빅뱅(대폭발) 우주론

현재의 우주론에 따르면 우주는 138억년 전에 초고온 및 초고압 불 덩어리의 폭발로 시작되었습니다 이 폭발을 빅뱅이라고 합니다 우주는 초고온 초고압 상태에서 시작되어 지금도 계속 팽창하고 있는 중입니다 이번에는 우주의 시작, 빅뱅에 대하여 알아보도록 하겠습니다 20세기 초까지의 우주는 시작도 끝도 없고 영원하고 불변한 존재로 여겨졌습니다 만유인력을 발견한 뉴턴은 우주의 크기가 유한하고 별의 수가 한정되어 있다면 언젠가는 별의 중력으로 인해 수축할 것이라고 지적했습니다 그러나 우주가 무한하고 무한한 수의 별이 균일하게 분포되어 있다면 정적 우주가 존재할 수 있다고 예측했습니다 일반 상대성 이론을 만들어 우주론의 기초를 놓은 아인슈타인도 우주가 정적이며 팽창하거나 수축하지 않는다고 예상했습니다 아인슈타인의 이론에서도 중력은 인력이므로 우주는 시간이 지남에 따라 수축하게 되어 있습니다 아인슈타인의 중력에 상응하는 반발력이 있다고 가정하고 정적 우주의 모델을 만들어 보았습니다 이 반발력은 일반 상대성 이론 방정식에서 우주 용어로 도입되었습니다 이에 대한 대응으로 러시아 물리학자 프리드먼은 우주론적 용어 없이 일반 상대성 이론의 방정식을 풀어 확장된 우주 모델을 도출했습니다 이 모델에서는 우주의 물질과 에너지로 인한 중력이 작용하지만 우주 자체의 팽창은 그 효과를 상쇄시킵니다

한편, 벨기에의 성직자 Lemaître는 우주론을 도입한 일반 상대성 이론의 방정식을 풀고 팽창하는 우주 모델을 고안했습니다 1929년 미국의 천문학자 허블은 멀리 있는 은하가 점점 더 멀어지고 있다는 것을 발견했습니다
은하의 후퇴 속도는 은하까지의 거리에 비례합니다 이 관계를 허블-르-미터 법칙이라고 합니다 Lemaître(르-미터)의 이름이 법칙 이름에 있는 이유는 무엇일까요? 사실, Lemaître는 1927년에 발표 된 논문에서 은하의 거리와 후퇴 속도 사이의 관계를 예측했었습니다 국제천문연맹(International Astronomical Union)은 2018년 열린 총회에서 우주의 팽창을 설명하는 법칙을 미래에 허블-르메트르 법칙이라고 불러야 한다는 결의안을 
통과시켰습니다 허블-르메트르 법칙에 대한 직접적인 해석은 우주가 지금보다 작았다는 것입니다 지금은 서로 멀리 떨어져 있는 은하들이 시간을 되감았을 때 모든 은하들을 한꺼번에 모은 것으로 예상됩니다 이것은 어떻게 생겼을까요? 물질에 압력을 가하면 밀도가 증가하고 온도가 상승합니다 허블-르메트르의 법칙은 우주가 시작될 때 온도가 너무 뜨거워서 원자와 핵이 녹았다는 사실로 이어집니다 초기 우주의 핵합성 이론은 과학 계몽주의 작가로도 유명한 가모프에 의해 고안되었습니다 Gamow는 우주는 매우 작고 고온, 고밀도의 불 덩어리 상태로 시작하여 팽창과 함께 희박해졌으며 온도가 현재 상태로 떨어졌다는 불 덩어리 우주 모델을 주장했습니다 천체 물리학자 프레드 호일(Fred Hoyle)은 우주의 팽창 이론을 우주가 쿵 하는 소리와 함께 폭발했다는 이론이라는 뉘앙스로 유머러스하게 빅뱅 이론이라고 불렀습니다 아마도 호일의 좋은 명명 감각 때문에 전 세계의 연구자들은 빅뱅이라는 용어를 사용하기 시작했던 것으로 보입니다 그러나 호일은 빅뱅 우주론을 홍보할 수 있는 입장이 아니었고 빅뱅에 반대하는 고정 우주론을 옹호했습니다 정지 우주론은 우주가 팽창하더라도 시간이 지남에 따라 변하지 않는다고 믿었습니다 팽창하는 우주에서는 물질의 밀도가 점차 감소해야 하지만 정지 우주론에서는 물질이 무에서 생성되기 때문에 밀도가 일정하기 때문입니다

빅뱅의 증거
1965년 빅뱅 우주론의 결정적인 증거가 발견되었습니다 그것은 우주 배경 복사입니다 우주 배경 복사에 대해 알아보겠습니다 우주 배경 복사는 우주의 모든 방향에서 지구에 떨어지는 4기가 헤르츠의 파장을 가진 마이크로파 파동입니다 약 138억 년 전(우주 탄생 후 약 38만 년), 3000, 138K 이상의 뜨거운 우주에서 방출된 빛이 몇 억 년에 걸쳐 지구에 도달했습니다 그동안 우주는 더 커졌고 온도는 270K로 냉각되었습니다 이 우주 배경 복사의 존재는 우주에 한 때 뜨거운 시간이 있었음을 나타냅니다 빅뱅 우주론은 우주가 팽창하고 있을 뿐만 아니라 시작도 있다는 것을 밝혀냈습니다 우주는 영원하고 불변하는 것이 아니라 발전하고 진화하는 것입니다