어두운 물질 우주론, 통합 이론
우주 질량의 90%는 여전히 보이지 않는다!
2004년 3월 17일
천문학은 아마도 천문학자들에게 맡기기에 너무 진지한 과학일지도 모른다
제1부
예상치 못한 답변
3월 25일, 11번 마르เซล랭 베르텔로 광장. 프랑스 대학교는 완전히 리모델링되었다. 루브르만큼 아름답다.
IAU(국제천문학연맹)의 인도 출신 회장이자 장-클로드 페커의 오랜 친구인 나르리카르는 매우 친절했다. 나이도 비슷하다. 프레드 후일의 전 학생이다. 나는 그들이 일정 기간 동안 물리 상수가 우주 어디서든 달라질 수 있다는 아이디어를 제시했다는 것을 알고 있다. 이는 허블 법칙에 비해 완전히 '비정상적인' 적색편이 현상을 설명하기 위한 것이었다. 나는 그들이 옳았다는 것을 알고 있다. 그러나 그 시절에는 이 문제를 다룰 수 있는 이론적 수단이 없었고, '측도의 동시 변동'을 통해 접근할 수 없었다. 페커는 내가 이 회의에서 그 친구에게 이 이야기를 할 것임을 알고 있다.
접촉은 매우 즐거웠다. 나르리카르는 섬세하고 유머 감각이 풍부한 사람이다. 우리는 영어로 대화했다. 나는 갑자기 소리외와 그가 몇 주 전에 만난 장-마리의 모습을 상상해보았다. 장-마리는 영어를 전혀 모른다. 나르리카르는 택시 기사에게 주소를 알려주거나 사무원에게 세 마디 말을 전달할 정도의 몇 마디 표현 정도는 아는 것 같다. 다행히 나는 샤크스피어의 언어를 어느 정도 다룰 수 있다. 우리는 두 시간 동안 대화했다. 나르리카르는 흥미를 느꼈다. 마침내 나는 도전을 시도했다.
- "오랜 전에 프레드 후일과 함께 제안했던 물리 상수의 변화에 대해 생각해봤습니다. - 오, 그건 추측에 불과했죠. - 아니요, 당신은 옳았습니다. 저는 어떻게 해야 할지 알고 있습니다. 아마도 협업해서 논문을 발표할 수도 있을 겁니다."
나르리카르는 미소를 지었다 (내가 그의 대답을 영어로 쓰고 번역을 덧붙였다):
- "내 친구, 나는 역시 검은 목록에 올라 있습니다. 최근에 동료 평가를 받는 저널에 논문을 제출했습니다. 43개의 질문을 받았습니다. 질문 목록은 논문 자체보다 길었죠. 그래서 포기했습니다."
- "그럼, 모든 것이 희망 없군요." 게재
나는 약간 당황했다. 나는 가능한 모든 대답을 상상해봤지만, 그건 예상하지 못한 일이었다. 내 삶이 어느 정도 소설처럼 보일 수는 있지만, 지금은 특히 예상치 못한 장면이 펼쳐진 것이다. 국제천문학연맹의 회장조차도 게재에 어려움을 겪고 있다. 그런데 매일 수킬로미터의 어리석은 글들이 게재되고 있다. 그러나 수리외도 같은 문제를 겪고 있다. 대중은 전쟁 후 과학이 익명의 집단들의 통제 아래 들어갔다는 것을 모른다. 이 사람들을 어떻게 식별할 수 있을까? 매우 간단하다. 많이 게재하고, 쉽게 게재하는 사람들을 보라. 그들은 스스로 '심사자'다. 게재 저널의 선정위원회는 실제로는 은밀한 과학 로비의 산물일 뿐이다. 사람들이 모여서 저널을 만들고, 저널을 창설한다. 이 저널은 '편집위원회'에 의해 운영되며, 원칙적으로 편집장이 지정된다. 프랑스의 예를 들어보자. 장-마리 르쿠가 '천문학 및 천체물리학' 저널의 창설에 기여했다. 이 저널은 '유럽적 목적'을 가지고 있다. CNRS와 여러 부처에서 자금을 지원했다. 과학자들이 모여들었다. 게재된 연구는 결코 무의미하지는 않다. 그러나 그것은 르쿠가 보증한 특정 과학 로비의 표현일 뿐이다. 때로는 이 태도가 비열함과 부정직함에 이르기까지 이르기도 한다. 그러나 아무것도 할 수 없다. 체계는 봉쇄되어 있다. 그래서 수리외가 자주 말하듯이, "과학은 현대적인 학문에 빠져들고 있다."
과학 저널의 '심사자'는 누구인가? 원칙적으로 그들의 익명성은 '사고의 독립성'을 보장한다. 실제로는 그들이 자신의 학파의 주장에 위협이 되는 모든 아이디어를 차단하는 데 도움을 준다. 모든 심사자는 연구자이며, 예외 없이 그렇다. 이 사람들은 이 작업에 보상을 받지 않는다. 물론 그들이 매일 완벽한 논문만 받는 것은 아니다. 누구나 어떤 저널에든 어떤 글을 보낼 수 있다. 그래서 '필터'가 필요하다. 이들은 논문을 대충 읽는 사람들이다. 논문의 첫 번째 탐색에 소요되는 평균 시간은 5~10분이다. 분석 기준:
- 이 사람은 내 그룹에 속해 있는가? 그의 연구는 우리가 주장하는 주장을 뒷받침하는가? (예를 들어, 현재 시대에선 어두운 물질의 존재라는 교리가 있다.) 그는 유명한가? 흠... 프랑스 사람! 프랑스에서 우주론 분야에 중요한 기여가 있었던 적이 없다. 아마도 또 다른 어리석은 주장일 것이다...
그는 페이지를 빠르게 넘기며, 무심하게 읽는다. 텐서로 가득 차 있다. 아, 그룹이 있다...
그는 복도를 지나서 이웃 건물의 이웃 과학자에게 문을 두드리며 들어간다.
- "이봐, 마이크, 어떤 군이 그의 운동 공간 위에서 공작용 작용하는 것, 너에게 익숙한가? - 들어본 적 없어... - 그래, 그럼 내 첫인상이 맞았던 셈이군."
그는 사무실로 돌아와 하드디스크에서 응답 템플릿을 불러낸다:
"죄송하지만, 우리는 추측적인 연구를 게재하지 않습니다."
이 사람은 초끈 이론, 즉 '모든 이론' (TOE)에 대해 연구하는 사람이다. 그는 답장 편지를 인쇄하고 다음 파일로 넘어간다.
이런 식의 저널 응답을 수십 번 받았다. 우편으로 즉시 회신을 받았다. 나는 때때로 게재할 수 있었지만, 각 게재에 대해 연구 자체를 하는 데 드는 시간보다 10~100배 더 많은 시간을 들였다. 이와 같은 답변은 1997년 르쿠가 내 논문을 '천문학 및 천체물리학' 저널에 제출한 후 즉시 받았던 것과 정확히 동일했다. 그러나 그는 프랑스에 있었기 때문에 전화를 걸었다. 나는 논거를 제시했다.
- "내 이중 모델은 어두운 물질 모델만큼 추측적이지 않습니다. 어두운 물질은 적응적 해석이기 때문입니다. 이 모델은 또한 강한 중력 렌즈 효과를 재현할 수 있습니다. 이는 내 우주에서의 광자에 작용하는 이중 물질의 반발적이고 기하학적으로 보이지 않는 중력 작용의 결과로 나타나는 '음의 렌즈 효과'입니다. 이것은 단지 현상에 대한 다른 해석일 뿐이지만, 저는 그것이 생산적이라고 생각하므로 게재되어야 한다고 생각합니다. 제가 제안하는 것은, 당신이 어두운 물질에 대해 매우 비판적인 심사자, 즉 우주론의 '악마'를 찾아서 내 논문을 보내보는 것입니다. 그가 결함을 발견하면, 저는 굴복하겠습니다."
르쿠는 전화기 너머에서 잠시 침묵했다. 그는 내 연구가 성립하지 않는다고 진심으로 생각하고 있다. 유니콘에 관심 있는 사람은 품질 있는 연구를 할 수 없다고 생각한다. 아마도 이걸 끝내는 좋은 기회일지도 모른다. 잠시 침묵 후에:
- "좋아요, 그렇게 하죠."
한 달 후, 르쿠가 요청한 익명의 심사자로부터 10개의 질문을 받았다. 싸움이 시작된다. 나는 심사자가 싸움에 응한다면 항상 이길 수 있다. 질문은 매우 기술적이고 정확하지만, 그는 이렇게 썼다:
"연구는 흥미롭고 도전적입니다."
연구는 흥미롭고 도전적이다.
그는 결함을 찾고 있는 것을 느낄 수 있었다. 나는 포인트별로 답했다. 어느 순간 그는 이렇게 썼다: "당신은 거대한 빈 공간의 중심에, 수억 광년의 지름을 가진 빈 공간 주위에 은하가 위치한 곳에, 반발적인 이중 물질 덩어리가 존재한다고 추측하고 있습니다. 이들은 '기하학적으로 보이지 않는다'고 말합니다. 그러나 당신이 도입한 음의 렌즈 효과로 인해, 뒤에 있는 물체의 이미지에 영향을 줄 수 있어야 합니다. 이 점을 고려했습니까?"
이 질문은 매우 관련성이 있다. 나는 계산에 들어갔다. 실제로 뒤에 있는 것은 매우 먼 은하, 적색편이가 큰 곳이다. 이 덩어리(왼쪽 이미지)가 상대적으로 작은 각도로 보이더라도, 우주의 뒷배경은 수백만 개의 고적색편이 은하로 이루어진 '벽지'와 같다. 허블 망원경과 현대 관측 수단을 통해 우리는 점점 더 많은 먼 하늘의 이미지를 얻고 있다. 문제는 이 물체들이 매우 매우 멀리 있다는 것이다. 우리가 받는 빛은 극도로 약하다. 실제로, 우리는 한 시간에 한 개의 광자를 수집하여 은하의 이미지를 만들 수 있다. 사람들은 이런 일이 어떻게 일어나는지 상상하지 못한다. 지표면에서 아주 먼 물체의 이미지를 얻으려면 거대한 거울과 시간, 수시간의 관측이 필요하다. 광자를 하나씩 수집해야 한다. 나는 한 번의 관측 밤에 동료 천문학자들과 함께 관측한 기억이 있다. 마르세이유 관측소의 부스테이크는 망원경에 컴퓨터를 연결한 초기의 사람 중 한 명이었다. 우리는 프로방스 고원의 193번 관측소에 있었다. 지금은 고대의 유물이지만, 마요르가 첫 번째 외계 행성을 발견한 곳이다. 그래서 우리는 관측하던 은하의 이미지가 광자 하나씩 형성되는 모습을 볼 수 있었다. 자크는 프로세스를 '소리내어' 설명했다. 광자 감지기가 작동할 때마다 마이크로컴퓨터의 스피커에서 '틱' 소리가 났다. 나는 매혹되었다. 45초마다 한 번씩 있었다. 새로운 광자가 나타날 때마다 화면에 새로운 픽셀이 생겼다. 나는 네 시간 동안 이 이미지가 어떻게 만들어지는지 지켜보았다. 동시에 컴퓨터는 도플러 효과를 측정했다. 이를 통해 후퇴 속도를 추정하고, 그로부터 거리를 추정할 수 있었다. 은하가 너무 멀리 있으면, 광자를 수집하는 데 며칠이 걸릴 수 있고, 축구장 크기의 거울이 필요하거나, 빛 수집 시간을 늘려야 한다. 그러나 지구는 회전하고 망원경은 태양 뒤로 몇 시간 이상 돌아갈 수 없다. 이것이 지상 망원경의 한계를 결정한다. 우주 망원경은 이런 제약이 없다. 태양 뒤로 돌아가서 하루 종일 같은 하늘 지역을 향해 둘 수 있다. 허블은 그렇게 했다. 우리는 큰곰자리 위쪽에, 팔을 뻗은 바늘 끝만큼 작은 하늘 지역이 있다는 것을 알고 있었다. (대중은 망원경이 멀리 보일수록 시야가 좁아진다는 것을 모른다.) 그 방향에는 '무엇도 없었다'. 별이라도 없었고, 은하도 없었다. 그래서 우리는 허블을 그 방향, 바늘 끝 같은 곳에 일주일 동안 겨냥했다. 한 시간에 한 개의 광자를 받았다. 이미지가 만들어졌다. 우리는 그것을 '딥 스카이 서베이'라고 이름 붙였다. 이 역사적인 사진은 수십억 광년 떨어진 수천 개의 은하가 존재한다는 것을 밝혀냈다. 이는 은하가 오랫동안 존재해 왔다는 것을 확인해 주었다. 이는 은하가 포함하는 별들의 나이 추정과도 일치한다. 구상 성단의 별들은 '초기 별'로 여겨지며, 은하가 탄생할 때 거의 동시에 탄생했다고 본다. 이 별들의 나이는 100억150억 년으로 추정된다. 결론적으로, 은하는 우주와 동시에 형성되어야 한다. 어떻게? 천체물리학자들은 모른다. 그러나 이 하늘의 배경은 거의 '접합된' 은하의 카펫을 형성한다. 따라서 그 빛은 어두운 물질 덩어리의 반대 중력 효과로 인해 우리에게 도달할 때 반드시 왜곡되어야 한다.
나는 계산을 했다. 논문은 몇 페이지 더 길어졌고, 나는 답변을 제출했다. 이 반대 중력 렌즈 효과는 미니 렌즈와 같은 방식으로 작용하여 신호를 약화시켜야 한다. 나는 이미 이와 같은 개념을 내 사이트의 이중 우주 주제에 대한 대중화 문서 시리즈에서 설명했다. (이 시리즈의 시작 페이지 - 이 효과가 언급된 페이지). 아래는 이 개념을 설명하는 그림이다:
후방에 위치한 은하와 이중 물질 덩어리가 시선에 간섭했을 때 발생할 수 있는 효과의 개략도.
이러한 거리(적색편이 z 측정을 통해 추정됨)에서는 은하의 중요성, 질량은 수신된 빛의 양을 기반으로만 측정할 수 있다. 나는 이 빛이 약화되어야 한다고 결론지었다. 따라서 내 이론을 뒷받침할 구체적인 관측 가능 현상이 있다. 매우 먼 거리에서 '소형 은하'의 과잉이 발견되어야 한다. 그것이 허블이 밝혀낸 것이며, 실제로 발견된 것이다.
나는 한 발 앞서갔다. 나는 논문을 다시 보냈다. 한 달 후, 새로운 질문이 돌아왔다. 나는 다시 이에 대해 작업하고, 비판에 다시 반박했다. 논문은 교류가 진행되면서 길어졌다. 처음에는 20페이지였다. 여덟 달이 지났다. 이제 60페이지에 이르렀다. 당시 마르세이유 관측소의 책임자였던 내 친구 조르주 코르트는 이렇게 말했다:
- "정말 대단하다. 이 심사자와 싸워서 이기고, 르쿠가 게재해야 할 때, 그는 이 저널의 한 권을 다 써야 할 것이다. 지금까지의 흐름을 보면 말이다."
그러나 갑자기 르쿠는 매우 냉정한 편지를 보냈다:
- "이 교류는 충분히 길어졌다. 나는 이 무한한 교류를 위해 저널의 사무실을 동원할 수 없다. 이 일이 결코 성과를 내지 못할 것 같아서, 이 일은 끝내기로 한다. 내 결정은 불변이다."
"불변", 이건 르쿠다운 말이다. 그를 아는 사람들은 이걸 알고 있다. 제임스의 두뇌는 예리한 콘크리트만큼 단단하다. 관측소 동료들은 충격을 받았다. 이런 일은 전례가 없다. 코르트는 말했다:
- "하지만... 너는 심사자에게 끝까지 밀어붙이고 있었고, 싸움에서 이기고 있었다. 이 편지는 놀라운 일이다!"
나는 르쿠에게 편지를 썼고, 논문을 주제별로 분할하는 것을 제안했다. 그는 거절했다. 나는 이제 가능한 한 최선을 다해, 심사자가 승인한 일부 요소를 추출하여 몇 페이지짜리 최소한의 논문을 만들 것을 제안했다. 르쿠는 다시 거절했고, 편지에서 다음과 같이 명시했다:
- "당신에게 알려드립니다. 심사자의 의견은 참고용이며, 논문의 게재 여부 결정은 최종적으로 저널 편집장의 몫입니다."
말을 굳이 피하지 말자. 내 과학자로서의 경력 동안 이런 불공정한 행동을 본 적이 없다. 르쿠는 절대적인 면책권을 가지고 있다는 것을 알고 있기에, 그는 그 자체로 마피아처럼 행동한다. 어떻게 해야 할까? 거리에 나가 행진할까? 기아 시위를 할까? 과학 언론에 편지를 쓸까? (그들은 마피아를 지지할 뿐 아니라, 마피아를 위해 일한다.) 르쿠와 함께 그의 사무실에 갇혀 그의 목에 수류탄을 매달까?
이 심사자와의 10개월간의 싸움은 나를 완전히 고갈시켰다. 어떻게 이 연구를 게재해야 할까?
남은 국제 과학 회의, 2001년 마르세이유 회의다. 나는 조직위원회에 접근해 보려 했지만, 반응은 매우 차가웠다. 지역적으로 내 친구가 많지 않다. 몇 년 전, 90년대 초, 내 친구 마리-프랑스 두발은 CNRS로부터 마르세이유 관측소 연구자들의 연구를 전시하는 패널을 구성하도록 위임받았다. 나는 그녀에게 1992년 프레드릭 란스드히트와 내가 얻은 멋진 은하 이미지를 포함해 달라고 요청했다. 그러나 패널이 관측소 과학위원회에 제출되었을 때, 두 명의 위원인 알버트 보스마와 리아 아타나소울라가 자료에 장-피에르 페티의 연구가 포함되는 것을 강력히 반대했다. 이 전시는 프랑스와 나바라의 여러 연구소의 연구를 소개하는 이동 전시회였기 때문이다.
알버트 보스마
보스마와 아타나소울라는 20년간 강력한 컴퓨터를 구입해 수백 번의 수치 시뮬레이션을 시도했지만, 이러한 결과를 얻지 못했고, 이에 대해 심각한 반대를 했다. 마리-프랑스는 이미지를 제거할 수밖에 없었다. 코르트는 내게 설명했다:
- "알다시피, 파리에서