공룡의 멸종은 암흑 물질 때문이다?

언젠가 소행성의 충돌이 지구에 대재앙을 일으킬 것인가?

공룡이 멸종한 까닭으로 가장 널리 알려진 가설 중 하나는, 소행성의 충돌로 인해 지구의 기후가 변화했기 때문이라는 것이다. 이와 관련하여 리사 랜달은 흥미로운 이론을 내세웠다. 공룡을 멸종시킨 혜성이 보이지 않는 얇은 원반 모양의 물질 때문에 지구에 충돌했다는 것이다. 그 보이지 않는 물질이란 바로 지구 주변에 존재하는 암흑 물질이다. 대략적으로 살펴보면, 태양계가 은하수를 돌 때 지구의 암흑 물질 원반형 혜성들은 은하의 먼 지역에서 혜성들을 주기적으로 지구로 투하한다는 이론이다. 이 혜성들 중 하나가 공룡을 멸종시켰다는 것이다.

암흑 물질이 어떻게 공룡 멸종에 책임이 있을까?

지난 세기의 모든 과학적 발전 중에서 가장 인상적인 것은, 지구에서 우리에게 친숙한 물질이 우주의 대부분을 차지하는 물질과 상당히 다르다는 것이다. 우주의 85%는 천문학자들이 암흑 물질이라고 부르는 것으로 이루어져 있다. 암흑 물질의 존재는 1930년대에 처음 거론되었다. 이것은 사람의 눈으로 관측할 수 없다. 우주의 작은 문제에 대해 알지 못하는 것을 불행이라고 생각한다면, 85%를 모르는 것은 크나큰 부주의로 보인다. 암흑 물질은 과학자들에게 골칫거리이다. 리사 랜달이 증명했듯, 수십 년에 걸친 세심한 연구에도 불구하고 그 물질이 어떻게 움직이는지에 대한 이론적인 추측의 여지가 여전히 많다. 그녀는 '암흑 물질과 공룡'이라는 책을 통해 암흑 물질의 행동에 대한 새로운 아이디어를 제시했다. 그리고 왜 65만 년 전에 공룡들이 멸종되었는지에 대한 설명을 제공하기 위해 그 이론을 사용한다. 이것은 터무니없이 들릴지 모르지만, 상상력이 풍부한 과학자로서의 랜달의 인상적인 기록은 그녀에게 공정한 청문회를 열 자격을 주었다. 그녀는 하버드 대학의 이론 물리학자이며 주류적 사고방식이 된 몇 가지 급진적인 아이디어를 생각해냈다. 가장 유명한 것은 그녀가 우리 모두에게 친숙한 세 가지 외에 가능한 치수의 존재를 암시하는 이론을 공동 저술했다는 것이다. 그리고 이 추가적인 관측은 선 실험실의 Large Hadron Collider를 통해 관찰될 수 있을지도 모른다는 것이다. 만약 그것들이 발견된다면 그녀는 노벨상 수상자가 될 수도 있다.

랜달은 최근 연구의 초점을 근본적인 입자에서 이 책에서 설명한 태양계 연구로 바꾸었다. 그녀가 우주의 우리 지역에서 암흑 물질의 역할에 대해 깊이 생각하기 시작했을 때 그녀의 초기 반응을 읽는 것은 매혹적이다. 천문학자들은 오랫동안 암흑 물질이 빛을 방출하거나 흡수하지 않는다는 것을 알고 있었고, 이것이 망원경을 통해 직접 관측할 수 없는 이유이기도 했다. 그러나 암흑물질은 중력의 힘을 느끼며 천문학자들이 은하계의 보통 물질에 미치는 영향을 관찰할 수 있게 되었다. 평범한 물질이 눈에 보이지 않는 암흑물질의 중력에 의해 우주를 가로지르는 것처럼 말이다. 문제는 암흑 물질을 더 완전하게 이해하고, 종종 은하단에 있는 암흑 물질의 존재를 우주 전체에 걸쳐 말이죠. 천문학자들의 업적은 놀라웠다. 이제 우리 은하인 은하가 거의 구형의 암흑물질 안에 '홀로' 존재한다는 것이 분명해 보인다.

랜달과 그녀의 협력자들의 첫 번째 혁신은 암흑 물질이 모두 같지 않을 수도 있다는 것을 제안하고 추측하는 것이었다. 오히려, 그것의 작은 비율은 중력을 통해서 뿐만 아니라 전자기력과 유사한 새로운 유형의 힘을 통해서도 상호작용할 수 있다. 한 가지 결과는 은하수가 얇고 극도로 밀도가 높은 암흑 물질 원반을 포함하고 있다는 결정적인 예측이다. 이 배경의 이유는 복잡하다. 랜달은 우리에게 300페이지에 달하는 천문학과 우주론에 대한 초안을 준비하기 위해 신경을 썼다. 그 동안 우리는 공룡의 꼬리가 휘는 것을 거의 보지 못한다. 하지만 그녀는 명석하고 거리감 있는 비공식적인 해설자이다. 전문용어나 수학이 없이, 그녀는 수세기 동안 계속된 고질적인 천문학적 역사를 통해 우리를 이끌어주며, 때때로 불쾌한 결과를 가지고 지구에 착륙하는 우주 물체에 대해 설명할 때 특히 빛을 발한다. 이론가들은 이것을 오래 전에 처음 생각하기 시작했다. 1742년, 프랑스의 수학자이자 철학자인 피에르 루이 드 모페르투스는 혜성이 행성에 충돌하면 지구상의 많은 생명체들이 멸종될 수 있다는 것을 인식했다. 다음 세대에 피에르 사이먼에 따르면, 큰 크기의 운석들은 모든 종들을 멸종시키는 대재앙을 일으킬 것이라고 한다. 오늘날 정부는 과학자들에게 의뢰하여 지구가 소행성에 직접 부딪힐 수 있는 가능성을 가장 잘 대처하는 방법을 찾고 있다.

랜달의 이야기는 생물학, 고생물학, 기상학, 수학을 포함한 매우 다양한 학문들을 다룬다. 그리스로 여행을 갔을 때, 그녀는 크레이터라는 단어의 기원에 따라 일어난다. 즉, 와인을 물로 희석시킬 수 있는 큰 구멍이 있는 그릇이다. 그러나 이 책에서 단연코 가장 설득력 있는 부분은 그녀의 이론의 모든 가닥들을 종합하고, 그 기원을 설명하고, 미래를 내다보는 절정기이다. 그녀는 자신의 동료들 중 일부는 새로운 가설을 확장으로 간주한다는 것을 잘 알고 있지만 열린 마음을 유지하고 비정통적인 이론적인 생각을 내세우는 위험을 감수해야 한다고 강조한다. 자연은 종종 처음에는 거의 불가능해 보였던 생각을 선호하는 것으로 밝혀졌다는 것을 기억할 필요가 있다. 위대한 덴마크의 양자 이론가 닐스 보어는 이것을 알고 있었다. 논쟁의 여지가 있는 세미나가 끝난 후 그는 연설자에게 말했다. 우리는 모두 당신의 이론이 미친 것이라는 것에 동의한다. 우리를 분열시키는 문제는 그것이 옳을 기회를 가질 만큼 미친 짓인가 하는 것이다. 확실히 랜달은 이론가들이 어둠 속에서 창조적인 일을 할 수 있는 충분한 범위가 있다는 것을 보여준다.