에테르와 암흑물질

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ether

aether라고도 씀.

'물리학에서 빛을 전달하는 에테르'라고도 부르며, 19세기에 음파가 공기와 같은 탄성 매질에 의해서 전달되듯이 전자기파(예를 들면 빛과 X선)의 전달매질로 작용한다고 믿었던 이론적인 우주의 물질.

에 테르는 무게가 없고 투명하고 마찰이 없으며, 화학적인 방법이나 물리적인 방법에 의해서는 탐지가 불가능하며 문자 그대로 모든 물질과 공간을 투과하여 존재한다고 생각되었다. 그러나 이 이론의 신뢰성은 빛의 본성과 물질의 구조가 더 잘 이해되기 시작하면서 점차 약화되었다. 즉 1881년 마이컬슨-몰리 실험에 의해서 에테르 내를 움직이는 지구의 운동을 검출하려 했지만 이와 같은 효과가 없다는 것이 밝혀졌다. 1905년 아인슈타인에 의해서 특수 상대성이론이 정립되고 이 이론이 과학자들에게 일반적으로 받아들여지게 되면서, 빛과 같은 모든 전자기파의 속력이 보편 상수라는 아인슈타인의 가설에 입각하여 에테르 가설은 불필요하게 되었다.

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암흑 물질(暗黑物質, 영어: dark matter)은

우주에 널리 분포하는 물질로써, 전자기파 즉 빛과 상호작용하지 않으면서 질량을 가지는 물질이다. 암흑 물질이 분포하는 곳에서는, 그 중력에 의한 일반 상대성 이론의 효과 때문에 주변의 항성이나 은하의 운동이 교란되기도 하고, 빛의 경로가 굽어지기도 한다. 암흑 물질의 존재는, 은하 따위의 총 질량을 계산할 때, 광학적 관측을 통해 얻어진 값이, 중력 효과를 통해 계산한 값보다 현저히 작다는 사실로부터 유추할 수 있다. 암흑 물질의 존재는 현재 정설로 인정되며, 빅뱅 이론 및 ΛCDM 모형의 핵심 요소다. 아직 암흑 물질이 어떤 입자로 만들어졌는지는 알려지지 않았다. 이를 암흑 물질 문제(dark matter problem)라 한다. 현재, 학계에서는 아직 발견되지 않은 입자 (초짝입자나 액시온 따위)일 것이라는 이론이 주류이다. 암흑 물질은 우주의 총 에너지의 대략 26.8%를 차지하며^[1], 나머지는 가시광선으로 관측할 수 있는 물질과 암흑 에너지로 이루어진다. 물질만을 고려하면, 암흑 물질은 우주 전체 물질의 84.5%를 차지하며, 가시관선으로 관측할 수 있는 물질보다 훨씬 더 많다.

암흑 물질의 존재에 대한 의문은 지구 위에 있는 우리의 존재와는 무관한 듯 보인다. 그러나 암흑 물질이 실제로 존재하느냐 않느냐는 현대 우주론의 최종 운명을 결정지을 수 있다. 우리는 먼 천제들로부터 멀어지는 은하에서 오는 빛의 적색편이를 통해 우주가 현재 팽창하고 있음을 알고 있다. 우리가 빛으로 관찰할 수 있는 일반 물질의 양은 이러한 팽창을 멈출 만한 충분한 중력이 없으며, 그래서 그러한 팽창은 암흑 물질이 없다면 영원히 계속될 것이다. 이론적으로 우주에 암흑 물질이 충분히 있다면 우주는 팽창을 멈추거나 역행(최후에 대붕괴로 이끄는)하게 될 수도 있을 것이다. 실제로는 우주의 팽창이나 수축 여부는 암흑 물질과는 다른 암흑에너지에 의해 결정될 것이라는 것이 일반적인 생각이다. 또한 암흑 물질은 우주의 생성 과정과도 밀접하게 연관되어 있다. 우리가 관측적으로 얻어낸 우주의 은하 분포는 어떤 종류의 암흑 물질이 존재해야만 가능하다는 것이 현대 우주론의 결론이다. 즉, 일반 물질이 중력 붕괴하면서 은하를 만드는 과정에서, 암흑 물질과 같이 빛에 의해 영향 받지 않는 물질이 이미 중력으로 거대 구조를 만들고 있지 않았다면, 현재와 같은 은하의 분포를 보일 수 없다는 것이다. 이 말은 결국 은하속의 한 항성인 태양계의 형성에도 암흑 물질의 분포가 궁극적으로 영향을 미친다는 것을 의미한다.