우주의 시작, 빅뱅이란 무엇인가?

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빅뱅 BigBang

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우주의 시작, 빅뱅이란 무엇인가?

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Writer 인터스텔라 Date21-10-17 00:00 Hit28 Comment0

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빅뱅은 가장 유명한 우주 생성 이론입니다. 기본적으로 빅뱅 이론은 우주가 한때 더 작고 조밀했으며 억겁의 세월 동안 팽창했다고 말합니다. 이 영상은 빅뱅 이론에 대해 설명하고 우주가 존재하게 된 근본 원인에 대한 몇 가지 추측적인 아이디어(양자거품, 다중우주, M 이론 등)를 보여드립니다.

* 이 영상의 일부는 NASA 및 페르미 국립가속기연구소(Fermilab)가 제공하는 퍼블릭 도메인 영상을 활용하였습니다.

Credit: NASA | Fermilab, U.S. Dept. of Energy
This video mainly used public domain footages provided by NASA and Fermilab.
Thank you Dr. Don Lincoln

[자막]

대부분 사람들은 어떤 것의 기원에 관심이 있습니다
우리는 원인과 이유를 궁금해 하며, 어떤 경우에는 답이 간단하죠
예를 들어, 우리의 기원은 당연히 부모님이고 더 위로 가면 할아버지와 할머니입니다
더 멀리 올라가면 호모 사피엔스 종이며 이런 식으로 진화의 사슬을 계속 이어나갈 수 있습니다
근원적인 곳까지 들어가면 비록 모든 세부사항을 알지는 못해도 전체 그림은 이해할 수 있죠

이러한 기원에 관한 이야기 중에서 아마도 가장 대단한 것은 모든 것의 기원인 우주의 탄생일 겁니다
우주의 탄생 또한 우리가 모든 것을 알지는 못하지만 큰 틀을 비롯해 많은 것이 밝혀져 있습니다
우리의 우주는 약 140억년 전에 빅뱅이라고 불리는 대폭발로 시작되었습니다

빅뱅 이론의 핵심은 크게 두 가지죠.
첫째, 우주는 더 뜨겁고 더 조밀한 형태에서 오늘날 우리가 보는 우주로 팽창되었습니다.
둘째, 그 팽창이 오늘날에도 계속되고 있습니다.

이 이론이 보편적으로 받아들여지는 많은 이유가 있는데, 몇 가지를 살펴보겠습니다
1929년에 에드윈 허블은 먼 은하가 우리에게서 멀어지고 거리가 멀수록 더 빠르다는 사실을 발견했습니다
그의 연구는 단지 약 6백만 광년 떨어진 은하들만 관련되었지만 20세기 중반에 수십억년 거리의 우주를 관측한 결과도 마찬가지였습니다
두 번째 증거는 우주를 살펴볼 때 관찰되는 수소와 헬륨의 비율입니다.
1948년 세 과학자가 우주가 형성될 때 생성된 수소 원자 수와 헬륨 원자 수의 비율을 예측했습니다
매우 분명한 이 예측은 92개의 수소 원자마다 8개의 헬륨 원자가 있어야 한다고 주장했습니다
우주 관측 결과 이 예측이 매우 잘 들어맞는다는 것이 확인되었습니다
1960년대에 세 번째 증거가 발견되었습니다
우주가 원시 불 덩어리로 시작되었다면 팽창함에 따라 온도가 떨어져야 합니다
1964년 우주 온도는 절대온도 2.7도 또는 섭씨 약 -270도로 결정되었습니다
당신이 우주 어디를 보더라도 그곳의 온도는 이 온도이죠
지난 50년 간 관측 기술이 발전함에 따라 초기 우주를 이해할 수 있는 데이터가 대량으로 확보됐습니다
그리고 이 데이터는 빅뱅 이론을 강력하게 강력하게 뒷받침합니다
또한 원시 우주는 10조분의 1초 동안 존재했는데, 입자가 찰나의 순간에만 존재하는 입자가속기에서도 예외적인 온도가 생성된다는 사실에서 영감을 얻었습니다
한마디로 모든 데이터는 초기 우주는 눈 한번 깜박이는 데서 나왔다는 생각을 뒷받침합니다
사실 과학자들이 빅뱅을 말할 때는 팽창이 시작된 정확한 순간은 포함하지 않습니다
무엇이 우주를 팽창하게 만들었는가는 현재 빅뱅 모델에 포함되지 않는 주제이죠
그럼 무엇이 우주를 움직이게 만들었는가, 무엇이 작게 뭉친 우주를 팽창하게 했는가
더 중요한 질문이지만, 사실 과학자들은 아직 잘 모릅니다

그렇지만, 과학적으로 믿을 만한 가설들이 있고 점차 높은 가능성으로 발전해 왔습니다
가장 일반적인 것은 우주가 훨씬 작고 조밀했으므로 양자역학의 법칙이 지배했으리라는 추측입니다
초기 우주는 수시로 나타났다 사라지는 입자로 가득찼을 것이며 그것을 양자 거품이라고 부릅니다
그리고 양자 거품에서 어쩌다 양자 요동이 발생하여 작은 우주의 구속력을 극복하고 우주를 팽창으로 내몰았습니다

뜬구름 잡듯이 들리지만 오늘날 실제로 관찰되며 상당히 잘 이해하고 있는 현상입니다
우주가 시작되기 전에 거대한 다차원 끈들이 존재했다는 이론도 있습니다
막들이 어떤 고차원 공간에서 떠다니다가 서로 충돌해 많은 에너지를 방출하면서 우주가 만들어졌다는 것입니다
또 다른 아이디어는 이러한 모델 중 일부에 루프 양자 중력을 도입했습니다
우주는 일련의 큰 격동을 경험하며 그 과정에서 우주는 팽창했다가 수축하고 이를 다시 반복한다는 이론입니다
우주의 팽창 단계는 끝이 없는 것 같다는 생각과 결이 다른 아이디어입니다
어쩌면 새로운 물리학이 팽창 단계에 반하는 수축을 가능케 할 지도 모릅니다

네 번째 대담한 아이디어는 초끈 이론의 확장인 M 이론을 사용합니다
여러 우주가 아주 오랫 동안, 아마도 영원히 존재해 왔다고 주장합니다
우주들 중 하나가 우리 우주인데 마치 방울이나 거품 같은 것이죠
여러 우주를 통틀어 부르는 단어가 다중우주입니다
우주라는 단어는 전통적으로 모든 것을 의미하므로 다중우주라는 말은 혼란스러울 수 있습니다
하지만 우주가 각기 독립적이고 서로 교류하지 않는다면 타당한 말일 수 있죠
네 가지 아이디어를 말씀드렸지만, 그 무엇도 확실한 것은 없습니다.
오랜 시간이 흘러야 진전이 있겠지만 이번 세기에 아인슈타인 같은 천재가 나오면 좋겠습니다.

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