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과학관련

빅뱅의 이론

by 신속한 뉴스보이 알파카 2020. 7. 16.
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빅뱅의 이론

 

빅뱅은 우주 분출 시점으로 많은 학자들에 의해 우주의 기원에 관한 이론으로 받아들여지고 있다.

빅뱅이전에는 시간도 공간도 존재하지않았다. 우주의 질량은 시공간이 시작되는 어느 한점으로 집중되었다. 138억년전에 초고온 고밀도 상태였던 우주가 갑자기 (plank time; 10-³ ) 팽창했다. 우주는 주로 강렬한 복사 (intense radiation)와 쿼크라 불리는 뜨거운 입자들도 이루어졌다. 복사선은 물질과 에너지와 함께 빠르게 원시화구(Primordial Fireball)라 불려지는 확장영역을 형성했다.

우주가 팽창하면서 온도가 내려가자 쿼크는 양성자와 중성자를 만들기 위해 결합했다. 빅뱅이후 첫 1분은 우주의 온도가 F 18억도 (C 10억도)까지 내려가 양성자와 중성자는 원자의 핵이 될 정도로 우주가 식었다. 우주의 온도가 F 5,400 (C 3.000 )까지 내려가는데 380,000 년이 걸렸다. 원자핵들은 서로 끌어당겼고 음극인 전자가 원자핵 주위를 돌면서 가장 작은 단위인 화학 원소들을 형성했다. 물질은 수억년동안 은하를 만들정도로 응결되지 못했다.

후에 프레드 호일 (Fred Hoyle)는 수소나 헬륨보다 무거운 원소들은 질량이 큰 별들안에서 형성될 수 있다는 것을 보여주었다. 별의 일생중 마지막 단계에서 내부의 상태가 극적으로 변하면서 핵융합에 필요 조건을 스스로 만들어 낸다. 그런 별들은 초신성 (supernova)로서 궁극적으로 폭발되어 우주에 흩어져 태양계 같은 것을 형성한다.

빅뱅 이전상태 뿐만아니라 빅뱅의 원인도 아직 밝혀지지않았다. 우주는 오늘날까지 팽창되고 있다. 과거에 혹은 지금 다른 우주가 존재했을 가능성도 있다. 혹은 우주가 여러번 팽창과 수측을 반복했을 수도 있다.

 

 

정상 상태 우주론(Steady state thoery)

 

 

우주는 변하지않고 늘 한결같다. 즉 안정된 상태에 있다. 우주 팽창때 계속해서 새로운 물질들이 만들어졌고 시간이 흐르면서 물질의 밀도와 균일성이 보존되고 있다고 주장했다.

빅뱅이론과 정상 상태 이론이 논쟁하던중 우주 배경 복사의 발견으로 빅뱅이론이 승리하게 되었다.

 

 

 

 

 

 

빅뱅 이론의 증거

 

 

은하계의 적색편이: 은하가 서로 멀어지고 있다. 멀리 떨어진 은하일수록 우리 은하계로부터 빠른 속도로 멀어지고 있고 있다. 이것은 우주의 과거시간으로 되돌아가면 한 점으로 놓여져있어야만 한다.

원소의 합성:우리 주위에 풍부한 수소와 헬륨이다. 빅뱅이후 핵 합성은 가벼운 수소나 헬륨을 생성했지만 무거운 원소들은 합성되지못했다. 우주에 빅뱅 이후 같은 비율인 수소 75%와 헬륨 24%로 존재하여 빅뱅 이론의 증거가 된다.

우주 배경 복사

 

 

 

우주 배경복사

 

뜨거운 초기 우주가 점점 팽창함에 따라 열은 우주에 빛을 남겼고 이 빛은 마이크로파로 감지되어져야만 한다고 Gamow는 예측했다.

1964년 벨 전화 연구소의 두 과학자 펜지아스 (Arno Penzias)와 윌슨 (Robert Wilson)은 고감도 전파 망원경에 생기는 이상한 잡음을 발견했다. 이 잡음은 하늘의 모든 방향에서 다 잡혔고 그들은 그 잡음을 없애기 위해 애쓰느라 짜증나있었다. 프린스턴대학의 디키 (Robert Dicke)는 그들의 문제를 듣고 찾아가 그것이 우주 배경 복사라는 것을 직감했다. 그것의 온도는 약 3K이며 얼마후 방향이 다르면 온도가 약간씩 다르게 나타나는 것을 발견했다.

1989NASA는 우주 배경 복사를 관측하기 위해 코비 (COBE) 위성을 발사했고 우주 배경 복사의 전체적인 스펙트럼을 완벽하게 측정하는데 성공했고 마이크로 파는 2.7K로 정학히 측정되었다.

 

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