서론
어릴 때부터 우주에 관심이 많았습니다. 우주 관련 다큐멘터리를 볼 때마다 무한한
공간에 무엇이 있을지 무척 궁금했어요. 상상만 하고 배울 생각을 하지 못 했네요.
나이가 든 지금에 와서 하나씩 배워나가고 탐구 해보고자 합니다.
우주의 크기는 얼마나 클까요? 앞으로 얼마나 더 커질까요? 이런 생각에 대하여
조금이라도 답을 찾고자 자료를 찾아 정리해 보았습니다. 그럼 저와 함께
공부해보시죠!
빅뱅 우주론
많이 들어 보셨을 것 같습니다. 빅뱅 우주론은 약 138억 년 전에 한 점에서 시작해
지금까지 폭발적으로 팽창하여 우리가 살고 있는 우주가 되었다는 이론입니다.
미국인 물리학자 조지 가모프(George Gamow, 1904~1968)가 제안하였습니다.
빅뱅 우주론은 다음과 같은 핵심 개념을 포함하고 있습니다.
- 시간의 시작
빅뱅 이전에는 시간과 공간이 없었다고 가정하고 있고, 빅뱅이 지금의 우주와 같은
상태를 만들면서 동시에 시간도 함께 시작되었다고 보고
있습니다.
- 우주의 팽창
빅뱅은 초기에 매우 작은, 고밀도, 고에너지 상태에서 시작되었고, 그 후에
지속적으로 팽창하고 있습니다. 빛 보다 빠른 속도로 팽창하고 있다고 하니 엄청난
것 같습니다. 이러한 팽창은 현재까지 계속되고 있습니다.
- 원시 원자 핵 생성
빅뱅 이후 초기에는 매우 뜨거웠기 때문에 원자핵 생성이 가능했습니다. 이러한
조건에서 원자핵이 형성되었으며, 이것은 우주 초기의 주요 단계 중 하나
입니다.
- 원시 원자로의 진화
우주가 식별 가능한 원자로 발전하면서 냉각되고 안정화 되었으며, 별과 각종
천체의 형성과 진화를 촉진하는 기반을 마련했습니다.
빅뱅 우주론은 많은 실험적인 증거와 관측 결과에 기반하고 있으며, 현대 천문학과
우주과학의 중요한 이론 중 하나로 여겨집니다.
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| 우주 팽창 모형(사진출처=wikipedia) |
우주배경복사(CMB)
위에서 언급했던 바와 같이 빅뱅 우주론은 많은 실험적인 증거와 관측 결과에
기반하고 있습니다. 그 중 관측 결과에 해당하는 것이 우주배경복사(cosmic
microwave background, CMB)입니다.
우주배경복사는 빅뱅 이후 우주가 팽창하면서 생긴 복사 에너지의 남은 흔적입니다.
이 복사는 전파 범위에서 발견되며, 매우 낮은 온도에 해당하는 마이크로파입니다.
우주 전체에 고르게 분포하고 있으며, 그 온도는 약 2.7K(약
-270.45℃)입니다.
빅뱅 이후 38만 년이 지난 후 우주의 온도가 3,000K까지 내려갔고, 우주의 원자에서
3,000K의 흑체복사가 처음으로 방출되었습니다. 우자가 팽창함에 따라 그 파장이
길어져 2.7K의 전파의 형태로 지구에 도달하게 된 것입니다. 원래는 3,000K의
파장이 측정 되어야 하지만 우주 팽창으로 2.7K의 파장이 측정 되는 것
입니다.
아래 그림은 우주배경복사 이미지이며, 137억 7천 만년 전의 열 변화를
보여줍니다.
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우주 heat map(사진출처=wikipedia) |
우주배경복사의 발견
1948년 우주배경복사를 예측한 사람이 있습니다.
조지 가모프(George Gamow) 입니다. 우주가 빅뱅으로 팽창했다면,
우주 온도가 약 3000K 일 때 빛과 물질이 분리 되면서 빠져나온 빛이 우주의
팽창에 따라 파장이 길어져 마이크로파의 형태로 관측 될 것이라고
예측했습니다.
가모프의 예측의 증거인 우주배경복사는 1964년에
아노 펜지어스(Arno Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Wilson)에 의해
우연히 발견되었습니다. 이들은 무선 통신의 잡음을 제거하려고 라디오 안테나를
사용하는 실험을 하고 있었는데, 그 결과로 우주배경복사를 발견하게
되었습니다.
우주 배경 복사는 빅뱅 이론과 일치하며, 우주의 초기 상태와 진화에 대한 중요한
증거로 사용됩니다. 특히, 이 복사에서 나타나는 작은 온도 차이는 초기 우주의
밀도 변화를 나타내며, 이것이 후에 은하, 별, 행성과 같은 구조의 형성에 이어지는
과정을 설명하는 데 도움이 됩니다.
글을 마치며
오늘은 우주배경복사에 대해 알아 보았습니다.
빅뱅 우주론의 강력한 증거인 것과 동시에 사람들의 호기심과 탐구심에 대한 놀라운
결과라고 말하지 않을 수 없을 것 같네요.
태어나기 한참 전인, 인간이 인지 하기에도 벅찬 그 이전의 시간, 우주 초기 모습에
대하여 예측하고 관련 증거를 찾아 입증하고, 발전시키는 과학자들의 모습이 정말
대단한 것 같습니다.
우주를 좋아하는 사람으로서 호기심과 탐구심을 잊지 말아야 할 것 같습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
