우주의 시작, 빅뱅(대폭발)에 대해서 (3/4)
빅뱅의 어원
영국 천문학자 프레드 호일은 1949년 3월 BBC 라디오 방송에서 한 대담에서 "빅뱅"이라는 용어를 만든 것으로
알려져있는데, 그가 말하기를 "이 이론들은 우주의 모든 물질들이 먼 과거의 특정 시기에 하나의 대폭발로 생성되었다는
가설에 기초했다"라고 했습니다. 그러나 그것은 1970년대까지는 유행하지 못했습니다.
다른 "정상-상태"우주론 모형을 선호했던 호일은 이것을 경멸적인 것으로 의도했다고 널리 보고되고 있지만, 호일은
이를 명백히 부인하며 두 모형 사이의 차이점을 강조하기 위한 눈에 띠는 이미지일 뿐이라고 말했습니다.
헬지 크라그는 그것이 경멸적인 의미로 사용되었다는 주장에 대한 근거가 "설득력이 없다"라고 쓰고, 또한 그것이
경멸적인 것이 아니라는 여러 징후를 언급합니다.
대폭발 용어 자체는 폭발의 발생을 암시하기 때문에 잘못된 이름으로 보고 있습니다. 그러나 폭발은 중심점에서
아직 존재하지 않는 주변 공간으로의 팽창을 의미하지만, 대폭발은 공간으로의 팽창이라기보다는 공간 자체의
팽창 스트레칭으로, 모든 곳에서 동시에 우주를 냉각시키고 밀도를 낮추게 했습니다. 산토시 매튜가 지적한
또 다른 문제는 폭발이 소리를 내포하고 있으며, 이를 위해서는 진동하는 입자와 매체가 필요하다는 것입니다.
이것은 우리가 상상할 수 있는 모든 것의 시작이기 때문에 소리에 대한 근거가 없으므로 대폭발은 침묵했을
가능성이 크다고 말하고 있습니다. 이보다 더 적합한 대안을 찾으려는 시도는 성공하지 못했습니다.
발전
대폭발 모형은 우주의 구조에 대한 관측과 이론적 고찰로부터 발전했습니다. 1912년 베스토 슬라이퍼는
나선 성운의 도플러 효과를 최초로 측정하였고, 곧 대부분의 그러한 성운들이 지구로부터 멀어지고 있다는
것을 발견했습니다. 하지만 그는 이 사실의 우주론적 함의를 파악하지 못했고, 당시 이 성운들이 우리 은하
바깥의 "섬 우주"인지 아닌지에 대해 고도의 논란이 많았습니다. 10년 후, 러시아의 우주론자이자 수학자인
알렉산드르 프리드만은 아인슈타인 방정식에서 프리드만 방정식을 도출하여, 당시 알베르트 아인슈타인이
주장했던 정적 우주 모형과 대조적으로 우주가 팽창하고 있음을 보여주었습니다.
허블-르메트르 법칙
1924년에 미국 천문학자 에드윈 허블이 가장 가까운 나선 성운까지의 먼 거리를 측정한 결과, 이 시스템이
실제로 다른 은하임을 보여주었습니다. 같은 해부터 허블은 윌슨 산 천문대의 100인치 후커 망원경을
사용하여 우주 거리 사다리의 전신인 일련의 거리 표시기를 공들여 개발했습니다. 이를 통해 그는
주로 슬라이퍼에 의해 적색편이가 이미 측정된 은하까지의 거리를 추정할 수 있었습니다.
1929년에 허블은 거리와 후퇴 속도 사이의 상관관계를 발견했는데, 이는 현재
허블-르메트르 법칙으로 알려져 있습니다.
독립적으로 1927년 프리드만 방정식을 유도한 벨기에의 물리학자이자 로마 가톨릭 신부인
조르주 르메트르는 성운의 추정된 후퇴가 우주의 팽창 때문이라고 주장했습니다. 1931년에
르메트르는 더 나아가 우주의 명백한 팽창이 시간을 거슬러 투영된다면 과거에는 우주가 더 작았고
과거의 어느 유한한 시간에 우주의 모든 질량이 시간과 공간의 구조가 존재하게 된 시기와 장소인
"원시 원자"라는 단일 지점에 집중되어 있었다고 제안했습니다.
1920년대와 1930년대에 거의 모든 주요 우주론자들은 영원한 정상-상태의 우주를 선호했고,
몇몇은 대폭발이 암시하는 시간의 시작이 종교적 개념을 물리학에 도입했다고 불평했으나,
이 반대는 나중에 정상-상태 이론의 지지자들에 의해 반복되었습니다.
이러한 인식은 대폭발이론의 창시자인 르메트르가 로마 가톨릭 사제라는 사실에 의해
이런 인식이 강화되었습니다. 아서 에딩턴은 우주는 시간의 시작을 갖지 않는다, 즉
물질은 영원하다는 아리스토텔레스의 의견에 동의했습니다. 시간의 시작은 그에게
"혐오스러운"것이었습니다. 그러나 르메르트는 이에 동의하지 않았습니다.
다양한 우주론
1930년대에는, 허블의 관측을 설명하기 위한 비표준 우주론으로 다른 아이디어들이 제안
되었는데, 밀른 모형, 주기적 우주 및 프리츠 츠비키의 피로한 빛 가설 등이 포함되었습니다.
제2차 세계대전 이후 두 가지 뚜렷한 가능성이 나타났습니다. 하나는 프레드 호일의
정상-상태 모형으로, 우주가 팽창하는 것처럼 보일 때 새로운 물질이 생성될 것이다,
이 모형에서 우주는 어느 시점에서나 거의 동일하다. 의 가능성과 또 다른 하나는
대폭발 핵합성을 도입하고, 동료인 랠프 앨퍼와 로버트 허먼이 CMB를 예측한
조지 가모프가 옹호하고 개발한 르메트르의 대폭발 이론입니다. 아이러니하게도
1949년 3월 BBC 라디오 방송에서 르메트르의 이론에 적용하게 된 문구를 호일이 만들어
"이'빅뱅'아이디어"라고 언급했습니다. 한동안, 이 두 이론 사이에서 지자가 분할되었습니다.
결국, 관측 증거, 특히 라디오 소스 카운트에서 나온 증거는 정상-상태보다 대폭발을
선호하기 시작했습니다. 1964년 Cemission or absorption lines의 발견과 확인은
빅뱅을 우주의 기원과 진화에 대한 최고의 이론으로 확실하게 만들어 주었습니다.
현재 우주론의 많은 작업에는 대폭발의 맥락에서 은하가 형성되는 방식에 대한 이해, 더욱더
초기의 우주 물리학의 이해, 및 기본 이론과 관측의 조화가 포함됩니다.
다양한 수학자들의 의견
1968년과 1970년에 로저 펜로즈, 스티븐 호킹, 조지 엘리스는 수학적 특이점이
대폭발(빅뱅)의 상대론적 모형의 불가피한 초기 조건임을 보여주는 논문을 발표했습니다.
이후 1970년대부터 1990년대까지 우주론자들은 대폭발 우주의 특징을 규명하고 해결해야 할
문제를 해결하기 위해 노력했습니다. 1981년, 앨런 구스는 "급팽창"이라고 불렀던 초기 우주의
급속한 팽창 시대를 도입함으로써 대폭발 이론의 특정 뛰어난 이론적 문제를 해결하기 위한
이론적 작업에서 돌파구를 마련했습니다. 한편, 이 수십 년 동안 많은 토론과 불일치를 일으킨
관측 우주론의 두 가지 질문은 허블 상수의 정확한 값과 우주의 물질 밀도였습니다.
1990년대 중반에 특정 구상성단을 관찰한 결과 그 나이는 약 150억 년으로 나타났는데,
이는 당시의 대부분의 우주나이 추정치(실제로 오늘날 측정된 나이)와 상충되었습니다.
이 문제는 항성풍으로 인한 질량 손실의 영향을 포함하는 새로운 컴퓨터 시뮬레이션이
구상성단의 나이를 훨씬 더 젊게 표시하면서 해결되었습니다. 성단의 나이가 얼마나
정확하게 측정되는지에 대한 몇 가지 질문이 여전히 남아 있지만 구상성단은 우주에서
가장 오래된 천체 중 일부로서 우주론의 관심의 대상으로 자리 잡았습니다.
대폭발 우주론은 1990년대 후반부터 망원경 기술의 발전과 우주배경 탐사선, 허블 우주 망원경
및 WMAP과 같은 위성의 데이터 분석의 결과로 상당한 발전을 이루었습니다.우주론자들은
이제 대폭발 모형의 많은 매개변수를 상당히 정밀하고 정확하게 측정했으며,
또한 우주의 팽창이 가속되고 있는 것처럼 보인다는 예상치 못한 발견을 했습니다.