우주배경복사와 암흑물질

안녕하세요. 

천문학과 물리학 이야기입니다. 

스티븐 호킹 박사의 "그림으로 보는 시간의 역사"책을 읽으며 내용을 포스팅 하고 있습니다.  원제목은 "The illustrated a brief history of time" 입니다.

우주배경복사 

1965년 미국 벨 연구소에서 근무하는 물리학자 아르노 펜지아스와 로버트 윌슨은 매우 민감한 극초단파 검출기 하나로 시험을 하다가 우연히  우주배경 복사를 발견하였습니다.  

그들은 그들의 검출기에서 수신되어야 할 신호보다 더 많은 잡음이 나온다는 사실을 발견했습니다. 이 특수한 잡음은 검출기의 방향을 어떻게 하든 똑같이 나타났고 따라서 대기권 밖에서 온 것임을 알아냈던것 이었습니다. 

이 잡음은 지구의 자전과 공정에도 변함이 없었고 1년내내 같았으며 밤과 낮에도 영향을 받지 않았습니다. 결국 은하계 너머에서 오는 것이 분명했던 것이지요. 

이 복사는 관측 가능한 우주의 대부분을 가로질러 여행해온 것임을 우리는 이제 알고 있습니다. 그리고 그 복사가 모든 방향에서 동일합니다. 하늘의 어느 방향을 향해도 이 잡음은 극미한 차이밖에 나타나지 않습니다. 

암흑물질(dark matter) 

우리가 알고 있는 것은 우주가 10억 년마다 5~10% 팽창한다는 것이 전부입니다. 우주의 평균밀도에 대한 불확실성은 더 큰데요. 

우리가 관측가능한 모든 별들의 질량을 더해도 전체질량은 우주의 팽창을 정지시키는데 필요한 양의 1%에도 미치지 못합니다. 

그러나 우리 은하와 다른 은하들은 상당한 양의 암흑물질(dark matter)를 포함하고 있음에 틀림없습니다. 

우리는 암흑물질을 관찰할 수는 없지만 별들의 궤도에 나타나는 인력의 영향을 근거로 암흑물질의 존재를 알 수 있습니다. 

하지만 암흑물질의 양을 모두 더해도 여전히 팽창을 정지시키는데 필요한 질량의 10% 밖에는 얻지 못합니다. 

현재까지의 증거는 우주가 아마도 영원히 팽창할 것임을 시사합니다. 

빅뱅 (big bang)

프리드만의 모든 해는 과거 100억년 전 ~ 200억년 전 사이에 은하들 사이의 거리가 0이었다는 특징을 가집니다. 

우리가 빅뱅이라고 부라는 그 시점입니다. 

그 시섬에 우주의 밀도와 시공 곡률은 무한대 이었을 것입니다.  수학은 사실상 무한대라는 수를 다룰 수 없기 때문에 일반상대성 이론이 우주에 그 이론 자체가 붕괴되는 시점이 있음을 예견합니다. 

수학자들은 이를 특이점 (singularity)라고 부릅니다. 

모든 과학이론들은 시공이 거의 편평하다는 가정을 기초로 삼기에 특이점에서는 시공 곡률이 무한대가 되어 모든 과학이론들이 붕괴하게 됩니다. 

빅뱅 이전에 어떤 사건들이 있었다고 해도 우리는 빅뱅 이후에 일어난 일을 결정하는데 그 사건을 이용할 수 없음을 의미합니다. 빅뱅이 일어난 시점에서 예견을 할 수 있는 가능성 자체가 사라져 버리기 때문입니다. 

우리가 빅뱅 이후에 일어날 일들만을 알 수 있다면 빅뱅 이전의 사건들은 아무런 의미도 가지지 못합니다. 

그 사건들은 우주의 과학적 모형의 일부가 될 수 없습니다. 우리는 그 사건들은 모두 배제해야 합니다. 

그리고 시간이 빅뱅과 함께 시작되었다고 말해야 합니다. 

다음시간에는 빅뱅에 대해서 좀더 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다. 

오늘은 우주배경복사, 암흑물질, 특이점, 빅뱅에 대해 알아보았습니다. 

감사합니다.