로는 조용하게 한 자리에 머믈러 있는 것과 같은 이치라 할 것이다.

 

이와 같은 것은 비단 팽창하는 우주 뿐만 아니라 均衡을 이룬 팽창 상태에서의 일반적인 내부 모습이 될

것이다.  만약에 均衡이 깨진다면 억제되고 있던 힘은 엄청난 가속도로 밀어내게 될 것이다.  우주는 분명

팽창하고 있지만 우리는 恒常 그 자리에 있는 별자리를 확인할 수 있는 神秘한 宇宙 속에 살아가고 있다.

 

宇宙의 규모는 太陽 같은 거대 천체 2千億個로 이루어진 銀河界가 다시 1兆個 散在해 있는 것으로 산출한

바 있다. 그러나 우주에 대한 진정한 이해란 눈에 들어나는 천체들의 外形 못지 않게 눈에 띄지 않는 '空間'

의 本質에 대한 知識이 必須的이다.

 

虛空으로만 認識되어온 宇宙空間이란 모든 대소 質點들 간에 지극히 微細한 '참실'로 빈틈없이 連結되고

엮여진 새로운 存在의 한 양식으로서 '참실'의 단위길이(1미터당) 질량은  m=0.737 263 735 1 * 10^ -50 kg

임도 산출 하였다. 

 

만약 지구부피에 해당하는 우주 공간의 質量은 얼마나 될까를 산출해 본다면  m=8.008*10^-30 kg 으로서

이는 겨우 電子 10개의 質量에 해당하는 아주 미미한 量일 뿐이다. 그렇더라도 이것은 아주 중요한 의미를

지닌다. 왜냐하면 이로써 宇宙空間은 더 이상 '虛空'이 아니라 이만한 質量을 갖는 '質量空間'이기 때문이다. 

 

張力的인 性格의 '참실' 은 질점의 질량에 비례해서 분포되기 때문에 '참실 밀도' 는 그 질점(천체)의 重力의

크기를 말하게 된다.  이제 장력적인 성격의 '참실'이 흔들림 없이 조용한 상태에서는 질점간에 引力으로 作用

하게 되지만 '참실'의 흔들림 現象이 곧 빛으로서 빛은 그 自體가 眞正한 '波動하는 에너지' 임도 밝혔다. 

 

引力은 잡아당기는 힘으로 작용하지만 빛은 이와는 反對로 질점(천체)간에 밀어내는 斥力으로 작용하기

때문에 모든 天體(質點)들은 引力과 빛의 斥力 間의 均衡에서 일정 궤도를 旋廻 할 수 있게 된다. 

 

宇宙 空間에 充滿한 빛은 대소의 모든 천체들로부터 이 瞬間에도 發生되고 있으며 發生된 모든 빛은 窮極的

으로는 우주팽창에 기여하게 된다. 태양과 같이 큰 천체는 큰 내부 압력에 의해 용암이 외부로 분출한 경우

이지만 地球核의 鎔巖도 같은 원리에 의해서 만들어진 것이지만 태양과 같이 크지 않기 때문에 용암이 외부

로 분출되지 못하고 지각 아래에 유폐되어 있는 차이가 있을 뿐이다.

 

이렇게 본다면 일정 크기 이상의 모든 천체들은 어떤 형태로든 빛과 熱(波長이 길어진 빛)을 宇宙空間에 放出

함으로서 우주팽창에 기여하게 된다. 宇宙 全切에 걸쳐 고르게 觀測되고 있는 絶對溫度 2.9도 K 에 해당하는

宇宙背景輻射光의 役割은 지금껏 베일에 가려져 있다. 그러나 이는 우주의 體溫으로서 이 보다 높을 때는 우주

팽창이 그리고 낮을 때는 우주 수축이 이루어져 전반적으로는 안온한 우주의 均衡을 이루게 하는 우주 체온으

로서의 역할로 사료된다.

 

우주의 큰 얼개를 찾는 일은 결코 쉬운일이 아니다. 이 宇宙가 智慧의 創造物이라 한다면 우주에 관한 바른

얼개는 과거로부터 장구한 미래에 이르기까지 그리고 눈 앞에 현상으로부터 지극히 먼곳의 현상에 이르기

까지 일관된 합리로 설명되어 질 수 있어야 할 것이다.  이러한 면에서 우주 얼개에 관한 바른 이해는 모든

과학의 근본 지식으로서 우주에서 발생되는 다양하지만 보다 작은 현상들에 대해 합리적이고 연관성을 갖고

이해하도록 큰 틀을 마련해 주게 될 것이다. 

 

우주( Cosmos) !  이 말 속에는 이미 조화(Harmony). 질서(Order). 균형(Equilibrium). 대칭(Symmetry).

통합(Integration) 그리고 더 나아가 생명(Life)과  영원(Eternity) . 신비(Mystery) 라는 인생의 고귀한 의미

들마저 이미 함축하고 있다.  우주는 가장 큰 現象이며 同時에 가장 미세한 의미로 존재한다. 모두가 더불어

존재하게 되는 關係속의 존재인 것이다. 

                            

-숨쉬는 우주의 발견-