카멜레온이론, 일반상대성이론의 대안이 될 수 있을까?

아인슈타인의 중력이론인 일반상대성이론은 전 우주에 걸쳐 형성된 은하와 블랙홀을 완벽하게 설명해주지는 못한다. 특히 우주팽창 속도를 가속하는 힘으로 여겨지는 암흑에너지를 제대로 설명하지 못한다.  

최근 영국 더럼대학(Durham University) 연구팀이 카멜레온이론(Chameleon Theory)을 통해 이에 대한 대안적 설명을 제시했다고 phys.org, Futurism 등 해외 과학전문매체들이 보도했다. 연구팀의 논문은 과학학술 저널인 Nature Astronomy 최근호에 발표됐다.

더럼대학에 따르면 카멜레온이론에 근거한 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션은 그동안 의문으로 남아 있는 은하 형성 과정과 암흑에너지에 관한 대안적 설명을 제공하는 데 성공적이었다.

카멜레온이론은 새로운 중력이론인데, 중력의 영향이 환경에 따라 변한다는 게 핵심이다. 카멜레온이론(Chameleon Theory)이란 이름은 여기서 붙여졌다. 중력이 상수로 취급되는 일반상대성이론과 대조를 이룬다. 일반상대성이론은 실험적으로 검증되었지만 이번 시뮬레이션 모델은 카멜레온이론을 대안으로 배제할 수 없다는 것을 보여줬다. 새로운 이론에 따라 행동하는 우주는 여전히 같은 종류의 은하와 블랙홀을 형성하기 때문이다.

두 이론의 가장 큰 차이점은 일반상대성이론이 우주를 밀어붙이는 ‘암흑에너지’를 상수로 취급하는 데 비해 카멜레온이론은 암흑에너지를 변수로 취급한다.

카멜레온이론의 시뮬레이션에서 암흑에너지와 중력의 변수를 조정하면 초질량블랙홀(supermassive black holes)이 최종까지 태우고 배출한 우주 가스의 양에 영향을 주었다. 그리고 그 양은 은하계에서 얼마나 많은 별이 형성되는지를 결정하는 것으로 나타났다.

더럼대학 연구팀 리더인 크리스찬 아놀드(Christian Arnold)"는 카멜레온이론은 수정된 중력의 법칙에 의해 중력 변화가 은하 형성에 미치는 영향을 실험할 수 있게 해준다"고 말했다. 아놀드는 또 "우리의 시뮬레이션은 중력을 바꾸더라도 현재 우주에 존재하는 나선 팔의 원반 은하가 생겨난다는 것을 처음으로 보여줬다"고 말했다.

그러나 카멜레온이론은 일반상대성이론을 폄하하지 않는다. 일반상대성이론과 카멜레온이론의 모델은 실제 은하를 설명한다. 그러나 새로운 카멜레온 모델은 우주를 이해하는 데 다양한 과학적 방법이 있을 수 있음을 시사한다.

더럼대학 과학자들은 우주론에서 중력의 역할을 조정하면 머잖아 암흑에너지가 실제로 무엇인지 알아낼 수 있다고 믿는다. 이들은 2020년부터 가동 예정인 제곱킬로미터배열(SKA) 망원경으로 자신들의 이론을 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

"우리의 연구는 확실히 일반상대성이론이 잘못되었음을 의미하지는 않습니다만, 우주의 진화에서 중력의 역할을 설명할 수 있는 방법이 단 하나일 필요는 없다는 사실을 보여줍니다.”

# 기사 출처 : ♠Nature Astronomy, Realistic simulations of galaxy formation in f(R) modified gravity
♠Phys.org, Supercomputer shows 'Chameleon Theory' could change how we think about gravity
♠Futurism, New “Chameleon Theory” Could Explain Dark Energy, How Galaxies Formed

<'우주관 오디세이' 저자·동아대 겸임교수>

인저리타임 조송현 pinepines@daum.net 조송현의 기사 더보기

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