'우주탄생 이론' 실험실서 검증할 방법 '한국 연구진'이 찾았다

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[인사이트] 황규정 기자 = 국내 연구진들이 실험실에서 138억년 전 우주의 탄생을 설명하는 '인플레이션 이론'을 검증할 수 있는 길을 열었다.

11일 서울대는 물리천문학부 우베 피셔 교수와 최석영 연구원이 '보스-아이슈타인 응축제'를 이용해 인플레이션 이론이 맞는지 실험으로 검증하는 방법이 담긴 논문을 발표했다고 밝혔다.

'인플레이션 이론'이란 우주가 처음에는 천천히 커지다가 인플레이션이 일어나 어느 순간 빛보다 빠르게 급팽창한 뒤 다시 느리게 확장했다는 이론이다.

은하와 은하단 등 우주의 거대 구조 형성 과정을 설명할 때 사용한다.

'인플레이션 이론'은 우주의 탄생을 설명하는 '빅뱅 이론'으로 해결하지 못한 부분을 보완하면서 빅뱅이론을 성숙시켰다는 평가를 받아왔다. 

하지만 인플레이션 이론이 설득력을 얻으려면 현대 물리학이 정의한 가장 작은 영역(플랑크)보다 더 작은 곳에서 시작했다고 볼 수밖에 없었다.

때문에 지금까지 인플레이션 이론은 '검증'이 어렵다는 맹점을 갖고 있었다.

빅뱅 이후 우주가 팽창 진화하는 과정 / NASA, WMAP SCIENCE TEAM

이에 피셔 교수와 최 연구원은 '쌍극자모멘트'를 가진 원자나 분자로 이뤄진 극저온 양자 기체를 절대온도 0도까지 냉각시켜 얻는 '보스-아인슈타인 응축제'로 인플레이션 이론의 결과를 실험으로 확인하는 방법을 제시했다.

또한 컴퓨터 시뮬레이션으로 이를 확인했다.

즉, 현재 물리학 이론이 실험적으로 설명하지 못하는 '인플레이션 이론'과 '인플레이션 현상 이후'를 설명할 수 있는 실험 방법을 제시한 것이다.

피셔 교수는 "초기 우주에 관한 연구는 지금껏 실험과 거리가 먼 '이론'적인 분야였다"고 말했다.

이어 "극저온 양자 상태 기체로 굽은 시공간을 흉내내 그 결과를 살펴보는 것은 실제 우주론 연구와 천문 관측 데이터 해석에도 커다란 반향을 가져올 것으로 기대된다"고 덧붙였다. 

한편 피셔 교수와 최 연구원이 발표한 해당 논문은 물리학에서 권위 있는 학술지로 꼽히는 '피지컬 리뷰 레터'(Physical Review Letters)에 실렸다.