빅뱅이론으로 설명하는 우주(2)

빅뱅이론으로 설명하는 우주(2)

우리가 알고 있는 가장 확실한 증거중 하나는 최초 빅뱅 이후에 몇억년이 지나서야 최초의 은하가 형성되었다는 사실이다. 은하가 존재하고 아직 우주가 팽창하기 이전의 상황은 어땟을지 궁금하다. 이러한 사실은 과학자들이 최초 빅뱅이후 일어난 사건들을 계산함으로써 우리는 그때의 상황을 짐작 해볼 수 있다.

 

이러한 역사는 일반상대성이론 방정식으로 유추해볼 수 있듯이 우주가 시작되었다고 말하는것과 그 시작 이후 일어난 일들에 대해 설명하는것은 다른 문제로볼 수 있습니다. 한 우주론자의 말에 따르면 원시 원자라고 부르는 하나의 큰 덩어리에서 우주가 시작되었고 헤아릴 수 없는 엄청난 양의 조각들로 부숴지며 시작되었다고 한다. 이러한 조각들이 핵분열을 거듭해서 거치며 우주의 현재 원자가 될때까지 지속되었다는것을 설명한다.

 

물리학자들은 당시 알려진 핵물리학에 대해 더 많은 사실을 알고 있었으며 원시 핵분열 모델은 정확한 이론이 아니라는것을 증명하였습니다. 하지만 기본적인 물리적 원리는 우주가 더 높은 밀도와 온도를 가졌으며, 초기 팽창하면서 차가워졌다는것을 말해줍니다.

 

시간이 지나 1940년대까지 과학자들은 수소에서 헬륨으로 융합되는 일련의 과정들이 태양에너지의 원천일것이라고 생각했습니다. 핵융합은 고온을 필요로 하며 초기 우주는 뜨거웠다는 사실을 뒷받침 해주기 때문입니다. 이러한 근거를 바탕으로 핵분열 대신 행융합을 수반하는 다른 차원의 초기 우주 이론을 제안하기도 했습니다. 

 

지난번 빅뱅이론으로 설명하는 우주(1)을 같이 참고해보시면 좋습니다.

빅뱅 빛이나오는 순간

눈깜짝할 사이 일어나는 일들

이번에는 빅뱅이후 초기 몇분사이에 벌어지는 일들에 대해 더욱 자세하게 알아보도록 하겠습니다. 우리는 우주가 시작된 직후 일어난 변화를 에측하는데 필요한 근거는 세가지 입니다. 첫번째는 우주가 팽창이후 차가워 진다는것입니다. 이러한 온도 변화는 직접 측정할수는 없지만 이론적인 계산으로 도출이 가능합니다.

 

실제로 우주가 몇십만년 된 시기에 방출되는 방사능 빛을 감지 할 수 있습니다. 우리는 방사능 특성을 측정하여 이전의 상황을 예측 해 볼 수 있습니다. 우리가 이 고대의 빛을 발견했다는 사실은 빅뱅 이론을 지지하는 강력한 근거중에 하나로 볼 수 있습니다.

 

두번째로는 초기에 방사선을 포함하고 있었다는 사실입니다. 우주를 가득 채운 광자들이 충돌하면서 물질입자를 만들어 낼 수 있습니다. 빅뱅 직후 에너지는 물질로 변할 수 있다는 말입니다. E=mc2를 이용하여 주어진 에너지량에서 발생되는 질량을 계산할 수 있습니다.

 

위에서 말한 우주에서 에너지가 물질로 변한다는것은 다소 생소할 수 있습니다. 우리가 살고 있는 우주는 초기 우주의 뜨거운것과 달리 차갑고 식어가는 우주에 해당하기 때문입니다. 현재의 우주 광자들은 에너지에서 물질로 바뀌는데 필요한 에너지를 갖고 있기 어렵습니다. 세번째는 우주가 뜨거울수록 물질과 반물질을 만드는 광자 에너지가 더 강해진다는 사실입니다.

 

지금까지 빅뱅 초기이론에 대한 복습과 빅뱅 직후 일어나는 초기 몇분사이의 과정들에 대해 학습해봤는데요. 쉬운 이론은 아니지만 자꾸 보다보면 이러한 과정들이 잘 정리되는 순간이 찾아옵니다. 계속해서 관심을 가지고 공부해보시기 바랍니다. 빅뱅이론을 간단하게 마치고 다음시간에는 별의 진화이론에 대해 공부해보도록 하겠습니다.