빅뱅 이론, 우주의 탄생

빅뱅 이론, 우주의 탄생

오늘은 우주의 탄생인 빅뱅이론에 대해서 살펴보도록 하자. 거대하고도 까마득한 우주의 모습은 어떻게 생긴 것 일까. 그리고 그러한 우주생성으로 인해 태양계가 탄생을 했을 것이고 현재는 어떠한 모습으로 우주가 변해가고 있는 것일까. 그에 대해서 오늘 알아보고자 한다. 우리의 우주는 수십억 년 동안 우리가 빅뱅이라고 불리는 뜨겁고 조밀한 상태에서 출현 한 것으로 밝혀졌다. 지난 수십 년 동안 과학자들은 새로운 유형의 정확한 측정을 통해 이 기록을 면밀히 조사하고 세분화하여 우주의 역사를 더욱 자세하게 재구성 할 수 있었다. 그러나 우주론자들은 우주의 본질적인 측면을 이해하는 데 실패했다. 우리는 현재 존재하는 총 에너지의 95% 이상을 구성하는 암흑 물질과 암흑 에너지에 대해 거의 알지 못한다. 우리는 우주의 양성자, 전자 및 중성자가 어떻게 빅뱅의 후유증에서 살아남았는지 이해할 수 없다. 실제로 물리 법칙에 관해 우리가 알고 있는 모든 것은 이 입자들이 오래 전에 반물질에 의해 파괴되었을 것임을 말해준다. 그리고 우주를 관측 할 때 우주를 이해하기 위해 우주론자들은 우주가 초기 순간에 우주 팽창으로 알려진 아주 초고속 팽창의 짧은 기간을 거쳐야 한다고 결론 지어야했다. 그러나 우리는 이 우주 역사의 주요 시기에 대해 아무것도 모른다. 암흑 물질을 구성하는 개별 입자를 식별하기 위해 과학자들은 일련의 인상적인 실험을 설계하고 구축했지만 그러한 입자는 나타나지 않았다. 강력한 입자 가속기조차도 이러한 우주의 신비를 해결하는 데 더 가까이 다가가지 못했다. 그리고 우주의 팽창 이력과 대규모 구조를 상세하게 측정 했음에도 불구하고 우리는 우주의 팽창을 가속화시키는 힘인 암흑 에너지의 본질에 대해 실질적으로 더 큰 이해를 얻지 못했다. 암흑 물질은 현대 우주론자들이 직면한 가장 유명한 문제일 것이다. 천문학자들은 우리 우주의 대부분의 물질이 원자나 다른 알려진 물질이 아니라 방출, 반사 또는 흡수하지 않는 물질로 구성되 있다고 결정했다. 암흑 물질의 성질에 대해 많이 알지 못했지만 우주론자들은 종종 이 물질을 구성 할 수 있는 입자의 종류에 대해 추측한다. 특히, 연구자들은 암흑 물질 입자가 약한 핵력만큼 강력한 힘을 통해 상호 작용하면 빅뱅에서 나온 입자의 수가 대략적으로 일치한다는 것을 오랫동안 인식 해왔다. 지난 수십 년 동안 연구원들은 암흑 물질 입자와 표적을 구성하는 원자 사이의 개별 충돌을 탐지 할 수 있는 심층 실험실에서 점점 더 민감한 암흑 물질 검출기를 연속으로 배치했다. 이 정교한 실험은 디자인 된 것보다 괜찮게 수행되었다. 그러나 그러한 충돌은 관찰되지 않았다. 암흑 물질이 왜 그렇게 탐지하기 어려운지를 설명 할 수 있는 또 다른 가능성은 우주의 첫 순간들이 우주론자들이 오랫동안 상상했던 것과는 다르게 재생되었을 수 있다는 것이다. 우주론자들은 우리 우주가 대부분의 역사에서 어떻게 확장되고 진화했는지에 대해 많은 것을 알고 있지만 빅뱅 이후 부분에 대해서는 상대적으로 거의 알지 못한다. 우리 우주가 어떻게 진화했는지 초기 순간에 어떤 사건이 일어났는지에 대해서는 본질적으로 직접적인 관찰을 한 것이 없다. 물질과 에너지는 오늘날과는 다른 형태로 존재했으며 아직 발견되지 않은 힘을 경험했을 수도 있다. 과학이 아직 밝히지 않은 주요 사건과 전환이 있었을 수도 있다. 공간과 시간 자체는 우리가 알고 있는 세상과 다르게 행동했을 수 있다. 암흑 물질을 연구함으로써 과학자들은 빅뱅 이후 첫 순간에 대해 배우고 있다. 에드윈 허블은 은하가 우리의 거리에 비례하는 속도로 우리에게서 멀어지고 있음을 발견했다. 이것은 우리 우주가 팽창하고 있다는 첫 번째 명백한 증거를 제공했다. 그 이후로 이 확장의 현재 속도인 허블 상수는 우주 론자들이 연구하는 우리 우주의 주요 속성 중 하나였다. 허블 상수는 오랫동안 측정하기 어려웠다. 허블 상수의 서로 다른 측정 값 사이의 긴장을 설명하는 가장 간단한 방법은 우주가 처음 10만 년 동안 또는 빅뱅 이후에 예상보다 많은 에너지를 포함하고 있다는 가설을 세우는 것이다. 우주론자들이 오늘날 직면하고 있는 다양한 퍼즐은 과학자들이 새로운 실험과 관찰의 도움으로 앞으로 몇 년 안에 멋지게 풀어 낼 수도 있다. 그러나 요즘 우주를 더 많이 연구할수록 우주를 이해하지 못하는 것 같다. 수십 년의 노력에도 불구하고 암흑 물질의 본질은 알려지지 않았으며 암흑 에너지의 문제는 거의 다루기 어려운 것으로 보인다. 우리는 우주에서 원자를 구성하는 입자가 어떻게 빅뱅의 첫 순간에 살아남 았는지 알지 못하며 우주 팽창, 그것이 어떻게 퍼져 나갔는지 또는 어떻게 끝났는지에 대해 거의 알지 못한다. 1904년의 물리학자들은 태양에 어떤 힘을 주었는지 전혀 몰랐다. 과학자들은 특정 패턴으로 빛을 방출하고 흡수하는 다양한 화학 원소를 알고 있었지만 물리학자는 설명하는 방법을 조금도 알지 못했다. 다시 말해, 원자의 내부 작용은 총체적이고 완전히 미스터리로 남아있었다. 그리고 1905년에 아인슈타인과 그의 새로운 상대성 이론에 의해 혁명이 시작되었다. 상대성은 새로운 물질이나 행성이 필요없이 이러한 미스터리를 아름답게 해결하고 설명했다. 또한 과학자들이 새로운 양자 물리학 이론과 상대성 이론을 결합시키면 태양의 수명과 원자의 내부 작용을 설명 할 수있게 되었다. 이 새로운 이론들은 우주론 자체를 포함하여 이전에는 상상할 수 없었던 새로운 탐구의 문을 열었다. 이렇듯 현재 잘 모르는 부분도 언제 한번에 풀릴지 모른다. 그렇기에 우주학자들과 과학자들은 오늘도 연구하고 또 연구하며 우주의 비밀들을 풀어나가고 있다. 무궁무진한 우주의 비밀에 어떠한 신기한 이론들이 숨어있을지 오늘도 궁금증을 가득 안고 지내가고 있다.