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현대 천체물리학과 우주론에서 남아 있는 문제들.
...이 두 분야는 실로 해결되지 않은 문제들로 인해 뒤덮여 있다. 역사적으로 우주에 대한 연구는 여러 단계를 거쳤다. 여기서 천문학의 역사를 되짚어볼 필요는 없다. 스펙트로스코피는 물체의 조성과 온도에 관한 중요한 데이터를 제공했으며, 도플러 효과의 측정은 거대한 거리에서 별의 질량을 결정하고 속도장을 구하는 데 도움을 주었다. 태양계 지름보다 수십 배 이상 큰 거리에서도 적용 가능한 거리 기준(천체물변화형 별, Cepheid variable)의 발견은 이러한 거리 측정을 우주 규모(5천만 광년)까지 확장하게 했다.
...미분기하학 도구를 우주론(장 방정식)에 적용함으로써, 우주의 일부 현상(우주 팽창, 국소적 상대성 현상 등)에 대해 새로운 시각을 제시할 수 있게 되었다.
...핵물리학의 발견은 별의 모델을 구축하는 데 기여했지만, 앞서 언급했듯이 인간이 별의 작동 원리를 이해하고 있다고 여겼던 것이 갑작스럽게 의심받게 되었다.
...이와 같은 핵물리학은 과거로 더 깊이 거슬러 올라가, 예를 들어 헬륨의 풍부함을 설명하는 데 도움을 주었다.
그러나:
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은하에 대한 이론적 모델은 전혀 존재하지 않는다. 이 분야에서는 경험적 접근을 넘어서지 못하고 있다.
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이러한 물체가 어떻게 형성되는지, 왜 특정 질량을 가지며 다른 질량을 가지지 않는지, 어떻게 진화하는지에 대해 아무것도 모른다. 은하의 회전 속도 곡선에서 관측되는 높은 주변 속도는 여전히 미스터리다.
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수치 시뮬레이션에만 기반한 나선형 구조 이론은 여전히 매우 논란의 대상이다.
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질량 측정값과 관측된 속도장 사이에 큰 불일치가 존재한다(결정되지 않은 질량 현상).
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은하단에서도 마찬가지로 큰 불일치가 존재한다.
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매우 비정형적인 은하가 수많이 존재한다. 영국의 천문학자 제임스 진은 이에 대해 "이러한 형태를 보면, 우주 속에서 거대한 힘이 작용하고 있다는 생각을 뿌리 뽑을 수 없다. 그러나 우리는 그 힘의 본질을 알지 못한다."라고 말했다.
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우주론적 차원에서는, 우리 은하의 가장 오래된 별을 기준으로 추정한 우주의 나이와, 우주 팽창 측정(후블의 법칙, 후블 상수)을 기반으로 한 나이 사이에 일정한 불일치가 존재한다.
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거대한 규모에서의 우주의 희박한 구조, 즉 은하들이 거대한 빈 공간 주변에 분포하는 방식을 설명할 수 없다.
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수많은 은하 쌍이 후블의 법칙을 위반한다. 즉, 더 가까운 은하가 뒤에 있는 은하보다 더 큰 적색편이를 보인다.
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태양계 크기보다 작지만, 전체 은하만큼의 에너지를 방출하는 매우 높은 적색편이를 보이는 소스(쿼라스)가 발견되었다. 에너지원은 알려지지 않았다. 일부 천문학자들은 이 소스가 활성 은하의 중심부라고 생각한다(세이퍼트 은하). 그러나 "활동적인 은하"의 정의를 묻는다면, 그들은 "그 중심부에 쿼라스가 존재한다"고 답한다.
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평균 하루에 한 번씩 천문학자들은 감마선 플래시를 기록한다. 이들의 메커니즘, 거리, 그리고 방출체의 본질은 모두 알려지지 않았다.
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은하와 은하단과 관련된 중력 렌즈 효과는 해당 물체의 질량과 일치하지 않는다.
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이론은 대질량 별의 잔여물인 중성자별의 존재를 예측했다. 일반적으로 이론가가 예측한 물체(예: 1931년 미국의 프리츠 짐키가 예측한 초신성)는 빠르게 여러 개가 발견되었고, 이후 수백 개가 발견되었다. 중성자별은 빠르게 회전하면서 펄서라고 불리는 현상을 만들어낸다. 이들은 종종 다른 별과 짝을 이루며, 그 별이 중성자별에게 질량을 보내면서, 때로는 그들의 "임계 질량"(태양 질량의 2.5배로 추정)을 초과하게 된다. 이 조건에서 서로 가까이 밀려 있는 중성자는 중력에 대항할 수 없게 되고, 물체는 스스로 붕괴된다. 그러나 이 붕괴 과정을 설명할 수는 없다. 장 방정식의 해로서 제안된 블랙홀 모델은 불편한 결함을 가지고 있다. 이 모델은 다음을 만족한다:
**S **= 0
즉, T = 0인 방정식의 해이며, 이는 에너지-물질 밀도가 0인 공간 영역을 묘사한다. 게다가 이 모델에 반대되는 점은, 30년 동안 블랙홀 후보가 극히 드물게 발견되었음에도 불구하고, 이 물체를 모든 문제를 설명하는 데 사용하고 있다.
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우주론으로 돌아와, 표준 모델(빅뱅 모델)은 초기 우주의 화석적 잔여물인 2.7K의 배경복사가 매우 균일한 이유를 설명할 수 없다. 이 모델에 따르면, 초기 우주에서 인접한 두 입자는 빛의 속도보다 빠르게 서로 멀어졌고, 따라서 상호작용할 수 없었다. 초기 우주는 충돌이 일어나지 않는 상태였다. 그럼에도 불구하고 왜 그렇게 균일했는가?
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일정 시점 이후로는 시간을 정의하는 것이 불가능하다. 어쨌든 고밀도, 고온 상태의 우주를 설명하는 데는 현재 고에너지 물리학의 위기로 인해 어려움이 있다.
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표준 모델은 아인슈타인 방정식의 해를 기반으로 하지만, 전자기 현상을 고려하지 못한다. 일반적으로 입자물리학과 우주의 대규모 행동 사이의 연결은 이루어지지 않았다. 비록 "고전적 및 양자 중력"이라는 저널이 존재하지만, 중력에 대한 양자화 방법은 확장되지 못했다. 가능한 중력자(그라비톤)를 정의할 수도 없다.
50년간의 비물리학.
...과학적 위기는 실로 전면적이며, 천체물리학과 우주론에만 국한되지 않는다. 양자역학의 예측 성공은 착각을 유발한다. 이론의 많은 부분은 여전히 반경험적이다. 예를 들어 입자의 질량과 전하를 연결할 수 있는 방법이 전혀 없다. 입자의 질량을 예측할 수도 없다. 쿼크 모델은 토레미의 원형 운동 모델과 매우 유사하다. 양자역학은 태양 중성자 부족 현상을 설명할 수 없다.
...현재 대부분의 이론 물리학자들이 초현수(초끈) 세계로 눈을 돌리고 있지만, 그 이유는 다른 아이디어가 없기 때문이다. 이 "새로운 분야"는 지난 30년 동안 어떤 관측도 설명하거나 실험을 제안할 수 없었다. 수학자 장-마리 수리오가 말하길(그는 이론 물리학을 "수학에서 엄격함을 제외한 것, 물리학에서 경험을 제외한 것"으로 정의한다), 우리는 "50년간의 비물리학 시대"를 살아왔다. 그는 파인만의 작업(1950년대) 이후 어떤 진정한 이론 물리학의 발견도 없었다고 평가한다.
...몇 년 전, 그는 국제 초끈 회의의 기록을 보여주며, 회의 책임자의 연설 중 한 구절을 나에게 읽어주었다:
- "초끈 이론은 지금까지 어떤 현상도 예측하거나 어떤 실험이나 관측을 해석하지 못했지만, 지금 발표되는 논문의 수를 고려하면, 이 새로운 학문 분야의 활기를 알 수 있다."
연구 세계.
...지금까지 과학사에서 본 적 없는 수의 연구자가 전 세계에서 연구에 종사하고 있다. 예산과 기술적 수단도 크다. 그러나 과학사에 이름을 남길 것이라 확신할 수 있는 물리학자는 거의 없다. 1895년(베커렐의 방사능 발견)에서 1932년(찰드윅의 중성자 발견) 사이의 37년 동안, 우리 세계관을 근본적으로 뒤흔든 깊은 전환과 수많은 유명 과학자들이 등장했다. 반면 1961년 이후 과학계에서 기술적 진보(달 탐사, 통신 위성, 컴퓨터, CD-ROM 등)를 제외하고는 어떤 일도 일어나지 않았다.
우리의 전체 과학은 패러다임적 고립 상태에 빠져 있다.
...수리오에 따르면, 2차 세계대전 이후 리뷰 위원회 체제가 보편화되면서, 전문가들(피어 리뷰어)의 독립성을 보장하기 위한 시스템이 도입되었지만, 이는 역효과를 초래했다. 익명성은 완전한 면책을 가능하게 하며, 새로운 아이디어의 차단을 용이하게 한다. 새로운 아이디어는 항상 방해가 되기 때문이다.
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