우주에 중력이 사라진다면 어떻게 될까요?

사람들은 오랫동안 "중력이 없다면 어떻게 될까"라는 질문을 제기해 왔습니다. 이 질문에 대해 과학자들은 "건강에 감사하게 만드는 데에는 지독한 감기만큼 좋은 것이 없다. 우주의 상태도 마찬가지"라는 답을 내놨습니다. 기본 물리 법칙은 별과 행성, 원자 및 생명체가 번성할 수 있도록 올바른 값으로 완벽하게 설정되어 있습니다. 그러나 만일 미세하게 조정되는 기본 물리 법칙 또는 상수 중 하나라도 변한다면, 상황은 매우 달라질 것입니다.

 

과학자들은 "아마 매우 불쾌할 정도로 그럴 것"이라 예상했습니다. 이처럼 기괴한 우주를 상상할 때, 우리는 표준에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 4가지가 아닌 3가지의 기본 에너지로 형성된 우주는 끔찍할 정도로 인식이 불가능할 상태가 될 것입니다. 연구자들은 "전자기학, 강한 상호 작용, 약한 상호 작용은 우리가 알고 있는 것과 동일하지만 나머지 네 번째 힘, 즉 중력이 없다면 어떻게 될까"라고 물음을 던졌습니다.

 

중력이 존재하지 않는다면, 여러 개의 암석을 모아 지구를 형성하고 생명체의 발을 지구에 단단히 고정시키는 힘도 함께 사라집니다. 중력을 전문으로 하는 메릴랜드주 타우슨 대학의 물리학자 제임스 오버두인은 "황량한 황무지를 상상해 보라"라며 예시를 들었습니다. 오버두인은 "중력이 없는 우주는 완전히 평평하고 특징이 없을 것"이라면서 "중력은 시공간의 곡률을 나타내는 또 다른 용어일 뿐"이라고 부연했습니다.

 

오버두인은 주어진 장소에서 우주 구조가 얼마나 가파르거나 얕은지, 그리고 물체가 곡률의 근원을 향해 떨어질 가능성은 얼마나 되는지에 대해 설명했습니다. 이어 그는 "트램펄린 위에 놓인 볼링공이 표면을 휘게 하는 것처럼 시공간을 휘게 만드는 것은 물질과 에너지의 존재이다. 따라서 우주가 휘어질 수 없다면 중력이 존재하지 않기 때문에 우주 안에는 물질이나 에너지가 존재할 수 없다"라고 전했습니다.

 

과학 학술지를 통해 오버두인은 "이것은 지루한 우주가 될 것"이라 예측했습니다. 지루하지 않은 대안적인 시나리오를 생각해 볼 때 중력에 의해 형성된 우주는 시공간의 특정 순간까지 정상적으로 발전합니다. 이 시점에서 과학자들은 "그런데 갑자기 중력이 꺼진다면 어떻게 될까"라는 새로운 궁금증을 제기했습니다. 아인슈타인은 'G'로 알려진 중력 상수의 값을 변경할 수 없다는 사실을 증명했습니다. 이는 단순히 수학적으로 작동하지 않으므로 물리학자들은 이를 수행하면서도 여전히 무슨 일이 일어날지 이해할 수 없습니다. 우주의 다른 모든 물리 법칙이 계속 작동하도록 하면서 중력을 끄는 대체 방법은 크게 두 가지가 있습니다.

 

상수를 피하는 첫 번째 방법은 덜 사용되는 물리 모델을 조작하는 것입니다. 그럼에도 불구하고 이 모델은 아인슈타인의 것과 동등한 우주 그림을 생성하며, G를 상수가 아닌 시공간에 스며드는 장으로 간주합니다. 스칼라 필드라 칭해지는 이 장은 수학적 개념인 상수와는 달리 강도가 시간과 공간에 따라 달라질 수 있다는 점을 제외하면 우주가 작동하는 방식을 설명하는 데 있어 G와 동일하게 작동합니다. 스칼라 필드를 모든 곳에서 0으로 낮출 경우, 우주는 본질적으로 평평해집니다. 떨어질 경사면이 없기 때문에 물체는 더 이상 서로를 향해 끌리지 않으며 그 대신 중력이 방해하는 방향으로 날아갈 것입니다. 다시 트램펄린 비유로 돌아가 중력을 제거하면 트램펄린은 갑자기 납작해지고 볼링공은 모든 방향으로 굴러가게 됩니다.

 

악명 높은 힉스 입자에 의해 생성된 모든 공간에 스며드는 힉스장을 제거할 수도 있습니다. 오버두인은 "모든 기본 입자는 두꺼운 시럽을 통과해 속도가 느려지는 것과 같이 이 장과의 상호 작용을 통해 질량을 얻는다"라고 말했습니다. 이 물리학자의 설명에 따르면, 힉스장이 0으로 떨어질 때 시럽의 두께가 없어지고 모든 기본 입자는 자유롭게 돌아다니게 됩니다. 결국 질량은 없어지게 되는데, 질량이 없으면 시공간을 곡선으로 만들 수 없으므로 중력도 없습니다.

 

오버두인은 "게다가 그들은 내부 원자와 어울리던 다른 입자를 버리고 빛의 속도로 움직이기 시작할 것"이라고 추측했습니다. 오버두인은 "이처럼 극적인 방식으로 중력이 갑자기 사라진다면 여기 지구에서는 어떤 일이 일어날까"라는 물음을 던진 뒤 "지구가 계속 회전한다고 가정하면 대기, 바다, 인간 등을 포함한 지구의 구성 요소가 떨어져 나가거나 심지어 날아갈 것이라고 예상한다"라고 자답했습니다. 오버두인은 "우리는 숨을 헐떡이겠지만 그것은 우리의 문제 중 최소한일 것"이라며, "우리는 우리 몸의 원자 자체를 붙잡고 심지어 그 원자에서 빠르게 흩어지는 입자까지 붙잡으면서 시대가 그랬던 방식을 한탄할 것이다"라고 덧붙였습니다.