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Intro ......

 

, 공간은 등방적이고 균질하다. 아인슈타인의 방정식은 그 난이도가 너무 어려워 컴퓨터의 도움을 필요로 하는 경우가 많아 우주론에 대한 연구의 진척은 크지 않았음 하지만 러시아의 물리학자인 알렉산드르 프리드만은 아인슈타인의 방정식에 몇 가지 가정을 추가하여, 방정식을 단순화 시킴으로써 일련의 방정식을 구할 수 있었음. 마침내 이 속에서 은하와 무수한 별들이 탄생. 이것이 빅뱅 이론에 근거한 우주 탄생의 과정임 그리고 현재 멀리 떨어진 은하들을 관측한 결과 그들이 계속 더 멀어지고 있다는 것이 확인됨. 프리드만은 그 당시 팽창우주론을 내놓고도 철저하게 무시받고 말았음. 그는 조지 가모프(Goergy Gamow, 암흑에너지 우주의 과거, 종이로,, 반중력 효과를 나타내는 에너지의 밀도를 나타낸 값임.)의 지도 교수였으며, 미래 약 150억 년 전 상상할 수 없을 만큼의 초고온,λ의 값을 결정하기 위해 노력해왔다. 그리고 암흑물질의 존재량에 따라서 우주밀도가 달라질 것이고, 프리드만 방정식 우주미래의  ......

 

 

Index & Contents

사회과학 올립니다 인간과 우주 - 우주의 미래에 관해서

 

[사회과학] 인간과 우주 - 우주의 미래에 관해서

 

 

우주의 미래

 

 

우주의 미래 - 대본

 

 

목차

우주의 미래를 결정하는 척도!

 

팽창우주의 이론적 배경, 프리드만 방정식

 

우주미래의 세가지 시나리오

 

과연 우주의 미래는

 

우주의 미래는 얼음

 

Q&A

 

우주의 미래를 결정하는 척도!

임계밀도, 암흑에너지

 

 

우주의 과거, 현재, 미래

약 150억 년 전 상상할 수 없을 만큼의 초고온, 초고밀도의 대폭발 일으킴.

폭발 후 10~35초 동안 우주 공간이 급속하게 팽창함.

팽창과 더불어 온도가 낮아지고 밀도도 점차 줄어들면서 물질이 생성.

마침내 이 속에서 은하와 무수한 별들이 탄생. 이것이 빅뱅 이론에 근거한 우주 탄생의 과정임

 

그리고 현재 멀리 떨어진 은하들을 관측한 결과 그들이 계속 더 멀어지고 있다는 것이 확인됨. 이것은 빅뱅 이후에 우주가 계속해서 팽창하고 있다는 것을 의미함. 만약 우주가 일정한 속도로 팽창한다면 그 팽창률을 이용해 나이를 계산할 수 있는데, 이 계산에 따르면 우주의 나이는 약 150억년임. 이것은 현재 우리가 볼 수 있는 우주의 크기가 대략 150억 광년이라는 것을 나타냄. 왜냐하면 우리는 150억년이 걸려서 온 빛까지만 볼 수 있기 때문임.

 

 

그러면 우주는 언제까지 팽창할까

우주가 팽창을 계속하게 될지, 아니면 팽창을 멈추고 다시 수축하게 될지는 우주 안에 있는 물질의 양이 얼마나 되는가에 달렸다. 이 물질의 양을 표현하는 방식으로는 우주의 밀도라는 개념을 사용하는데, 특히 우주의 팽창을 멈추게 하는 특별한 우주의 밀도 값이 존재한다. 이를 임계밀도(critical density)라고 한다.

 

그러면 우주의 평균밀도는 얼마나 될까 우주학자들은 흔히 평균밀도 대신 Ω(오메가)라는 값을 정의하여 사용한다.

 

우주의 밀도

Ω =

우주의 임계밀도

 

 

 

우주의 운명은 Ω 값이 1보다 큰지 작은지에 따라 결정된다.

 

암흑에너지(Dark Energy)

 

현 우주의 질량분포도에서 암흑물질이 90%이상을 차지하고 있다는 말이 됨.

 

그리고 암흑물질의 존재량에 따라서 우주밀도가 달라질 것이고, 우주밀도를 결정하는 암흑물질의 양과 분포도에 따라서 우주가 팽창할 것인지 아니면 수축하게 될 것인지를 결정할 수 있음.

 

즉, 우주밀도가 수축 임계치보다 클 때 이 우주는 팽창하다가 나중에는 수축으로 돌아설 것이며, 우주밀도가 수축 임계치보다 작을 때는 계속 팽창할 것임.

 

암흑물질은 보이지 않지만 사실 우리 우주의 진화론적 미래를 결정하는 최대 변수

 

 

팽창우주의 이론적 발견

프리드만 방정식

 

아인슈타인의 일반상대성 이론과 프리드만의 해

아인슈타인의 일반상대성 이론은 중력에 의한 광자의 휘어짐을 이론적으로 정확히 예측함으로써 최상의 성공을 거두었지만, 우주론에 관해선 이와는 달리 명확한 답을 제시하지 못했음. 아인슈타인의 방정식은 그 난이도가 너무 어려워 컴퓨터의 도움을 필요로 하는 경우가 많아 우주론에 대한 연구의 진척은 크지 않았음

 

하지만 러시아의 물리학자인 알렉산드르 프리드만은 아인슈타인의 방정식에 몇 가지 가정을 추가하여, 방정식을 단순화 시킴으로써 일련의 방정식을 구할 수 있었음.

 

 

알렉산더 프리드만(Alexander Friedmann)

 

그는 우주론에 있어서 빼놓을 수 없는 중요한 인물임. 그는 처음으로 팽창우주론을 주장했는데, 그 근거를 관측적 자료 하나없이 순전히 손으로, 종이로, 펜으로만 수학적 식을 통해 팽창하는 우주에 대해 설명하고 주장했음.

프리드만은 그 당시 팽창우주론을 내놓고도 철저하게 무시받고 말았음. 그는 조지 가모프(Goergy Gamow, 후에 빅뱅우주론의 주창자가 되며 핵물리학에도 많은 업적을 남긴 인물이다.)의 지도 교수였으며, 너무나도 젊은 나이에 팽창우주론이 인정받는 것을 채 보지도 못한 체 기상 관측열기구를 타다가 1933년 37살의 나이로 병에 걸려 절명하고 말았음.

 

 

프리드만이 사용한 가정은 `우주는 역동적이며, 공간은 등방적이고 균질하다.`였는데, 여기서 등방적이란 말은 한 지점에서 어떤 방향을 바라보아도 모두 똑같이 보인다는 뜻이고, 균질하다는 의미는 우주의 모든 지점에서 밀도가 균일하다는 뜻임.

 

이렇게 하여 프리드만이 구한 해는 다음 세가지 상수에 의해 좌우됨

 

1. H 우주의 팽창속도를 좌우하는 상수

2. Ω(오메가) - 우주공간의 평균밀도

3. λ(람다) - 빈 공간과 관련된 에너지, 또는 암흑에너지

 

 

프리드만의 해의 세가지 상수의 의미

프리드만의 해가 알려진 후 우주론을 연구하는 다수의 학자들 사이에선 프리드만의 세 가지 상수 Η,Ω,λ의 값을 결정하기 위해 노력해왔다. 또한 이 세가지 상수들은 서로 미묘한 관계를 유지하고 있어 우주의 미래를 결정짓는 중요한 역할을 갖고 있음.

 

암흑에너지를 나타내는 λ는 Ω와 달리 팽창을 가속하는 역할을 하는, 반중력 효과를 나타내는 에너지의 밀도를 나타낸 값임.

 

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