우주 팽창 모형과 실제 우주의 차이점이 무엇인가요?
중학교 3학년 때 우주 팽창 모형을 서로 떨어지게 스티커를 붙인 풍선을 불어서 스티커 사이의 거리가 멀어지는 걸로 표현했는데, 실제 우주도 그런 식으로 팽창한다면 우주의 중심부에서 계속 공간을 밀어내는 무언가가 있다는 것인가요? 아니면 그냥 우주 바깥으로 공간이 계속 생성되는 건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
네, 암흑에너지는 팽창하는 우리 우주를 두고 보았을 때 우주를 팽창시키는 에너지를 의미합니다. 이 에너지의 근원이 무엇인지 모르기 때문에 암흑에너지라고 두었습니다. 팽창한다는 것은 공간이 지속적으로 확장된다는 것을 의미합니다. 이는 허블의 법칙을 통해 관측을 하였습니다. 우주의 팽창속도는 허블의 법칙에 따라 팽창하므로 73km/s/Mpc로 멀어지고 있습니다. 허블의 법칙은 거리가 멀어짐에 따라 팽창속도가 커진다는 법칙입니다.
우리 우주에 대한 이해를 하기 위해서는 많은 지식이 필요하지만, 여기서 다 설명드리기 어려우니 결론만 추려 말씀드리겠습니다.
우리 우주는 크게 3가지의 형태로 존재할 수 있습니다. 구형 우주, 평평한 우주, 말안장(쌍곡) 우주 입니다. 이러한 우주를 결정하는 요인은 우주를 구성하는 물질(질량~중력), 빛, 암흑 에너지(팽창)의 비율입니다. 즉, 물질이 굉장히 많으면 구형 우주가 되고 미래에 수축하게 됩니다. 암흑에너지로인한 팽창보다 중력에 의한 수축이 강하기 때문이죠. 그리고 반대의 경우는 말안장(쌍곡) 우주입니다. 미래에 가속 팽창을 하죠.
그런데, 물질과 암흑에너지의 기여가 비슷하면 팽창과 중력이 평형을 이루므로 등속 팽창을 할 수 있습니다. 즉, 관측 가능한 우주내에서 물질의 양을 측정함으로써 우주의 형태와 미래가 결정된 것이죠. 현재 연구의 결과로는 평평한 우주이며, 등속팽창을 할 가능성이 높다는 결과가 있습니다. 하지만 결과는 언제든 뒤집힐 수 있기 때문에 다른 가능성을 배제해서는 안된다고 생각합니다. 그리고 평평한 우주라고해서 2차원이 아닙니다. 우주는 3차원 방향에 다 존재하며, 우주의 곡률이 0이라는 의미입니다.
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