우주의 팽창(제3단락)ㅡ스티브 호킹

 

팽창하는 우주ㅡ제3편

빅뱅 ㅡ 우주대폭발

 

 

 

 

처음 시간과 공간이 태어나는 시점을 우리는 대폭발, 혹은 빅뱅(big bang)이라고 부릅니다.

 

물론 그 전에는 무(無)의 세계, 알 수 없는 세계였습니다.

 

“무엇인가가 있기 전에는 무엇이 있었는가?”라는 질문에 대한 호킹 박사의 대답은

 

‘무경계 제안'(no-boundary proposal)이라고 대답합니다.

 

 

 

 

무한대의 밀도와 극한의 온도가 한 점에 농축돼 있는 이 '특이점'에서는

 

우리가 알고 있는 모든 물리법칙은 작동을 멈춘다.

 

다른 말로 하면, 우주가 팽창하기 전에는 시간 자체가 존재하지 않았다는 뜻입니다.

 

시간이나 공간, 물질은 빅뱅과 함께 비로소 존재하게 되었다는 것입니다.

 

---

 

 

 

1917년 아인슈타인(Albert Einstein)이 발표한

 

'정적우주론'은 "우주는 팽창하지도, 수축하지도 않는다."라고 주장합니다.

 

 

그러나 러시아의 수학자 <프리드만(Friedman)>과 벨기에의 신부 <르메트르(Lemaitre)>는

 

<일반상대성이론>에서 팽창하고 있음을 알았다고 합니다.

 

 

<프리드만>은 1922년 "우주는 극도의 고밀도 상태에서 시작돼 점차 팽창하면서 밀도가 낮아졌다"는 논문을,

 

<르메트르>는 1927년 "우주가 원시원자들의 폭발로 시작됐다"는 논문을 각각 발표합니다. 

그리고 2년뒤 1929년 미국의 천문학자 <허블(Edwin Powell Hubble)>이 은하들이 멀어지고 있음을 관측해

 

우주가 팽창한다는 사실을 발표한 것입니다.

 

 

1.우주가 팽창하기 전으로 돌아가면 어떤 모습일까?

 

2. 우주가 언제까지 팽창할 것인가?

 

이 두가지가 모든 과학자들의 궁금증이었습니다.

 

 

우주의 팽창

 

 

 

1946년 한 때<프리드만>의 제자였던 러시아 출신의 미국 물리학자 <조지 가모프(George Gamov)> 는.

 

초기 우주는 고온고밀도 상태로 백열(白熱)하고 있었을 것이라는 주장에 대해서 연구하고 논문을 발표합니다.

 

탄생 후 우주의 온도가 1초 때 1백억°C, 3분 후 10억°C, 1백만 년이 됐을 때는 3천°C로 식었을 것이다.

 

또한 우주 초기에는 온도가 너무 높아 무거운 원자들은 존재할 수 없었고, 이때 생긴 수소(75%)와 헬륨(25%)이

 

현재 우주 질량의 대부분을 차지한다는 것입니다.

 

 

 

1948년 미국의 물리학자 <랠프 앨퍼(Ralph Asher Alpher)>와 <로버트 허먼(Robert Herman)>은

 

초기 우주의 흔적인 복사선(우주배경복사)이 우주 어딘가에 남아 있으며, 그 온도는 영하 268°C일 것이라고 예언합니다.

 

<허블>이 발견한 은하들의 적색이동, 가벼운 원소들이 풍부하게 존재한다는 사실, 그리고 우주배경복사를

 

바탕으로 하는 것이 대폭발이론, 즉 빅뱅우주론입니다.

 

 

어느 과학자는 "우주가 어느 날 갑자기 빵(bang)하고 대폭발을 일으켰다는 이론도 있다."

 

면서 <가모프>의 이론을 비웃으면서 생겨났다고 합니다. 이때부터 초기우주론은 <빅뱅이론>

 

이라고 불렸고,자신이 처음 지은 '원시 불덩이'(primeval fire ball)란 말 대신 이를 사용했다고 합니다.

 

 

 

1964년 벨연구소에 근무하던 독일 태생의 미국 천체물리학자 <아노 펜지아스(Arno Allan Penzias)>와

 

로버트 윌슨(Robert Woodrow Wilson)>이 1948년 <앨퍼와 허먼>이 예언했던 '우주배경복사'를 발견한 것입니다.

 

'우주배경복사'의 온도는 영하 269.5°C(3.5K)로 예언했던 것과 1.5°C 밖에 차이가 나지 않았다고 합니다.

 

 

<펜지아스와 윌슨>은  '우주배경복사'를 발견한 공로로 1978년 노벨물리학상을 수상합니다.

 

 

 

 

 

 

 

우주배경복사?ㅡ마이크로파

 

TV채널 정규방송이 종료하면 찌찍~하는 잡음과 화면에 검은 점점들...요란하게 움직이는 잔상들 중

 

1%가 137억년 전 우주배경복사인 마이크로파입니다. 빅뱅후 38만년 후에 일어난 뜨거운 빛이 

 

137억년 시간이 지나 식어서 훨씬 미약한 마이크로파로 변해서 우리 곁에 와 있는것입니다.

우주배경복사 지도는 우주론을 연구하는 학자들에게는 보물지도와 같은 것입니다.

 

 

 

우주배경복사지도ㅡ예를 들어 온도가 약간 높은 지역과 낮은 지역의 크기와 온도를 비교하여

 

초기우주의 인력의 세기를 알아내고,

 

물질이 얼마나 빨리 쌓이게 되었는지 또  얼마나 많은 물질과 암흑물질, 암흑에너지가

 

우주를 구성하는지 추정할 수 있으며,  우주가 영원히 팽창할 것인지? 

 

팽창속도가 느려질지? 아니면 빨라질지?도 결정할 수 있다고 합니다.

 

---

 

 

팽창을 하고 있다는 사실을 좀 더 구체적으로 이해하기 위해서, 

풍선에 점을 몇개 찍어놓고 그리고 풍선을 불기 시작합니다.

 

풍선은 계속 커지고 있지만 작은 점들의 간격은 계속 넓어지고 있음이 보여집니다.

 

이와 같이 우리의 우주는 팽창하고 있습니다.

 

 

 

은하들 사이의 공간이 팽창하면서 은하들은 점차 우리로부터 멀어지고 있는 것입니다.

 

만일 정말로 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다면 은하들 사이의 공간이 증가해야 합니다.

 

즉, 이것은 과거에는 은하들이 더 가까이 있었다는 것을 의미합니다.

 

만약 시간을 거꾸로 돌린다면 은하들은 계속 가까워져 결국은 모두 한 곳에 모이게 된다고 합니다.

 

이것은 우주 팽창을 인증한다는 것으로 시작된 '특이점'과 '빅뱅 이론' 또한 받아들여야 함을 의미합니다.

 

긴글 읽어주셔서 감사합니다^^