기본 콘텐츠로 건너뛰기

블랙홀과 홀로그램 다중우주론

가끔씩 우리들은 '나'의 정체성에 대해 묻곤 한다. '나'라는 것은 그저 분자들 끼리의 결합일 뿐인데 어떻게 정체성을 가질까? 혹시 우리 인류는 인류 위의 전지전능한 무언가가 만든 프로그램 속에서 돌아다니는 전기적인 신호이지 않을까?

 이번에 소개할 우주론이 바로 이 물음에 대한 답을 어느정도 제시해 줄 수 있는 이론이야. 바로 홀로그램우주론이지. 사실 위의 질문은 수천년 전, 유명한 철학자 플라톤에서 부터 시작하는데, 그는 우리가 지각하는 것이 실체의 극히 일부이며, 진짜 실체는 우리가 인지할 수 있는 한계를 넘어선 곳에 훨씬 다양한 형태로 존재한다고 결론을 내렸다.



 실제로 우리 눈에 보이는 것은 실체가 3차원 공간에 투영된 영상일지도 모른다. 영화에 나오는 홀로그램처럼 2차원에 놓인 정보가 3차원에 투영되어 입체적으로 보이는것처럼 말이다. 사실 홀로그램 우주론은 단순히 상상만으로 탄생한 개념이 아니다. 그 생각의 출발점은 홀로그램과는 전혀 상관없을 것처럼 보이는 천체에서부터 시작한다. 아인슈타인의 일반상대성이론이 발표된 당시, 그 이론을 이해한 사람은 손에 꼽을정도로 적었다. 그중 한명이 바로 칼 슈바르츠실트라는 과학자였다.


 칼 슈바르츠실트

 그는 일반상대성이론이 발표된 후 몇 개월도 안돼서 그 이론을 꿰찼고, 아인슈타인조차도 근사적으로밖에 구할 수 없었던 아인슈타인 방정식의 해를 최초로 구하는 데 성공한다. 이 해를 슈바르츠실트 해라고 부른다. 슈바르츠실트의 해를 간단히 설명하자면, 우리가 익히 들었을 법한 우주의 시공간에 관한 내용인데, 우주공간에 질량을 지닌 물체를 가져다 놓으면, 그 물체는 그 물체 주변의 공간을 왜곡시킨다.


 헌데 슈바르츠실트 해는 이런 기본적인 시공간의 성질 외에도, 특이한 성질이 하나 더 있었는데, 만약 이 천체의 질량이 아주 작은 영역에 밀집되어있다면 그곳에 구멍이 형성된다는 점이다.


 따라서 주변 공간이 극단적으로 휘게 된다. 무엇이건 그 근처에 접근하면 가차없이 빨려들어가는 셈이다. 심지어는 빛 조차도 어느 한계점을 넘어가게 되면 빠져나올 수가 없게 된다. 천체를 본다는 것은 그 천체가 자체적으로 빛을 뿜거나(항성) 아니면 다른 천체에서 날아온 빛을 반사하여(행성) 우리 망원경에 들어온 것을 보는것인데 이것은 주변의 빛도 빨아들이고, 자체적으로 빛을 뿜어도 나갈 수가 없어서 이론적으로 완전히 '검은' 상태가 된다. 이를 당시 천문학자들은 어두운 별(dark star)이라 불렀다. 수십년이 지난 후 이 어두운 별은 '블랙홀'이라는 새로운 이름을 갖게 되었다.


 당시 천문학자들은 이러한 천체는 수학속에서나 존재하는 가상의 천체라고 생각하여 멸시했으나, 얼마 지나지 않아 블랙홀이 존재한다는 증거가 우주공간 전역에서 발견되기 시작했고, 현재는 이 블랙홀의 존재를 완전히 받아들이고 있다. 바로 이 블랙홀에서 홀로그램 다중우주라는 개념이 탄생하게 된다. 블랙홀과 홀로그램? 겉으로 보기엔 전혀 연관성이 없는 것 같지만 지금부터 알아보도록 하자! 그전에 알아야 할 두 가지 개념이 있는데, 바로 '정보' 와 '엔트로피'다.



 정보는 여러분이 생각하는 그 정보가 맞다. 물리학자들이 정의하는 '정보'란 어떠한 사물이 그러한 특징을 가지도록 하는 근본적인 무언가 라고 할 수 있는데, 거기에는 기본적인 위치, 속도부터 시작해서 그 사물을 이루는 기본 입자의 스핀, 질량, 전하 등 이루말할 수 없을 정도로 많다. 즉 어떠한 물체가 물체로 인식되게 하는 특징이라고 볼 수 있다.

우리가 사과를 떠올리면 그 사과가 어떻게 생겼는지, 맛은 어떤지, 색은 어떤지 등등 이러한 정보를 종합하여 머릿속에 사과라는 물체를 떠올리는거와 마찬가지다. 그렇다면 이 정보를 가늠하는 방법은 무엇이 있을까? 수년동안 과학자들은 이 문제에 대해 생각하다가 만족할 만한 결론에 도달한다. 바로 이 정보에 대해 예 또는 아니오로 대답할 수 있는 서로다른 질문의 수를 헤아리는 것이다.

가령 앞면 뒷면이 그려져 있는 동전을 던진다고 생각해보자. 첫 번째 던진 동전은 앞면인가?라는 질문을 우리는 떠올릴 수 있다. 만약 앞면이면 예 이고 뒷면이면 아니오 이다. 마찬가지로 우리는 이 동전을 반복해서 던짐으로써 정보를 늘려나갈 수 있는데, 위의 질문처럼 두번째, 세번째... 동전은 앞면인가? 라고 물으면 된다.


 이처럼 하나의 질문에 예 또는 아니오로 답하는데 필요한 정보를 1bit(비트)라고 표현한다. 1비트는 이진수로 표현되며, 0 또는 1의 값을 가진다. 쉽게말해 그 질문이 예라면 1, 아니오면 0이다. 그다음은 엔트로피인데, 이과출신 게이들은 알겠지만 엔트로피를 직역하게 되면 '무질서도'다. 즉 무질서함의 '정도'라는 뜻으로 질서정연한 상태는 엔트로피가 낮다고 표현하고 어질러진 상태는 엔트로피가 높다고 표현하지. 오랜만에 책상정리를 하고 방 청소를 하여 주변이 정돈되면 그 방의 엔트로피는 낮다고 볼 수 있어. 하지만 얼마 지나지 않아 다시 방 상태가 어질러지면 그 방의 엔트로피는 높다고 볼 수 있지.

 
 왼쪽의 엔트로피가 오른쪽보다 높다. 좀 더 과학적인 예를 들어보면, 순수한 물에 잉크를 타는것으로 설명할 수 있다. 순수한 물에 잉크 한 방울을 떨어뜨리면 처음 몇 초간은 그 방울덩어리의 모양이 거의 유지가 된다. 하지만 곧이어 그 방울이 퍼지면서 전체적인 물의 색도 변하는 것을 볼 수 있는데, 잉크를 떨어뜨린 직후는 무질서도가 낮아 엔트로피가 낮은 상태이며, 잉크를 떨어뜨린 후 수 분이 지나면 무질서도가 높아 엔트로피가 높은 상태다.

 
 우리가 방 안을 정리하게 되면 높아진 엔트로피가 다시 낮아지는데, 자연상태의 엔트로피는 항상 증가하는 쪽으로 진행된다.

위에서 제시한 예를 이용하면 물 속에 고루 퍼진 잉크분자들이 어느순간 한 곳에 모여 다시 한 덩어리로 모일 가능성은 매우매우매우매우매우매우 희박하다. 왜 자연은 무질서도가 높아지는 방향으로만 진행할까?

그것은 바로 무질서해질 수 있는(골고루 퍼질 수 있는) 방법의 수가 엄청나게 많기 때문이다. 이렇게 자연에서의 엔트로피는 항상 증가하는 것을 두고 우리는 열역학 제 2법칙이라고 부른다. 또한, 엔트로피는 온도와도 연관성이 있다. 쉽게 생각하면 온도가 높아질수록 에너지가 높아지기 때문에 물질이 더욱 쉽게 퍼진다. 한여름 좁은 교실에 사람을 빼곡히 채운다면 그사람들은 겨울보다 훨씬 더 불쾌감을 느끼고 그 교실을 탈출하려고 생각하겠지? 따라서 온도가 있다면 그 대상은 엔트로피를 갖게 된다. 자 이 기본개념을 들고 본격적으로 파헤쳐보자.

 
 블랙홀의 특징 중 하나는 모든 물질을 '가리지 않고' 빨아들인다는 점이다. 가령 어지럽혀진 방을 통째로 블랙홀에 던져버리면 어떻게 될까? 그 방의 엔트로피는 상당히 높은 상태이지만 블랙홀에 빨려들어가게 되면 아무것도 빠져나올 수 없기 때문에 엔트로피가 낮아지는 것 같다. 어지럽혀진 방이 블랙홀의 어마무시한 중력에 의해 순식간에 무한히 작은 크기로 압축이 되는 것이다. 이러한 상태에서는 무질서도를 쉽사리 정의내릴 수 없다. 그러나 '베켄슈타인'이라는 과학자는 그 어떤것도 열역학 2법칙을 위배할 수는 없다며 엔트로피는 사라질 수 없다고 주장한다. 즉 블랙홀도 엔트로피를 가진 천체일 거라는 주장이다.

하지만 이는 곧 치명적인 반론에 부딪힌다. 위에서 설명한 엔트로피 개념을 다시 떠올리면, 어떤 대상이 엔트로피를 갖게 되면 반드시 온도를 가지게 되는데, 온도가 0K(-273도)가 아닌 모든 물체는 복사(일종의 빛이라고 보면 돼)를 방출하기 때문에 뭐든지 빨아들이는 블랙홀의 특징과 정면으로 대면하게 되는 것이다. 그렇기 때문에 당시 대부분의 학자들은 블랙홀이 온도는 0K이며 엔트로피도 없으며 주변의 엔트로피를 빨아들여 없애는 존재라고 생각했다. 1971년, 그러한 과학자들의 믿음이 깨지는 사건이 발생하는데 스티븐 호킹이 그 선두에 서있었다.



 호킹은 블랙홀의 사건지평선(event horizon) 근처 시공간에서 무작위로 생성됐다가 바로 사라지는 '양자 쌍'에 주목한다. 쉽게말해 아무것도 없는 텅 빈 시공간을 양자역학적으로 보게 되면 극도로 혼란스러워서, 어떤 부분은 순간적으로 에너지가 무한정 치솟는 경우가 있는데, 그때 에너지는 순간적으로 질량으로 변환되어 전자와 양전자 같은 반입자 쌍을 만들어낸다.

이들은 생기자마자 바로 서로 충돌하여 사라진다. 이 속도가 어마무시하게 빨라서 거시적인 스케일로 봤을 때에는 아무것도 없이 평온한 상태인 것처럼 보이는데, 아무튼 스티븐호킹은 이러한 '양자 쌍생성'의 원리를 블랙홀의 사건지평선 근처에 적용시켜 블랙홀도 전자기파를 내뿜는다고 결론내렸다.

즉 블랙홀이 완전히 검지 않다는 뜻이다. 이 전자기파를 호킹복사라고 하는데, 이 호킹복사로 그는 세계적인 천문학자로 발돋움하게 된다. 이 호킹복사는 사건의 지평선 부근에서 발생되기 때문에 블랙홀의 어마무시한 중력을 이겨내어 간신히 탈출한 빛이라고 볼 수 있다.

 때문에 에너지가 매우 낮은데, 이 복사의 온도를 측정해보면 평범한 블랙홀은 10^(-6)K정도다. 우주의 평균온도가 약 2.7K정도인데 비하면 엄청나게 낮은 온도. 절대영도보다 불과 0.000001도밖에 높지 않다.

블랙홀이 온도를 갖고 있다는 것은 바로 블랙홀이 엔트로피를 갖고 있다는 것과 직결된다. 비로소 후대에 이르러 베켄슈타인의 주장이 옳다는 것이 수학적으로 증명된 셈이다. 그런데 여기엔 더 신기한 점이 있었다.

호킹은 열역학법칙을 이용하여 블랙홀의 엔트로피를 계산했는데, 그 값이 블랙홀의 표면적에 비례하는 것으로 판명된거다. 바로 이 점이 홀로그램우주론의 출발점이다 (정확히 말하면 사건지평선의 표면적).   

자 다시 엔트로피의 개념을 정리할 때가 됐다. 일반적인 엔트로피는 위에서 말한것과 같이 무질서도나 계의 거시적 특징(겉으로 보이는 모양새 등) 을 바꾸지 않으면서 미시적 구성요소를 재배열 할 수 있는 모든 경우의 수로 표현되는데, 정보의 개념이 들어간 엔트로피는 약간 달라진다.


 아까 위에서 정보를 설명할 때 예를 들었던 동전들을 다시 생각해보자. 만약 동전이 1천개가 놓여있다고 하면, 개개의 동전이 취할 수 있는 경우는 앞면, 뒷면의 두 가지가 나오는데, 1천개가 있기 때문에 우리는 2^1000이 이 주어진 계의 엔트로피라고 생각할 수 있다.

 그렇지만 이 값은 동전이 1천개밖에 없지만 너무 크다. 만약 우리 주변에 널려있는 수 조개 분자들의 엔트로피를 계산하려면? 생각만해도 토가 쏠리는 작업이다. 하지만 우리는 로그라는 수학적 방법이 있기 때문에 불편함이 상당히 줄어들게 된다.

원래의 값에 로그를 취해도 엔트로피의 원래 정의를 상실하진 않는다. 즉 1천개가 놓여있는 동전의 앞뒷면 분포상황을 보려면(엔트로피) 어떻게 해야할까? 쉽게 그냥 앞, 뒤, 뒤, 앞, 앞, ..... 이렇게 1천개의 상태를 죽 늘어놓고 각각을 조금씩 변형시키면 된다. 그렇게 해도 원래 엔트로피가 전하고자 하는 바는 분명히 전달하고 있다.

즉 이러한 점이 정보와 상응하게 되는데, 정보의 개념으로 따지게 된다면 우리는 서로다른 질문의 가짓수를 생각하는거기 때문에 2^1000이 아닌 역시 1천이라고 볼 수 있는것이다. 가령 첫 번째 동전은 앞면인가? 두 번째 동전은 앞면인가? ..... 쭉 이렇게 나가는것이다. 즉 우리는 엔트로피를 이러한 미시적 상태를 유일하게 결정할 수 있는 예 아니오 질문의 최소 개수라고 할 수 있다.


호킹은 블랙홀의 사건지평선을 위와같이 격자사각형으로 나누었다. 

 다시 주제로 돌아와서 얘기를 전개해나가보면, 호킹은 앞서 말했다시피 블랙홀의 엔트로피와 표면적이 서로 비례관계에 있다고 결론지었는데, 이를 토대로 그는 블랙홀의 사건지평선을 한 변의 길이가 플랑크 길이(10^(-33)cm)인 사각형으로 나눈 후, 블랙홀의 엔트로피가 이 사건지평선을 덮는 데 필요한 사각형의 수와 같다는 것을 밝혀냈다.

즉 개개의 사각형은 1비트에 해당하는 정보를 담고있으며 이는 블랙홀의 미시구조에 관련된 하나의 예 아니오 질문에 대한 답이지. 하지만 그 정보는 무엇인지 호킹 조차도 알 길이 없었다. 블랙홀의 어떤 부분을 설명하는 정보인지도 몰랐다. 그런데 이 정보가 왜 하필 블랙홀의 몸체가 아닌 사건지평선의 표면에 저장되는것일까?



우주인이 사건지평선에서 멈춘 후 점점 붉게 변하다가 이내 자취를 감추고 만다. 

 이는 사건지평선의 특징을 생각하면 쉽게 알아낼 수 있는데, 일반적으로 사건지평선에서 시간이 완전히 멈춘다. 그래서 우주인이 블랙홀로 떨어져도 본인 자체는 사건지평선을 넘어서 블랙홀의 중심으로 무한히 떨어지겠지만 (그전에 산산히 분해되서 죽음) 지구에서 우주인을 바라본다면 사건지평선으로 다가갈수록 천천히 움직이다가 사건지평선에 이르면 거기서 우주인의 모습이 멈춰버리고 만다. 즉 관찰자의 입장에서 볼 때 이 우주인의 모습은 정보이며, 사건지평선에서 뚝 끊기기 때문에 우리가 볼 때 블랙홀의 정보가 사건지평선 표면에 저장된다고 볼 수 있다. 그런데 위에서 언급했던 블랙홀의 표면적과 엔트로피의 관계를 생각해보면 더욱 놀라운 점을 발견할 수 있다.

 
 호킹은 블랙홀의 사건지평선 표면적과 엔트로피는 서로 비례관계에 있다고 했는데, 이는 어떠한 구가 있다고 했을 때 구의 표면적에 정보를 꽉꽉 들어채우면 언젠간 포화 상태에 이르게 되는데, 이 한계를 넘어가게 되면 블랙홀이 되고, 여기서 추가정인 정보(외부물질)가 유입이 된다면 이 구의 표면적이 늘어난다고 생각할 수 있다.

이렇게 생각을 해도 아무런 하자가 없다. 이 말은 우리가 어떤 특정 영역에 한계치 이상의 정보를 집어넣으면 그 영역은 블랙홀이 된다는 것인데, 이는 우리 주변의 물질을 바탕으로 생각해도 전혀 문제되지 않는다. 어떠한 영역의 표면에 저장될 수 있는 정보의 양은 가히 상상을 초월할 정도로 엄청나게 크기 때문에 우리가 일반적으로 정보를 집어넣는다고 해서 그 영역이 꽉 들어차진 않기 때문이다.

가령 반지름 50cm짜리 구의 표면을 생각해보면, 이 구의 표면에 들어찰 수 있는 정보의 양은 10^57테라바이트 정도거든. 지구상의 모든 정보를 집어넣는다고 해도 다 차진 않는다. 학자들은 이 생각을 기본 바탕으로 하여 일반화를 시켰는데, 


 주어진 영역 안에서 물리적 현상을 기술하기 위해 필요한 정보는 그 영역의 경계면에 완전히 저장될 수 있기 때문에 이러한 과정들이 실제로 경계면에서 일어난다고 해도 아무런 문제가 없다고 말이다. 바로 우리에게 친숙한 3차원 실체는 멀리 떨어진 2차원 표면(관측가능한 우주라고 치면 그 경계면에 있는 표면)에서 진행되고 있는 물리적 과정이 3차원 공간에 투영된 결과일 수도 있다는 것이다.

 이들의 주장은 마치 줄에 매달린 인형처럼 나의 모든것이 눈에도 보이지 않는 어떠한 줄로 인해 행동하는 것이며, 그 줄은 멀리 있는 어떤 표면까지 이어져있고 진짜 물리적 과정이 그곳에서 일어난다는 것이다. 그렇다면 이곳에 있는 우리와 멀리 떨어진 표면에 있는 또하나의 실체는 다중우주를 형성하고 있는 셈이다. 바로 이를 홀로그램 다중우주라고 부른다.


 마치 2차원 표면에 존재하는 진정한 정보들이 그 안쪽의 3차원 공간에 투영되어있는것 처럼 말이다.

댓글

이 블로그의 인기 게시물

2만년 전 초고대문명 '에덴동산', 안데스 고원에 있었다

◆ 문명의 미스터리를 합리적으로 설명할 수는 없는가?
현대 과학기술로도 어려운 고도의 석재 가공술로 다듬어진 티와나쿠의 푸마푼쿠 유적, 남태평양의 절해고도 이스터섬에 1만 년 전 세워진 현무암 모아이 석상, 조선 초 <혼일강리역대국도지도混一疆理歷代國都之圖>에 그려진 1만 년 전 아프리카의 초거대 호수. 모두 상식적으로는 이해하기 어려운 불가사의다. 이런 미스터리들은 흔히 외계인 개입설이나 근거가 부족한 추측들로 모호하게 얼버무려지곤 한다.

인류 문명의 미스터리를 합리적으로 설명할 수는 없을까? 《아담의 문명을 찾아서》의 저자 맹성렬 교수는 전기전자공학을 전공했으며 2006년 세종대왕 특허기술상까지 수상한 중견 과학자다. 20년 전 이집트를 방문한 저자는 카이로박물관에서 단단한 돌을 정교하게 다듬고 속을 깎아내 만든 돌항아리를 보고 ‘기원전 3000년경에 경도가 높은 편암, 섬록암 같은 암석을 어떻게 이렇게 균일한 두께로 파낼 수 있었을까’ 하는 의문에 사로잡혔다.

이후 이러한 미스터리를 풀기 위해 신화학, 언어학, 고고학, 기후학, 지질학, 유전학 지식들을 섭렵하면서 4대 문명 이전 고대 고도문명의 실체를 쫓기 시작했다. 이미 20년 전 영국 논픽션 작가 그레이엄 핸콕Graham Hancock은 고대 유적들과 신화들을 바탕으로 초고대문명의 실체를 추적하는 내용의 세계적인 베스트셀러 《신의 지문Fingerprints Of the Gods》을 발표한 바 있다.

저자는 이 책의 내용이 너무 추상적이며 학술적인 기반이 약하다고 판단하여 좀 더 확실한 근거들을 제시한다. 그리고 결론 부분에서 차별화를 시도한다. 핸콕은 오래 전에 존재했던 초고대문명이 남극 대륙의 얼음 밑으로 묻혀버렸다고 결론지었는데, 이 결론에 의구심이 든 저자는 직접 초고대문명의 성도聖都이자 신들의 아지트인 에덴을 추적했고 20년 동안의 노력의 결과로 이 책이 탄생했다.



◆ 4대 고대문명들의 모체문명을 찾아서

저자가 초고대문명에 대한 관심을 갖게 된 것은 고대 이집트문명과…

고대의 석재 가공기술의 미스터리

오늘날 현대문명에서 석재가공에 사용되는 도구인 드릴, 절단기, 연마기, 레이저 등과 비교해도 절대 뒤지지 않는 오히려 뛰어넘는 놀라운 가공기술을 보여주는 고대의 석재가공술을 알아보자.
특히 대부분 모스 경도가 7이상인 현무암, 화강암, 규암 등 단단한 재질의 돌이 주종을 이루는 고대 석재 유물들은 오늘날의 기술로도 구현할 수 있을지는 상당히 의문이다.
1) 피라미드 상층부

기원전 1900년 이집트 아메넴헤트 2세 때 만들어진 것으로 추정되는 피라미드의 상층부는 현대의 유명 호텔 로비 바닥과 차이가 안날 정도로 매끈한 표면처리와 정교하게 다듬어진 모서리가 매우 인상깊다. 현재 이집트박물관에 소장되어 있다.
2) 화강암 석관



피라미드 내부에서 발견된 석관들인데(미라가 발견되지 않은 것들도 많음) 재질은 위 피라미드 상층부의 재질과 동일하다. 이것도 겉 표면의 마감도나 모서리 등이 매우 정교하게 가공 되었는데 내벽은 모두 정확한 직각을 이룬다.
3) 타공 기술

이집트나 잉카 유적지에서 자주 발견되는게 석재에 뚫은 구멍이다. 이 돌들은 꽤나 단단한 재질이기에 원시도구로는 이런 형태의 타공이 불가능에 가까운 것으로 알려져있다. 더군다나 타공 된 구멍들은 완전한 원에 가깝고 모서리나 내면의 직각이나 정사각, 원은 인간이 구현할 수 있는 완벽에 가까워 측량해보면 공차율이 1/10,000인치인 유물들이 많다. 
그런데 구멍을 자세히 보면 흥미로운 것이 보이는데 구멍의 내벽에 오늘날 드릴 가공작업에서 발견되는 나선형 그루브가 존재한다. 보통 드릴을 이용해서 구멍을 뚫을 때 중심부의 심이 생성되는데 이걸 드릴코어 (Drill Core)라 하고 드릴코어의 외벽과 구멍의 내벽에 드릴날이 회전하며 생기는 흔적인 나선형의 그루브가 있는데 이 유물의 구멍들을 보면 나선형 그루브가 발견된다. 

더 놀라운 것은 비단 원 형태의 구멍만 있는 것이 아니라 이런 다각형 구조의 구멍도 발견되고 있다. 마찬가지로 내벽 모두 그루브의 흔적이 있다.



4) 드릴코어


타공 시 드릴을 사용했다 것의 증거가 될 …

화성은 왜 사막행성이 되었을까?

태양계는 정말 특이하다. 평범한 것 같지만 사실은 우리은하에서 상위10퍼센트에 해당하는 질량을 가진  태양부터 마치 약속이나 한 것처럼 소행성대를 기준으로 안쪽에는 암석행성, 바깥쪽에는 가스행성이 4개씩 존재하는가 하면 대부분의 행성이 태양의 적도면을 따라 공전하는 등, 태양계는 우연치고는 너무 정교하고 아름다운 형태를 가지고 있다.



 또한 태양계에는 소위 골디락스존이라 불리우는 영역의 가운데에 위치하여 생명이 번성하는 지구가 있는 반면 골디락스존의 양 가장자리에 위치한 금성과 화성은 생명이 살 수 없는 극단적인 환경을 지니고 있다. 1편에서 우리는 오늘날 금성이 왜 불지옥행성이 되었는지 살펴보았다. 가장 큰 요인은 태양과 가깝기 때문이었고, 여기에 화룡점정으로 '온실효과 폭주'가 발생하여 금성을 수성보다도 더 뜨겁게 만든 것이다. 그렇다면 화성은? 화성에선 어떤 일이 벌어졌길래 오늘날과 같은 차가운 사막행성이 되었을까?



 화성은 금성과 더불어 20세기 천문학자들을 매료시킨 행성 중 하나이다. 금성이 겉으로 보이는 아름다움을 선사하였다면, 화성은 지구와 닮은 점을 발견할 수 있었다는 점에서 그들을 흥분시켰을 것이다.



 화성의 극관 극지방에 존재하는 얼음덩어리인(대부분이 드라이아이스지만) 극관, 군데군데 피어오르는 구름, 기울어진 자전축으로 인해 확인할 수 있는 4계절의 징후 등등.. 푸르른 초목을 확인할 수 없다는 점을 빼면 지구와 쏙 빼닮은 행성이다.


 망원경으로 관측된 화성의 구름 
 일부 천문학자들은 화성의 극관을 보고 여름에는 이들이 녹아 작지만 호수를 만들어 초목이 성장할 것이라고 상상하기도 하였다. 이러한 특징 때문에 화성은 20세기 공상과학소설에서 자주 등장하는 행성이 되었다. 화성 표면에 보이는 물줄기를 보고 지적생명체가 파놓은 운하라고 주장하는 공상소설도 있었으며, 21세기에 들어서는 화성에 존재하는 외계인이 지구를 침공하는 영화 등을 선보이기도 하였다. 이렇…

불로불사의 존재, 랍스터

생명체의 수명은 '텔로미어'가 결정한다. 텔로미어는 염색체 가닥의 양쪽 끝에 붙어 있는 꼬리로서 세포가 분열할 때마다 길이가 점점 짧아지고, 끝내 텔로미어가 다 짧아져 사라지면 생명체는 죽게된다.

 텔로미어와 관련해 가장 유명한 생명체는 '랍스터(바다가재)'이다. 랍스터는 '텔로미어'를 '복구'하는 능력을 가지고 있다. 바닷가재의 세포에 있는 '텔로머라아제'라는 효소가 '텔로미어'를 짧아지지 않게 만든다. 그래서 랍스터는 생물학적 영생을 갖고 있는 생명체이며 절대 '자연사'하지 않는다.

70년 된 랍스터
다시 말해 사고나, 다른 동물에게 잡혀 먹지 않는 이상 절대 죽지 않는다는 말이다. 또한 랍스터는 텔로머라아제가 항상 몸에 작용하고 있어 텔로미어가 파괴되는 일을 방지하므로 랍스터는 '노화'되지 않고 지속적으로 '성장'만을 평생에 걸쳐 반복하게 된다.

이쯤에서 드는 한가지 의문점이 있다. 왜 기네스북에 등재된 가장 오래 산 랍스터는 200살 밖에(?)되지 않는 것일까? 랍스터가 자연사하지 않는 생명체라면 그 이상의 세월을 산 랍스터도 발견되어야만 한다.

그 이유는 랍스터가 '자연사' 하진 않지만 '사고사'를 많이 당하기 때문이다. 랍스터는 먹이사슬에서 낮은 쪽에 위치하고 있어 다른 바다생물에게 많이 잡아 먹히는 생물이다. 

랍스터는 먹이사슬에서 낮은 쪽에 위치하고 있어 다른 바다생물에게 많이 잡아 먹히는 생물이기도 하지만 랍스터가 가장 많이 당하는 '사고사'의 원인은 '껍질'이다. '랍스터와 같은 갑각류 생물들은 껍질을 갈아입는 '탈피'를 한다.

갑각류 생물들은 탈피를 하면 껍질이 두껍고 단단해지며 커지는데 몸도 껍질에 맞게 함께 커지게 된다. 랍스터의 경우 이 같은 탈피의 과정을 거치면서 백 년정도를 살게 되면 껍질이 너무 두껍고 단단해져 자기 힘…

태양의 미스테리 1편

테양.아침이면 해가 뜨고 저녁에는 해가 지며 태양 때문에 계절의 변화가 생긴다.

또한 태양은 지구의 역사, 신화, 문명, 기술, 과학, 문학 등 인류사에 지대한 공헌을 해왔다. 말 그대로 생명의 창조자인 셈이다.

오늘은 이 태양의 온도에 대해 알아보자. 태양에서 가장 뜨거운 곳은 어디일까?

당연히 핵융합 반응이 일어나는 핵이다. 태양의 핵은 1천500만도 정도로 추정되고 있다. 높은 온도와 높은 압력 덕분에 태양의 핵 에서는 매 초마다 4백만 톤의 물질이 에너지로 바뀌는 핵융합 반응이 일어난다.

그런 다음 핵융합이 탄생한 태양 에너지는 여러 층을 통과해 바깥으로 나온다. 따라서 바깥으로 갈수록 온도는 떨어지는데, 태양의 표면온도는 고작 5천도 정도밖에 안 된다.


하지만 이게 다가 아니다. 평상시 눈에 보이는 둥글고 노란 태양이라면 여기가 태양의 끝이 맞다. 하지만 태양의 끝은 아직 끝나지 않았다.

우리가 흔히 생각하는 태양의 표면은 광구(photosphere)라고 한다. 그리고 광구 밖으로 태양의 대기라 할 수 있는 채층(chromosphere)과 코로나(corona)가 있다. 채층은 특별한 필터를 쓰거나 달이 태양을 완전히 가리는 개기일식이 일어날 때 보인다. 그리고 코로나는 개기일식일 때만 보인다. 
태양의 끝은 없는 셈이다.

지금까지 태양의 구조를 일일히 설명한 이유는 바로 코로나 때문이다. 왜 코로나가 관심을 끄는 것일까?

사실 코로나 때문에 태양의 경계는 어디까지이다, 라고 얘기하기가 어렵다. 코로나는 태양 표면인 광구로부터 1천300만 킬로미터 정도 퍼져 있다. 
하지만 태양 자기장의 영향으로 크기와 모양이 계속 변하여 어디까지가 코로나다 하고 말하기 어렵다. 
크게 확장할 때 코로나의 범위는 태양계의 바깥 부위인 천왕성까지 닿을 정도다. 코로나는 우리 눈에 보이는 태양보다 훨씬 먼 곳까지 영향을 미치는 셈이다.
하지만 코로나에 대한 최대 관심거리는 온도이다. 태양 표면은 고작 5천도 밖에 안 되는데, 코로나는 무려 2백만 도나 된다. 
전구처럼…

궤도 방정식

태양계를 보면 너무도 묘하다. 방정식에 의해 모든 행성의 태양과의 거리가 거리가 꼭 맞아 떨어진다거나, 프로그램된 것 마냥 궤적을 그리고 있다. 다음에서 잘 알려진 궤도 방정식을 살펴보자. 케플러 법칙 케플러는 스승인 브라헤가 평생 동안 관측한 자료를 분석하여 행성의 운동법칙을 발표했다. 제 1법칙 : 타원의 법칙(the law of ellipses)
"각 행성의 궤도는 태양을 한 초점으로 하는 타원이다." 케플러는 관측 자료를 바탕으로 많은 궤도 형태 모형을 시도하였다. 그 결과 1609년에 행성의 궤도면은 태양을 지나가고, 그 형태는 타원임을 알아냈다.
제 2법칙 : 면적의 법칙(the law of area)
"행성과 태양을 잇는 직선은 같은 시간 동안 같은 넓이를 휩쓸며 지나간다." 케플러는 행성의 공전속도를 조사하여 행성의 궤도가 태양에 가까울수록 행성의 공전속도가 빨라짐을 알아냈다.
제 3법칙 : 조화의 법칙(the harmonic law)
"행성의 항성 주기의 제곱은 궤도 긴반지름의 세제곱에 비례한다." 케플러는 행성의 운동의 조화성을 꾸준히 연구한 결과 1619년에 제 3법칙을 알아냈다. 주기를 p라 하고 궤도 긴반지름을 a라 하면,
으로 나타낼 수 있다. 처음에 a를 평균 반지름이라 생각했으나 긴반지름으로 판명 되었다. 이 법칙을 통해 행성에서 태양까지의 거리를 구할 수 있다.

사람이 칼로 날아오는 총알을 베는것이 가능할까?

사람이 칼로 날아오는 총알을 베는것이 가능할까? 가능하단다.



이 남자는 "이사오 마치"로 일본 총리의 개인 보디가드를 맡고 있는 사무라이다.
시속 700km로 날아오는 테니스 공을 베는 것으로 기네스 북에 올라있다.
하지만, 전 세계가 놀란 것은 그것 때문이 아니다.

350km/h 로 날라오는 BB탄을 두동강 낼 수 있는 유일한 자.

디스커버리 채널의 "미스버스터"란 쇼에서도 이사람 특집을 다룬적이 있다.
전문가의 소견은 다음과 같다.

이 남자는 눈으로 보고 언제 칼을 휘두르는게 아니고 직감과 무의식적인 계산을 사용해 칼을 휘두른다!


여러 차례 시도하지 않아도 수차례 재현 가능하다는 것은 그의 재능이 이미 검증 되었다고 생각된다. 인간의 직관적 물리행동은 그 한계가 없을지도 모르겠다.

금성은 왜 불지옥행성이 되었을까?

금성은 우리에게 매우 친숙한 행성이다. 초저녁이나 새벽녘 해가뜨기 직전과 직후에 지평선 부근에서 엄청 밝은 행성이 간혹 보일텐데,  그것이 바로 금성이다. 잘 알다시피 금성은 수성 다음으로 태양에 가까운 돌덩어리 행성이며, 지름은 지구와 매우 흡사한 12000 km쯤 된다.  크기만 비슷한 것이 아니라 질량, 밀도, 등등 여러 물리적 특성이 지구와 유사하기 때문에 예로부터 금성을 지구의 쌍둥이 행성이라고 불러왔다.



겉으로 보이는 금성의 모습은 정말 아름답기 짝이 없다. 햇빛에 반사되어 금색으로 빛나는 금성을 망원경으로 보면 아마 가스행성과 버금가는 아름다움을  느낄 수 있을 것이다. 오죽하면 20세기 초 금성을 관측하던 천문학자들이 진지하게 '테라포밍'을 고려하고 있었을까?   하지만 그 꿈은 오래가지 못했다. 20세기 중반, 우주 탐사선이 최초로 금성 표면에 내려앉아 보낸 데이터는 전 세계의 천문학자들을 경악케 하였기 때문이다.



금성은 그 아름다운 겉모습과는 달리 상상조차 어려운 내부환경을 가지고 있었다.  금성의 표면은 물한방울 없는 아주아주아주 건조한 환경이었고, 군데군데 화산이 즐비하였으며 표면온도는 무려 섭씨 470도를 웃돌았다.  게다가 대기압은 수심 8~900m부근에 있을 때 받는 압력과 유사한 92기압이었으니.. '지옥'이라는 표현을 금성에 사용하여도 될 상황이었다.



그 뿐만이 아니다. 금성의 자전과 공전은 매우 이상했다. 금성의 자전주기는 지구 시간으로 243일, 그리고 금성의 1년은 지구 시간으로 224일이다.  자전보다 더 빠른 공전을 상상할 수 있을까? 이렇게 느릿느릿한 자전 탓인지, 금성에는 자기장 조차 거의 없다.  여기서 약간 첨언을 하자면, 얼핏 보면 금성의 하루는 243일로 금성의 1년보다 더 길것으로 생각할 수 있지만 사실 그렇지 않다.  금성의 자전은 존나게 느리기 때문에 자전주기와 하루의 길이는 다르게 된다.



금성의 하루를 묘사한 그림 자전주기는 243일이지만 하루의 길이는 그보다 못미치는…

고대 화성에 큰 바다 존재…물 순환도 지구와 비슷

'히파니스 계곡' 하구에 강-바다 만날 때 생기는 삼각주 존재 

화성 히파니스 계곡 [출처: NASA/JPL-Caltech]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 고대 화성에 물이 흘렀다는 것은 이미 기정사실로 받아들여지고 있다. 하지만 단순히 물이 있었다는 것을 넘어 거대한 바다가 존재했고 물의 순환도 지구와 비슷했다는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 

런던자연사박물관의 행성 과학자 조엘 데이비스 박사는 고대 하천으로 추정되는 '히파니스 계곡(HypanisValles)' 하구 유역의 침전물 형태를 분석한 결과, 상당한 양의 물이 거대한 물을 만나면서 형성된 것으로 보인다고 과학저널 '지구·행성과학 회보(EarthandPlanetaryScienceLetter