우주의 시작, 빅뱅(대폭발)에 대해서 (4/4)
빅뱅에 대한 물리학의 문제 및 관련 문제
여느 이론과 마찬가지로, 대폭발 이론의 발전과 결과로 많은 미스터리와 문제들이 발생하였습니다. 이러한
미스터리와 문제들 중 일부는 풀린 반면 다른 것들은 여전히 미해결로 남아있습니다. 대폭발 모형의 일부
문제에 대해 제안된 해결책은 그들 자신의 새로운 미스터리르 드러냈습니다. 예를 들어 지평선 문제, 자기 홀극
문제, 편평도 문제는 급팽창 이론으로 가장 일반적으로 해결되지만, 급팽창 우주의 세부사항은 여전히
해결되지 않은 채로 남아있고, 이론의 일부 창시자를 포함한 많은 이들이 반증되었다고 말합니다.
중입자 비대칭 문제
우주에 반물질보다 물질이 더 많은 이유는 아직 이해되지 않고 있습니다. 일반적으로 우주가 젊고 매우
뜨거웠을 때 통계적 평형 상태에 있었고 동일한 수의 중입자와 반중입자가 포함되어 있다고 가정합니다.
그러나 관측에 따르면 우주는 가장 멀리 떨어져 있는 부분을 포함하여 거의 전적으로 물질로 이루어져 있습니다.
비대칭을 설명하기 위해 중입자 생성이라고 불리는 과정이 가정되었습니다. 중입자 발생이 발생하려면
사하로프 조건이 충족되어야 합니다. 이를 위해서는 중입자 수가 보존되지 않고 C-대칭 및 CP-대칭이 위반되고
우주가 열역학적 평형에서 벗어나야 한다고 설명하고 있습니다. 이러한 모든 조건은 표준모형에서 발생하지만
그 효과는 현재의 중입자 비대칭을 설명할 만큼 강력하지 않습니다.
자기 홀극
자기 홀극 반대는 1970년대 후반에 제기되었습니다. 대통일 이론은 우주의 위상학적 결함이 자기 홀극으로
나타날 것이라고 예측했습니다. 이 물체들은 뜨거운 초기 우주에서 효율적으로 생성될 수 있으며, 홀극이
발견되지 않았으므로, 관측 결과와 일치하는 밀도보다 훨씬 더 높은 밀도를 나타냅니다. 이 문제는 기하학을
평탄하게 만드는 것과 같은 방식으로 관측 가능한 우주로부터 모든 점 결함들을 제거하는 우주 급팽창에 의해
해결됩니다.
대폭발 모형의 오해
대폭발 모형에 대한 일반적인 오해 중 하나는 그것이 우주의 기원을 완전히 설명한다는 것입니다. 그러나
대폭발 모형은 에너지, 시간, 공간이 어떻게 발생했는지를 설명하는 것이 아니라 초밀도 및 고온의 초기 상태에서
현재 우주의 출현을 설명하고 있습니다. 대폭발의 크기를 일상적인 물체와 비교하여 대폭발을 시각화하는 것은
오해의 소지가 생길 수 있습니다. 대폭발 당시 우주의 크기는 우주 전체가 아니라 관측 가능한 우주의 크기를 의미합니다.
허블-르메트르 법칙은 허블 거리 너머에 있는 은하는 빛의 속도보다 빠르게 후퇴한다고 예측하고 있습니다. 그러나
특수 상대성이론은 공간을 통한 운동을 넘어서는 적용되지 않습니다. 허블-르메트르 법칙은 공간을 '통해서' 보다는
공간의 팽창으로 인한 속도를 설명합니다.
천문학자들은 종종 우주론적 적색편이를 오해로 이어질 수 있는 도플러 편이라고 부르고 있습니다. 유사하기는 하지만,
우주론적 적색편이는 고전적으로 유도된 도플러 적색편이와 동일하지 않습니다. 왜냐하면 도플러 적색편이의 대부분의
기본적 유도는 공간 확장을 수용하지 않기 때문입니다. 우주론적 적색편이의 정확한 유도는 일반 상대성 이론의
사용을 필요로 하며, 더 단순한 도플러 효과 논증을 사용한 처리는 가까운 은하에 대해 거의 동일한 결과를 제공하지만,
가장 단순한 도플러 적색편이 처리에 근거해서 더 먼 은하의 적색편이를 해석하면 혼동을 일으킬 수 있습니다.
암시
현재의 이해를 바탕으로 우주의 미래에 대한 과학적 외삽은 우주의 현재 나이보다 훨씬 더 긴 기간이지만
유한한 기간 동안만 가능합니다. 그 이상은 점점 더 추측으로 향하게 됩니다. 마찬가지로
현재 우주의 기원에 대한 올바른 이해는 추측에 불과합니다.
우주의 종말
암흑 에너지를 관측하기 전에 우주론자들은 우주의 미래에 대한 두 가지 시나리오를 고려했습니다.
우주의 질량 밀도가 임계 밀도보다 크면 우주는 최대 크기에 도달한 다음 붕괴되기 시작하고, 그것은 다시
밀도가 높아지고 뜨거워지며, 시작되었을 때와 비슷한 상태인 대함몰로 끝나게 됩니다.
또는 우주의 밀도가 임계 밀도 이하인 경우 팽창이 느려지지만 결코 멈추지 않을 것입니다. 별 형성은
각 은하에서 성간 가스를 소모하면서 점점 멈추게 될 것이고, 별은 타서 백색 왜성, 중성자 별 및 블랙홀을 남깁니다.
이들 사이의 충돌은 질량이 점점 더 큰 블랙홀로 축적되는 결과를 낳게 됩니다. 우주의 평균 온도는
아주 점차적으로 절대 영도-빅 프리즈에 점근적으로 접근할 것입니다. 또한 만약 양성자가 불안정하면,
중입자 물질이 사라지고 방사선과 블랙홀만 남게 됩니다. 결국 블랙홀은 호킹 복사를 방출하여 증발하게 됩니다.
우주의 엔트로피는 열죽음이라고 알려진 시나리오인 어떠한 조직화된 형태의 에너지도 추출할 수 없을 정도로
증가할 것입니다. 가속 팽창에 대한 현대의 관찰은 현재 보이는 우주의 점점 더 많은 부분이 우리의 사건 지평선을 넘어
우리와 접촉하지 않게 될 것임을 암시하고 있습니다. 최종 결과는 현재로서는 알 수 없습니다. 우주의 ΛCDM 모형은
우주 상수의 형태로 암흑 에너지를 포함하고 있습니다. 이 이론은 은하계와 같이 중력에 의해 결합된 시스템만이
함께 남아 있을 것이며 우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 그들 역시 열죽음의 대상이 될 것을 시사합니다.
팬텀 에너지 이론이라고 하는 암흑 에너지에 대한 다른 설명은 궁극적으로 은하단, 별, 행성, 원자, 핵 및 물질 자체가
이른바 빅 립 속에서 계속 증가하는 팽창에 의해 산산조각날 것임을 시사합니다.
종교 및 철학적 해석
우주의 기원에 대한 설명으로서, 대폭발 이론은 중교와 철학에 중요한 영향을 미칩니다. 그 결과, 그것은 과학과
종교 사이의 담론에서 가장 활발한 영역 중 하나가 되었습니다. 어떤 이들은 대폭발이 창조자를 암시한다고
믿는 반면, 다른 이들은 대폭발 우주론이 창좆자의 개념을 불필요하게 만든다고 주장합니다.