우주의 역사 그리고 미래는

밤하늘에 보이는 무수한 별들 그 가운데 하나인 우리의 지구도 역시 별 중에 하나이다. 광활한 우주는 언제부터 시작되었는지 그리고 시작과 끝이 있듯이 언젠가 종말점이 있지 않을까 아니면 무한대로 남아있을지 우주의 역사 그리고 배경에 대하여 흥미 있는 부분을 알아보기로 한다.

 

밤하늘에 보이는 무수한 별들

1. 우주의 기원은 

1) 우주 탄생의 비밀을 밝히기 위해 천문학자들은 끊임없이 연구를 이어가고 있다. 빅뱅 이론에서부터 암흑물질, 암흑에너지 그리고 다중우주론까지 다양한 가설들이 제기되고 있지만 아직까지 확실하게 밝혀진 건 없다.

2) 분명한 건 현재까지의 과학 기술로는 관측조차 불가능하다는 사실이다. 인류가 직접 눈으로 확인할 수 있는 범위는 지극히 제한적일 수밖에 없다. 

3) 언젠가는 광활한 우주 어딘가에 존재할지 모를 외계 생명체를 만날 수 있지 않을까 하는 기대를 하기도 한다. 만약 정말로 외계인 또는 생명체를 만나게 된다면 아마도 굉장히 놀랍고 신기할 것 같다. 지구상에서는 볼 수 없었던 진귀한 광경을 목격할지도 모르는 그날이 언제 올지 미지수이다.

4) 우주는 공간과 시간 그리고 행성, 항성, 은하 및 다른 모든 형태의 물질과 에너지를 포함하는 내용들의 모든 것이다. 대폭발 이론은 우주의 발전에 대해 지배적인 우주론적 기술이다. 우주의 공간과 시간은 137억 년 전에 함께 나타났고 대폭발 이후 우주는 계속 팽창하고 있다.

5) 우주 전체의 공간 크기는 알려져 있지 않지만, 관측 가능한 우주의 크기를 측정할 수 있는데, 이 크기는 현재 약 930억 광년 정도이다.
6) 우주의 초기 우주론적 모형은 고대 그리스와 인도 철학자들에 의해 개발되었으며 지구를 중심에 두는 지구중심적이었다. 수세기에 걸쳐, 보다 정확한 천문 관측은 니콜라우스 코페르니쿠스가 태양이 태양계의 중심에 있는 태양중심적 모형을 제안한 이후이다. 
7) 태양은 우리 은하에 있는 수천억 개의 별 중 하나이며, 우주에서 수천억 개의 은하 중 하나라는 라는 사실이 밝혀졌다. 은하의 많은 별들은 외계 행성을 가지고 있다. 가장 큰 규모에서 은하는 모든 방향으로 균일하게 분포되어 있으며, 이는 우주가 가장자리도 중심도 없다는 것을 의미한다. 
8) 대폭발 이론에 따르면, 처음에 존재하는 에너지와 물질은 우주가 팽창함에 따라 밀도가 낮아졌다. 10-32초 정도의 급팽창 시대라고 불리는 초기 가속 팽창과 알려진 네 가지 기본 힘의 분리 이후, 우주는 점차 냉각되고 계속 팽창하여 최초의 아원자 입자와 단순한 원자들이 형성될 수 있게 되었다. 
9) 은하의 운동을 연구한 결과, 우주에는 보이는 물체가 설명하는 것보다 훨씬 더 많은 물질이 포함되어 있다는 것이 발견되었다.

10) 별, 은하, 성운 및 성간 가스 외에 보이지 않는 물질을 암흑물질이라고 한다. 우주의 질량과 에너지의 약 69.2%가 우주 팽창을 일으키는 암흑에너지이며, 또한 약 25.8%는 암흑물질이다. 따라서 일반 물질은 물리적 우주의 4.84%에 불과하다. 

2. 우주의 배경은

1) 우주는 인간이 상상할 수 있는 모든 것을 담고 있다. 광활한 공간에서부터 작은 먼지 하나까지 모두 포함된다. 따라서 인류 문명의 기원이자 미래이기도 하다.

2) 지금으로부터 약 138억 년 전 빅뱅이라는 대폭발로 인해 우주가 탄생했고 현재까지도 팽창하고 있다고 한다. 그리고 지구라는 행성 위에 생명체가 등장했으며 마침내 오늘날과 같은 눈부신 과학기술 시대를 맞이하게 되었다.

3) 만약 빅뱅이 없었다면 미지의 암흑물질만이 가득한 세상이었을 것이다. 물론 이 모든 것이 아직까지는 가설에 불과할 뿐이다. 
4) 우주론은 크게 빅뱅이론과 정상상태우주론으로 나뉜다.

5) 빅뱅이론은 대폭발설이라고도 하는데 약 137억 년 전 하나의 점으로부터 폭발하여 지금의 우주가 탄생했다는 이론이다.

6) 태초에 모든 물질과 에너지가 작은 점에 응축되어 있다가 엄청난 폭발과 함께 팽창되었다는 것이다. 이때 생긴 빛이 현재까지도 지구에 도달하고 있으며 별과 은하계 그리고 생명체가 존재한다는 증거이기도 하다. 아직까지는 가설 단계이기 때문에 과학적 근거가 부족하다는 한계점이 있다.

7) 정상상태우주론은 1917년 아인슈타인이 제안한 이론으로 초기 조건만 충족되면 영원히 변하지 않는 우주 모형이다. 따라서 빅뱅이 일어났다는 가정 자체가 성립되지 않는다. 

8) 인플레이션이라는 개념을 도입했는데 이것은 아주 짧은 시간 동안 급격한 팽창이 일어나는 현상을 말한다. 이로 인해 밀도가 높은 영역에서는 중력이 강해지고 밀도가 낮은 영역에서는 상대적으로 중력이 약해진다.

9) 이렇게 되면 공간이 휘어지면서 블랙홀이 형성되는데 만약 태양 질량의 30배 이상 거대하다면 주변의 시공간을 왜곡시켜 빛조차 빠져나올 수 없게 된다.

10) 우주에 물질이 많을수록 물질의 상호 중력 당김은 더 강해진다. 우주가 너무 조밀하다면 중력 특이점으로 다시 붕괴될 것이다.

11) 우주에 물질이 너무 적으면 자체 중력이 너무 약해서 은하나 행성과 같은 천문학적 구조를 형성할 수 없다.

12) 대폭발 이후 우주는 단조롭게 팽창했다.

13) 우리 우주는 입방미터당 약 5개의 양성자에 해당하는 적절한 질량-에너지 밀도를 가지고 있으며, 이는 지난 138억 년 동안 팽창하여 오늘날의 우주를 형성하였다.
14) 팽창 속도에 영향을 미치는 우주의 입자에 작용하는 역학적인 힘이 있다. 1998년 이전에는 우주의 중력 상호작용의 영향으로 시간이 지남에 따라 팽창률이 감소할 것으로 예상했으나 실제는 그 반대였으며 이는 암흑에너지에 의한 것으로 추정된다.

 

3. 우주의 미래는 어떻게 될 것인가

우주의 종말과 대폭발 이전에 무엇이 있었는지에 대한 많은 경쟁적인 가설들이 있는 반면, 다른 물리학자들과 철학자들은 이전 상태에 대한 정보에 접근할 수 있을지 의심하게 된다. 또한 현재의 우주에서 미래는 어떻게 될지에 대한 추측을 요약하면 다음과 같이 설명을 한다.

1) 지금처럼 팽창이 계속됨에 따라 우주는 더 커지고 더 차가워지고 희석된다. 시간이 지나면 모든 구조는 결국 아원자 입자와 광자로 분해된다.
2) 공간의 팽창은 가속화되고 어느 시점에서 극도가 되어 아원자 입자와 시공간의 조직조차도 쪼개져 존재하지 않게 된다.
3) 팽창은 결국 느려지고 멈춘 다음 모든 물질이 공통의 중심을 향해 가속하면서 역전된다. 현재로서는 잘못된 것으로 간주되고 있다.
4) 모든 힘, 입자 및 구조를 뒷받침하는 양자장이 다른 법칙, 형태로 붕괴된다.