급팽창 이론에 대해 알아봅시다

우주는 138억 년 전에 시작되었습니다 초고온과 초고밀도 불 덩어리 빅뱅의 급속한 팽창으로 인해 태어났다고 합니다 그렇다면 빅뱅은 어떻게 일어났을까요? 그 기원은 무엇일까요? 이 수수께끼에 대한 해답은 빅뱅 직전의 우주가 시작되는 순간을 포착한 급팽창 이론에 있습니다 1981년 도쿄 대학의 사토 카츠히코 명예 교수(현 국립 자연 과학 연구소 소장)는 우주의 탄생을 이끈 10번째 급팽창 이론을 발표했습니다 극도로 작은 우주가 빠르게 팽창하고 그 당시 방출 된 열에너지가 빅뱅의 불 덩어리가 되었다고 설명하는 이론입니다 미국의 앨런 구스(Alan Guth)도 비슷한 시기에 비슷한 이론을 제시했습니다 인플레이션율이 너무 빨라서 샴페인 한 방울이 빛의 속도보다 빠르며 순식간에 태양계보다도 큽니다 폭발적인 팽창률 때문에 사토 명예교수는 이를 지수 팽창 모델이라고 이름 지었습니다 "나는 입자 물리학 이론으로서 우주의 시작을 설명하고 싶었습니다" 라고 그는 회상합니다

<진공 에너지 및 상전이>
입자 물리학에 따르면 물이 빈 공간에서 얼음으로 변하는 것처럼 에너지가 높은 진공은 에너지가 낮은 진공으로 상전이를 겪습니다 (상전이) 급팽창 이론은 진공의 에너지가 출생 직후의 우주에서 높고 서로를 밀어내는 힘(반발력)이 작용하여 우주를 빠르게 팽창시킨다고 설명합니다 아인슈타인의 상대성 이론은 진공 에너지로 채워진 공간이 서로를 밀어 낸다는 것을 보여주기 때문입니다 급속히 팽창하는 우주에서는 상전이가 일어나는데 물이 얼음으로 변할 때 열이 방출되는 것처럼, 진공에너지도 상전이로 인해 엄청난 열에너지를 방출하게 되는데 이 열로 인해 우주는 초고온의 불덩어리가 됩니다 (빅뱅)
<인플레이션의 증거>
NASA가 발사 한 COBE 및 WMAP 위성의 관측은 2000년대 인플레이션 이론의 예측과 일치했습니다 그 결과 급팽창 이론은 빅뱅을 뒷받침하는 우주의 탄생 이야기로 널리 받아들여 졌습니다 "관측 데이터가 인플레이션 이론의 예측과 매우 훌륭하게 일치하는 것을 보았을 때 정말 감명을 받았습니다" 여전히 흥분하고 있는 사토 명예 교수는 말합니다
<인플레이션의 증거로서의 중력파>
그러나 인플레이션 이론에 대한 결정적인 증거는 아직 발견되지 않았습니다 급격히 팽창하는 경우, 거대한 별의 폭발과 같이 질량이 큰 물체가 움직일 때 발생하는 시공간의 왜곡을 빛의 속도로 전달하는 중력파가 생성 되어야 하기 때문입니다 그러나 지구에 도달하는 중력파는 매우 약하고 직접 관찰하기도 어렵습니다 이론적으로 인플레이션의 흔적은 관찰 할 수 있는 가장 오래된 빛이라고 하는 우주 배경 복사에 나타나는 특별한 패턴에서 간접적으로 발견 될 수 있다고 예측합니다 우주가 생성될 때 만들어진 중력파는 우주 배경 복사와 충돌하여 그곳에서 독특한 나선형 패턴을 생성했을 것 입니다 나선형 패턴이 발견되면 강한 인플레이션의 증거가 됩니다 이 흔적을 찾기 위해 전 세계적으로 10개 이상의 관측 프로젝트가 있습니다 미국 하버드대 등이 남극에 설치한 망원경 BICEP2를 이용해 지상에서 관측하는 반면, 유럽우주국(ESA)이 발사한 플랑크 위성은 우주에서 관측(전천후 조사)을 합니다 일본에서는 도쿄 대학과 에너지 가속기 연구기구(KEK)가 관측을 주도하고 있습니다 "중력파의 흔적은 인플레이션 메커니즘에 대한 중요한 정보를 포함해야 하며, 이론을 뒷받침 할 수 있는 알려지지 않은 암흑 에너지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다 미래에는 중력파를 직접 관찰할 수 있을지도 모릅니다" 사토 명예교수가 말합니다 인플레이션에서 암흑 에너지 그리고 그 너머의 궁극적인 이론에 이르기까지, 우주에 대한 욕망은 시간이 지나도 줄어들지 않는 것 같습니다