우주란 무엇인가? 우주에 대한 흥미로운 질문과 대답 6가지

우주란 과거에도 있었고 앞으로도 있을 모든 것을 포함하며 말 그대로 모든 것, 모든 존재의 총합입니다. 여기에는 별과 은하와 같은 모든 물질이 포함됩니다. 우주에는 또한 모든 방사선과 기타 모든 형태의 에너지가 포함됩니다. 당신이 언제 어디에 존재하든, 당신이 경험하는 모든 것과 마찬가지로 당신도 우주의 일부입니다. 우주밖에는 아무것도 없으며 존재하는 모든 것은 자동으로 우주의 정의에 포함되기 때문입니다.

 

우주의 나이는 몇 살이고, 현재 팽창하고 있나요?

우주의 역사에 대한 우리의 가장 좋은 이해는 빅뱅 이론에서 비롯됩니다. 먼 은하를 관찰하면 모든 은하가 평균적으로 다른 모든 은하로부터 멀어지고 있음이 드러납니다. 천문학자들은 이 운동을 우주 자체가 팽창하고 있음을 의미하는 것으로 해석합니다. 가장 큰 규모로 보면 은하 사이의 거리는 시간이 지남에 따라 늘어납니다. 이는 과거에는 우주가 오늘날보다 더 작고, 더 뜨겁고, 더 밀도가 높았다는 것을 의미합니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 통해 우주론자들은 우주의 내용을 우주의 팽창 역사와 연결하고 거기에서 우주의 나이를 계산할 수 있습니다. 먼 거리의 초신성, 우주 마이크로파 배경, 풍부한 빛 원소 등 다양한 관찰을 바탕으로 한 현재 추정에 따르면 초기 순간에 전체 우주는 특이점이라고 알려진 무한히 작은 지점으로 압축되었습니다. 나사에 따르면 그 특이점에서 공간이 확장되어 오늘날 우리가 보고 있는 우주가 탄생했습니다.

 

우주는 어떻게 만들어졌나요?

과학자들은 빅뱅 이전에 무엇이 일어났는지 모릅니다. 그러나 그들은 특이점이 실제가 아니라는 것을 알고 있습니다. 대신, 방정식이 무너지고 물리적 상황을 설명하는 능력을 상실할 때 발생하는 일반 상대성 이론의 인공물입니다. 특이점에 대한 진정한 설명은 극도로 작은 규모에서 강한 중력에 대한 물리적 이론인 양자 중력 이론에 있어야 합니다. 물리학자들은 현재 그러한 이론을 가지고 있지 않지만, 끈 이론과 고리 양자 중력과 같은 여러 후보를 가지고 있습니다. 과학자들은 "빅뱅 이전에 무엇이 왔는가?"라는 질문에 대해 모릅니다. 그럴 수 있는 것이 시간의 흐름에 대한 우리의 이해는 초기 우주를 설명할 때 무너졌던 동일한 상대성 이론에서 비롯되기 때문으로 천체물리학자 에단 시겔에 따르면, '이전'과 '이후'에 대한 우리의 개념은 그러한 극단적인 규모에서 일어나는 일을 설명하기에는 부적절할 수 있습니다. 궁극적으로 우주가 존재하는 이유는 아마도 모든 철학적 질문 중 가장 중요할 것입니다.

 

우주는 무엇으로 만들어졌나요?

우주의 대부분 내용물은 현재 현대 물리학에서는 알려지지 않은 형태입니다. 우주 전체 에너지의 약 68%는 시공간 자체의 진공 상태에 존재하는 것처럼 보이는 가상의 에너지 형태인 암흑 에너지로 구성됩니다. 그러나 하버드 대학의 우주 포럼에 물리학자들은 이 에너지가 어디서 유래하는지, 왜 그런 힘을 갖고 있는지 알지 못한다고 밝혔습니다. 우주의 물질과 에너지의 약 27%는 암흑물질로 구성되어 있는데, 암흑물질은 빛과 상호작용하지 않는 눈에 보이지 않는 형태의 물질로 여겨집니다. 대다수의 물리학자들은 암흑 물질이 새로운 종류의 기본 입자(또는 입자)라고 생각하지만, 아직 이를 직접적으로 감지하지는 못했습니다. 우주의 나머지 5%는 별, 행성, 거대한 가스 구름과 같은 평범하고 친숙한 물질로 구성되어 있습니다.

 

관측 가능한 우주란 무엇인가?

현재 천문학자들은 우주가 얼마나 큰지 알지 못하지만, 우리가 볼 수 있는 것에는 한계가 있습니다. 우주에는 유한한 나이가 있고 빛의 전파는 최대 속도로 제한되어 있기 때문에 우리가 보는 관점에서는 우주의 특정 부분만이 빛을 발합니다. 관측 가능한 우주는 지름이 약 420억 광년에 달하는 구체입니다. 규모로 볼 때, 은하수는 지름이 100,000광년에 불과하며, 태양에서 가장 가까운 별은 4광년도 채 떨어져 있지 않습니다. 천문학자들이 관찰하는 은하계는 이 구체의 가장자리에서 최대 130억 년 전에 빛을 방출했습니다. 그러나 우주는 빛의 속도보다 빠른 속도로 팽창하고 있는데 이는 문제가 되지 않습니다. 왜냐하면 특수상대성이론에 따르면 물체는 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 없다는 제한은 관찰자 근처에서 측정한 것에만 적용되고 주변의 물체에는 적용되지 않기 때문입니다. 우주가 정지되어 있다면 시간이 지남에 따라 빛이 결국 우리에게 도달하면 훨씬 더 먼 은하를 관찰할 수 있을 것입니다. 그러나 우주의 팽창은 더 먼 은하계에서 나오는 빛이 우리에게 다시 돌아올 수 있는 것보다 더 빠른 속도로 더 멀리 있는 은하계를 운반하고 있으며 우리는 결코 은하계를 관찰할 수 없을 것입니다.

 

우주는 무한한가?

우주론자들은 관측 가능한 우주의 가장자리 너머에 더 많은 우주, 즉 더 많은 별, 더 많은 은하, 더 많은 행성, 더 많은 모든 것이 있다고 생각합니다. 그러나 그것은 관찰할 수 없기 때문에 천문학자들은 전체 우주가 얼마나 큰지 알지 못합니다. 나사에 따르면 우주는 공간에 경계가 전혀 없이 정말로 무한할 가능성이 있습니다. 그러나 한 가지 크기 추정치는 많은 우주론자들이 빅뱅 초기에 발생했다고 생각하는 사건인 인플레이션 이론에서 비롯됩니다. 인플레이션 기간 동안 우주는 1초도 안 되는 순간에 훨씬 더 큰 크기로 빠르게 팽창했습니다. 인플레이션 이론에서는 우주의 최소 크기를 관측 가능한 우주보다 직경이 약 10^62배 더 넓다고 봅니다.

 

우주는 어떻게 끝날 것인가?

우주가 어떻게 끝날지 이해하려면 먼저 우주의 내용물을 정확하게 측정해야 합니다. 우주의 주요 구성 요소는 암흑 에너지이기 때문에 이것이 미래의 진화를 좌우할 것입니다. 암흑에너지의 주요 효과는 우주의 팽창을 가속화한다는 것입니다. 그래서 우주는 날마다 커지고 있을 뿐만 아니라 날마다 점점 더 빠르게 커지고 있습니다. 이에 대해 천체 물리학자 케빈 핌블렛은 더 컨버세이션에 암흑 에너지가 변하지 않을 것이라고 가정하면(우리는 현재 암흑 에너지의 본질을 이해하지 못하기 때문에 이는 큰 가정입니다), 이러한 가속화된 팽창은 결국 거의 모든 은하계를 우리의 관측 가능한 영역 밖으로 몰아낼 것이라고 적었습니다. 지금으로부터 수천억 년이 지나면 거의 모든 은하계가 우리에게 보이지 않게 될 것입니다. 결국 은하수에는 새로운 별을 만들기 위한 신선한 가스가 고갈될 것입니다. 지금으로부터 수조 년이 지나면 마지막 별은 소멸될 것이며, 절대 영도의 온도로 천천히 냉각될 기본 입자의 묽은 수프를 남길 것입니다.