18세기 화학자들에게는 ‘불에 탄다. 즉 철이 녹슨다. 알칼리 금속들이 불에 탄다.’라는 현상을 설명하기 위하여 불의 정소와 같은 플로지스톤이라는 물질을 상정하였다. 세상에 모든 불에 타는 물질은 그 속에 플로지스톤이 들어있으니, 불에 탄다는 현상은 이노마가 빠져나와 공기중으로 흩어지는 현상이라고 파악하였다. 그래서 그 당시 학자들은 단지 불에 타는 것만이 아니라, 쇠가 녹스는 것, 우리가 숨을 쉬는 것까지도 플로지스톤을 이용하여 설명하였다. 그러나 이 이론에는 단점이 있었으니 나무나 기름 등은 불에 타면 질량이 감소하지만, 쇠가 녹슬거나 알칼리 금속이 불에 타면 질량이 증가한다는 것이었다. 그래서 이러한 모순을 설명하기 위하여 급기야 플로지스톤이 음의 질량을 가지고 있다는 논리로까지 발전하게 된다.

그러나 18세기 후반에 이르러 앙투안 라부아지에가 정밀한 실험을 하면서 불에 탄다는 것은 플로지스톤의 방출이 아니라 산소와의 결합 과정, 즉 산화임을 증명하면서 플로지스톤설은 완전히 폐기되었다.

박석순 이화여대 명예교수가 번역한 제럴드 폴락의 ‘차지드(CHARGED), 대자연을 지배하는 놀라운 전기현상’을 읽다 보면 기존의 과학 지식에 대한 상식이 무너져 버리는 느낌이다. 우리가 알고 있는 지구상에서의 물의 순환 즉 기상현상과는 설명하고 이해하는 기반이 완전히 다르다. 우리가 학교에서 배울 때 지구상에서 일어나는 물의 순환은 1.액체 상태의 물이 태양열에 의하여 수증기 형태의 기체로 변하고, 2.그것이 공기 중으로 떠오르면서 상공으로 올라가서 구름이 되고, 3.그 구름이 응결핵을 통하여 액체 상태의 물 입자로나 고체 상태의 얼음알갱이로 변하여 지구의 인력에 이끌러 땅으로 떨어지는 것이 강우, 강설이라고 배웠다.

그러나 이 책에서는 전기 전하의 관계로 파악하여 강우 현상을 설명한다. 이 책을 읽다 보면 먼저 물의 제4상(상태)인 EZ물(Exclusion Zone Water, 배타구역 물)에 대한 개념을 접하게 되는데, 이는 고체, 액체, 기체와는 다른 육각형 벌집 모양의 격자 구조로 촘촘히 배열되어 안정된 4번째의 물 상태가 있다는 것을 알게 된다. 이 EZ물은 자체적으로 음(-)전하를 띄는데 H3O2로 표현할 수 있다. 그에 비해 그 바깥쪽의 일반 물(Bulk Water)에는 분리된 양성자(H+)가 일부 물 분자(H2O)와 결합한 하이드로늄 이온(Hydronium ion)을 형성하여 섞여 있으며 양(+)전하를 띈다. 그리고 이때 EZ물의 특성을 가진 분자 집합체나 격자 구조 단위를 소체(Entity/Body)'라고 표현한다.

지구상에서 이루어지는 물의 순환, 낙뢰, 태풍, 토네이도 등의 현상은 이 소체와 하이드로늄이온의 상호 작용으로 이루어진다고 치밀하게 논리적인 설명을 한다. 책의 전반부를 읽다 보면 익숙하지 않은 물질의 상태에 대한 사고로 인해 조금 어렵게 느껴지지만, 저자의 논리적인 EZ물에 대하여 이해하게 된다면, 책의 중,후반부는 호기심이 가득한 상태로 한 장, 두 장 자연스럽게 책장이 넘어가며, 다음에는 어떤 논지로 현상을 설명할 지에 대한 예측도 조금 가능해 진다.

이 책을 읽으면서 불현듯 내 머릿속을 스쳐가는 사고가 있었다. 아인슈타인의 중력이론은 공간이 질량으로 인하여 휘어있다는 것으로, 즉 중력의 본질은 질량이라는 것이다. 그렇다면 질량의 근원은 무엇인가? 이에 대하여 현대과학은 힉스입자로 설명한다. 그렇다면 힉스입자는?이처럼 하나하나 ‘왜? 무엇? 어떻게?’를 질문하다 보면 막바지에 더 이상 대답을 머뭇거리게 만드는 상황에 도달한다.

이러한 사고가 이어지면서 ‘질량의 근원이 전자기 현상이라면’이라는 생각이 머릿속에 떠올랐지만, 다음 순간에 곧바로 전자기 현상으로는 질량을 설명하지 못한다는 사고가 스쳐지나갔다. 그러나 좀 더 곰곰이 생각하다 보니 암흑물질(dark matter), 암흑에너지(dark energy)에까지 이르렀다.

설명을 한다는 것과 왜, 어떻게를 이해시키는 것은 전혀 다르다. 밤하늘의 은하수를 관찰하면 은하 외곽도 중심부와 거의 같은 속도로 회전한다고 알려져 있다. 그런데 이런 현상은 케플러의 법칙을 따르지 않기 때문에 우리 우주에는 이를 설명하기 위해서 물질보다는 6배 정도(약 30%)나 더 많은 눈에 보이지 않는 암흑물질이 있다고 가정하고 우주를 설명하고 있으며 그 암흑물질을 찾기 위하여 지금도 수많은 과학자가 열심히 노력하고 있다.

그런데 암흑물질보다는 지금의 우리는 우리의 우주를 이해하는 사고에 문제가 있었던 것은 아니었을까? 지금까지 은하의 운동과 회전에 관한 이론은 중력이라는 단 하나의 힘만으로 설명하여 왔다. 그런데 은하도 국부적으로 전하를 띌 수 있음을 상상할 수 있다. 우리의 태양도 우주 공간으로 엄청난 양의 태양풍을 쏟아 낸다. 수천억개의 별로 구성된 은하에서 뿜어내는 하전입자들은 우주 구석구석으로 퍼져나갈 것이고 그 하전입자로 인해 은하의 가장자리는 전기적으로 음전하나 양전하를 띌 수 있다. 우주에 존재하는 원자들의 질량 비율을 순서대로 확인해 보면, 1위인 수소(H,73%)로부터 헬륨(He,25%), 산소(O,1.0%), 탄소(C,0.46%), 네온(Ne,0.13%), 철(Fe,0.11%), 질소(N,0.10%), 실리콘(Si,0.07%), 마그네슘(Mg0.06%), 황(S,0.04%)의 순서이다.

이에 걸맞게 최근의 관측 결과에 의하면 은하 외곽 성간공간(Interstellar Medium, ISM) 및 은하 주위 매질(CGM)은 밀도가 매우 낮고 강한 자외선과 우주선(Cosmic Rays)에 노출되어 있어 양이온이 압도적으로 우세하며, 음이온은 매우 제한적인 환경에서만 발견된다고 한다. 은하 외곽 차가운 성간 분자운에서 자주 발견되는 양이온으로는 H+, C+, Mg+, Si+, O5+, C3+ 등이며, 드물게 확인된 대표적인 음이온은 탄소 사슬 음이온 계열( CnH-) 즉 C4H-, C6H-, C8H- 등과 시안화 음이온 계열인 CN-, C3N-, C5N- 등이라고 한다.

이러한 관측 결과로부터 하나의 가설을 세울 수가 있다. 은하 외곽의 거의 대부분이 양전하로 이루어진 것으로부터 모든 입자들이 서로 간의 반발력으로 자신들의 상대적인 위치를 고정시킬 수 있고, 드문드문 존재하는 음전하는 고정된 양전하 등을 더 강하게 잡아두는 역할을 수행함으로써 은하 원반이 하나의 강체(Rigid Body)라고 이해할 수는 없겠는가? 은하 원반을 강체로 이해하면 케플러의 법칙과는 상관없이 암흑물질 문제를 해결할 수 있다.

그리고 은하의 외곽이 양전하를 띄게 됨으로써 은하 간에는 전기적 반발력이 발생하고 이 전기적 반발력이 우주가 팽창하는 원동력은 아닐까? 전기력은 중력보다 약 10의 39승 배 더 강력하다는 것을 기억하자.

나는 개인적으로 은하를 관측한 제대로 된 최신의 데이터도 가지고 있지 않고, 또 은하를 관측할 수 있는 장비를 마음껏 이용할 수도 없는 한 명의 독자이다. 그러다보니 어쩌면 나의 은하에 대하여 사고한 내용을 읽으면서 나의 사고에 동의하여 제대로 된 연구를 하는 사람이 나타날 수도 있지 않을까. 아니면 허무한 낭설로 곧바로 폐기될 수도 있을테고,.. 하여튼 이 책을 읽으면서 나는 즐거움을 느꼈다.

이 책을 읽을 수 있는 기회를 준 제럴드 폴락 박사님과 박석순 교수님께 감사드린다.

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