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다이내믹 세계는 창조주의 지혜

창조주 하나님은 우주의 넓은 공간을 방대한 에너지로 채우셨다. 우주에는 움직이는 형태의 소위 운동에너지라고 부르는 에너지가 가득하다. 지구는 매일 스스로 360도를 돌면서 태양을 공전한다. 지구가 태양의 궤도를 달리는 원주 속도가 초당 30킬로미터이다. 그러니까 지구는 총알 보다도 30배나 빠른 속도로 달려서 365일 만에 제자리로 돌아오는 운동을 계속한다.

지구의 위성인 달은 우리에게 늘 한쪽 얼굴을 보여주며 매월 한 바퀴씩 지구 를 돌면서 동시에 지구와 함께 태양의 궤도를 달린다. 이렇게 태양계를 구성하는 8개의 행성과 각각의 위성들은 모두 독특한 속도와 정해진 방향으로 운동을 하고 있다. 태양계가 속해 있는 밀키웨이 은하를 포함하여 모든 은하계 또한 우주 공간을 선회하며, 각 은하들 내에 존재하는 수없이 많은 별들도 탄알보다도 더 빠른 속도로 달린다. 잠시도 쉼이 없는 운동이다.

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힘의 정체는 무엇일까?

우주를 구성하는 기본 요소로 시간과 공간과 물질의 창조, 그리고 빛으로 그 물질 세계 를 완성하는 내용은 창세기 1장 첫째 날의 창조역사이다. 앞선 컬럼(빛은 무엇일까? Creation Truth Vol.23 No.10)에서 이 네 가지 요소들은 서로 연합되어 있으며 각각 독립적으로 생각할 수 없음을 설명한 바 있다. 여기서는 또 다른 요소로 우주에 존재하는 힘에 대하여 소개하 려고 한다. 힘은 무엇일까?

물질 세계에서 힘은 보이지 않는 실체로 공간과 물질을 통해서 서로 정교하게 균형을 이루 며 만물을 붙들고 있다. 오늘날 우주에는 4개의 기본적인 힘들이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이 힘들은 표에 요약한 바와 같이 서로 매우 다르고 각기 고유한 특성을 가지고 있다. [1]

이 네 가지가 우주를 붙들고 있는 힘들이다. 그러나 천문우주 분야에 관한한 중력 이 가장 중요한 힘이다. 중력은 다른 힘과는 달리 두 개의 기본적인 특성이 있다. 첫 째 중력은 우주와 같이 천문학적으로 먼 거리에 상호 작용한다. 둘째는 우주에 존재 하는 물체들 사이에 항상 당기는 힘으로 작용한다. 따라서 비록 매우 작은 힘 일지 라도 우주의 거대한 스케일의 구조와 조화를 이해하는데 가장 중요하다. 대폭발(빅뱅)로 우주가 시작되었다고 생각하는 자연주의 과학자들은 비록 현 우 주에 존재하는 이 힘들이 서로 뚜렷하게 다르고 고유한 특성을 가졌을지라도 과거 한 때 모두가 결합된 하나의 힘이었을 것으로 생각한다. 검증된 것은 없지만 빅뱅 초 기에 우주의 온도가 엄청 높았을 것으로 보기 때문에 고온의 상태에서 약력과 전자 기력과 강력들이 통합되어 하나의 힘의 상태였을 것으로 보는 것이다. 그리고 온도 가 점차 낮아지면서 이 힘들이 서로 분리되었다고 생각한다. 처음에 강력이 먼저 분 리되고 그 다음 전자기력이 그리고 온도가 더 낮아지면서 약력이 떨어져 나오게 되 어 오늘날과 같이 되었다는 것이다.

물질 속에 감춰진 지혜

1894년 독일의 물리학자 플랭크(Max Planck: 1858-1947)는 최소 에너지로 최대의 빛을 내는 제품을 개발해 달라는 요청을 받고 흑체에 주목하게 되었다. 여기서 흑체(Black Body)라고 하는 것은 눈으로 볼수 있는 빛을 모두 흡수하는 흡수체를 말한다. 가시광선의 모든 빛을 흡수하기 때문에 검다. 이 흑체에서 나오는 에너지를 흑체복사(Blackbody-radiation)라 하며 이 에너지의 크기는 온도에 의해서 결정된다.

당시에 플랭크는 이 흑체 복사 에너지가 작은 에너지 덩어리로 전달되는 것으로 처음 생각해낸 사람이다. 그는 오늘날 물질계의 최소 에너지 단위로써 양자(quantum)라고 불리게 된 이 에너지 덩어리가 전자기복사의 주파수(1초 동안 진동하는 횟수)와 일정한 상수 값에 비례함을 발견하였다. 다시 말하면 흑체 복사 에너지는 그 물질의 고유상수와 주파수의 곱으로 계산되는데 그는 전자기 에너지를 흡수하거나 방출하는 모든 물질계에 동일하게 적용됨을 알게 되었다. 즉 물질계에서 양자의 에너지는 그 양자의 주파수(ν)에 비례하는데 그 값은 일정 상수 값(h=6.626e-34 J.sec)의 배수임을 찾아낸 것이다. 이 상수가 소위 물질계를 지배하는 고유상수 또는 자연상수로 알려진 플랭크상수(Planck constant)이다.

이는 보다 높은 주파수의 양자가 그 만큼 더 큰 에너지를 가지고 있음을 의미하는데, 20세기 초까지도 이 에너지 덩어리의 개념은 매우 획기적인 것이었다. 당시 여러 과학자들이 전통적인 파동이론(wave-theory)으로 흑체복사를 설명하려고 하였지만 모두 실패하였고, 1905년 아인쉬타인이 빛을 금속 표면에 비춰줄 때 전자들이 튀어나오는 광전효과 현상을 플랭크의 식으로 유도할 때까지도 받아들여지지 않았던 개념이었다. 이 덩어리 에너지 개념이 아인쉬타인으로 하여금 빛과 전자기복사의 입자-파동의 이중성(dual)을 인정하도록 이끌어 주는 계기가 되었다.

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빛은 무엇일까?

하나님은 창세기(창 1:1)에서 시간과 공간과 물질을 창조하시고 곧 말씀으로 빛이 있으라(창1:3)하여 물질 체계를 완성하셨다. 물리계는 이 네가지 요소가 연합되어 있어서 어느 하나 독립적인 존재를 생각할 수 없다. 오늘날 시간과 공간을 나눌 수 없기 때문에 함께 묶어 하나의 시공(space-time)으로 다룬다. 또 공간을 점유하고 있는 물질, 이 둘을 서로 분리해 낼 수 없다. 그리고 빛이 없는 시간과 물질을 상상할 수 없는 것으로 이해하고 있다. 그러면 빛은 무엇일까?

우주에서 빛은 근본적인 에너지이다. 우주는 이 빛 에너지로 가득 차 있다. 여기서 빛은 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선과 불가시 영역의 모든 것을 말한다. 프리즘을 통과하는 빛은 빨주노초파남보 7개 무지개 색으로 분광된다. 사람의 눈은 파장이 긴 적색(800나노미터)부터 보라색(400나노미터)까지 볼 수 있다. 건강한 눈 일지라도 적색 보다 파장이 긴 적외선과 또 보라색 보다 파장이 짧은 자외선을 볼 수 없다.

오늘날 과학자들은 빛을 전자기적 모든 영역의 에너지인 전자기파(Electromagnetic wave)로 여긴다. 물론 전자기파 외에 또 다른 형태도 있겠지만 현재 과학기술이 감지할 수 있는 에너지는 파장이 긴 전파에서부터 파장이 매우 짧은 감마선까지이다. 그러니까 우리 눈으로 볼 수 있는 가시 광선은 극히 좁은 영역의 빛인 셈이다.

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진화를 거부하는 물질세계

화학은 물질과 에너지 그리고 이들의 상호작용을 다루는 분야이다. 화학에 서 원소(elements)들은 우주에 존재하는 모든 물질의 형태를 결정하는 건축자재 (building blocks)이다. 여기서 하나의 원소는 일반적으로 더 이상 간단한 물질로 나눌 수 없는 물질을 말한다. 현재 약 100여개의 원소들과 이 원소들의 조합으 로 모든 물질들을 설명하고 있다. 흥미로운 것은 과학자들이 모두 우주를 구성 하는요소로서이건축자재를말하고있다는점이다. 물질은일정공간을점유하는질량(mass)을가진모든것을말한다.한편에너 지는 변화를 만들어 낼 수 있는 능력이다. 즉 에너지는 일을 할 수 있는 능력으 로 질서를 부여할 수 있는 잠재력이다. 빛, 열, 및 소리 등이 에너지의 한 형태들 이다. 물질계에서어떤 변화가 생길 때 에너지가 작용되었고 에너지의 한 형태가 또다른형태로바뀔때마다어떤변화가있었음을말해준다.

아인쉬타인은 물질이 갖는 에너지는 그 물질의 질량과 빛의 속도(진공에서 속 도)의 제곱에 비례하며 등가식으로 표현될 수 있음을 발견하였다. 즉 물질과 에 너지가상호교환된다는것이다. 그러니까아주작은먼지같은물질이라도빛의 속도의 제곱에 비례하므로 엄청난 에너지의 덩어리인 셈이다. 따라서 원자폭탄 의위력을가히짐작할수있을것이다.