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태양계도 총알처럼 달리고…

태양계는 태양을 중심으로 8개의 행성(명왕성은 2006년 제26차 국제천문협회 결정으로 행성 자격 박탈됨)과 그 행성들의 주위를 돌고 있는 지금까지 발견 된 166개 이상의 위성들, 그리고 화성과 목성 사이에 띠(벨트)를 형성하는 수많은 소행성(지름 1km 이상의 소행성 약 100-200만 개로 추정)들과 그 밖에 왜성 및 운석과 혜성들로 구성되어 있다.

오늘날 학자들은 태양이 평균 크기의 별 중의 하나로서 태양계 내에 에너지를 만들어 내는 유일한 에너지원으로 보고 있다. 태양에서 만들어진 빛이 지구까지 도착하는데 약 8분이 걸리고 태양계의 마지막 행성인 해왕성까지 이르는 데 5시간 30분이 소요된다. 그래서 우주는 말할 것도 없고 태양계 자체의 크기를 상상하기도 쉽지 않다.

이해를 돕기 위해서 만일 태양을 서울 올림픽 주 경기장의 한 가운데 있는 직경 22cm 축구공 크기라고 가정해 보자. 그러면 지구는 그 중앙으로 부터 약 24m 떨어져 그 축구 공을 돌고 있는 좁쌀알(지름 2mm) 크기 정도이고, 해왕성은 운동장 밖 1000m 지점에서 돌고있는 포도알(지름 8mm) 크기에 해당한다. 태양이 우주에서 중간급 크기의 별이고 지구에서 가장 가까운 또 다른 별은 알 파 센토리(Alpha Centauri) 별이다. 이 별은 지구로부터 4.5광년(빛의 속도로 달려서 4년 6개월 걸리는 거리) 떨어져 있다. 그러니까 서울 올림픽 경기장 한가운 데 축구공이 태양이므로 알파 센토리 별은 그로부터 약 7,000km 떨어진 캐나다의 밴쿠버쯤에 있는 또 다른 축구공인 셈이다.

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지구는 총알처럼 달리고

오늘날 우리는 우주선에서 촬영한 지구 사진을 볼 수 있다. 사진 으로 우리가 거주하는 지구가 둥글고 지표 71% 이상이 물로 덮인 거대한 물체 임을 확인할 수 있다. 과학자들은 지구의 반경이 약6400 km이고 무게(질량)가 6 x 1024kg로 추정한다. 이는 6조톤 무게의 화물 차량 10억대 분량에 해당한 다. 엄청난 물덩어리 지구가 허공에 떠있다. 오늘날 이를 부인하는 사람은 아무 도 없을 것이다.

오늘날 우리는 우주선에서 촬영한 지구 사진을 볼 수 있다. 사진 으로 우리가 거주하는 지구가 둥글고 지표 71% 이상이 물로 덮인 거대한 물체 임을 확인할 수 있다. 과학자들은 지구의 반경이 약6400 km이고 무게(질량)가 6 x 1024kg로 추정한다. 이는 6조 톤 무게의 화물 차량 10억 대 분량에 해당한 다. 엄청난 물덩어리 지구가 허공에 떠있다. 오늘날 이를 부인하는 사람은 아무 도 없을 것이다.

그(하나님)는 북편하늘을 펴시며 땅(지구)을 공간에 다시며… (욥26:7)

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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.