우주는 어떻게 고르게 팽창하고 있는 걸까요?
우주는 계속해서 팽창하고 있습니다.
그런데 신기하게도 어느방향에서건 우주는 고르게 팽창하고 있다고 하는데, 그 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
우주 팽창의 역사는 단순히 일반상대성이론을 풀어서 해를 구하는 것으로 끝나지 않는다. 입자물리학과 핵물리학의 여러 이론이 결합되어 우리 우주에 대해 매우 정교하게 이론적 예측을 하고 있으며, 이 예측은 관측과 비교 검증할 수 있다. 이에 따라 우리 우주가 어떻게 팽창하여 왔는지 간단히 기술한다.
일반상대성이론의 아인슈타인 방정식을 풀어보면 현재 시점에서 시간을 거슬러갈 경우 무한대의 밀도와 온도로 우주가 정확히 한 점으로 축소되는 특이점이 있어야 한다. 이때가 지금부터 138억 년 전인데 이 특이점이 대폭발을 나타낸다고 해석할 수 있을 것이다. 그러나 사실 이 특이점부터 10-43 초 사이에서는 일반상대성이론을 비롯하여 현재의 물리학 이론 체계를 적용할 수 없다는 것이 알려져 있다. 이 구간을 플랑크 시대라고 하는데, 이때 적용되는 물리학 이론을 찾는 것이 물리학의 가장 중요한 문제 중 하나이다. 이 시기에 적용되는 이론의 후보로 끈 이론이 연구되고 있다.
10-43 초에는 중력이 다른 힘에서 분리되고 10-36 초에서 10-32 초 무렵에는 급팽창이 일어났을 것으로 추정되나 구체적인 이론은 아직 알려져 있지 않다. 짧은 급팽창 시기 동안 우주는 빛의 속력보다 훨씬 빠르게 팽창하고 있다.
급팽창 이후 우주는 팽창 속도가 줄어드는 감속 팽창을 하다가 90억년 - 100억년이 지났을 때부터 암흑에너지의 효과가 물질보다 중요해지면서 가속팽창 시기로 접어든다. 현재 우주의 나이는 138억년 정도이며 가속 팽창이 지속되고 있다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
우주가 고르게 팽창하는 이유는 우주가 등방성을 가지고 있기 때문입니다. 등방성이란, 어느 방향에서 관찰해도 같은 모습을 보이는 것을 말합니다. 우주가 등방성이기 때문에, 우주의 팽창은 어느 방향에서나 동일하게 일어납니다. 이는 마치 팽창하는 풍선의 표면을 보는 것과 같습니다. 풍선의 표면은 모든 방향에서 동일한 모양을 하고 있으며, 풍선이 팽창하면 모든 방향에서 균일하게 팽창합니다.