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2013-01-19 16:14:55
BGM정보: http://heartbrea.kr/3054491
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2. 신비한 외계행성들 : http://www.ilbe.com/653555399
3. 지구와 세번째로 가까운 별, 알파 센타우리 : http://www.ilbe.com/658572454
4. 해왕성과 충돌할 운명을 가진 위성, 트리톤 : http://www.ilbe.com/653242348
5. 우주의 여러 가지 폭발현상 : http://www.ilbe.com/657603330
6. 중성자별과 펄서 : http://www.ilbe.com/662905082
7. 우리은하의 위성은하들 : http://www.ilbe.com/666457896
8. 테라포밍이란? : http://www.ilbe.com/668092673
9. 보이저호는 현재 어디있을까? : http://www.ilbe.com/668752860
드디어 제 10탄이야. 오늘은 빅뱅이론으로 보는 우주의 탄생과 진화에 대해 알아보려고해.
이 파트는 설명이 약간 어렵고 내용도 좀 길 것 같으니 인내심을 가지고 봐주길 바란다 ㅎ
빅뱅이론은 일베 찾아보면 나올거야. 근데 그 글을 보니 빅뱅이론에 대한 설명만 있고 그를 바탕으로 어떻게 우주가 탄생했는지는 설명 안했더라구.
시작하기 전에 간단히 빅뱅이론에 대해 짚고넘어가면,
빅뱅(Big Bang)이론이란 우주가 과거의 어느 시점에는 한 점으로 모여있었으며 어떠한 영향으로 갑자기 폭발하여
지금의 상태에 이르렀다고 하는 일종의 가설이지.
이제부터 낯선 입자들의 이름이 나오는데, 이에대해 자세히 알 필요는 없어. 입자물리학을 할 사람이 아니라면 말이지.
우주는 아무것도 없는 무에서 갑자기 폭발하여 시작해. 여기서 폭발이란 흔히 말하는 불꽃이 일어나는 폭발이 아니라
팽창한다는 의미로 보면 될거야.
이 시기에는 우주의 네 가지 기본적인 힘인 강력 약력 전자기력 그리고 중력이 한데 뭉쳐져있었지.
이 표를 참조하면서 아래 설명을 읽으면 도움이 될거야.
1. 0~10–43 초
무에서 빅뱅이 일어난 후 약 10–43 초 동안은 과학자들도 모르는 시기야. 이 기간의 우주는 그야말로 무한대 밀도를 가지고있는 작은 구체에 불과해.
그러면 왜 하필 10–43초일까? 이는 나도 자세히는 모르지만, 불확정성 원리에 입각한 이론적인 시간이야. 따라서 물리적으로 의미가 있는
어떤 대상의 운동이나 물리적인 현상들을 측정할 수 있는 아주 최소의 시간이지. 이보다 작은 시간은 양자적인 요동때문에
물리적으로 측정한다고 해도 의미가 없는 시간이지.
2. 10–43 ~10−37초
이 기간에서 아주 중요한 일이 발생하는데, 바로 우주의 네가지 기본적인 힘 중, 강력이 분리되는 순간이야.
때문에 이 기간에서는 엄청난 인플레이션이 발생해 우주가 급격하게 팽창하지.
우주의 크기는 순식간에 10^50배 팽창을 해. 이는 비유적으로 표현하면 감기바이러스 하나가 저 기간동안 은하단수준으로 커지는 정도지.
참고로 보통 은하단은 수천만~수억광년의 지름을 가지고있어.
3. 10−37~10−11초
인플레이션 단계가 멈추고 나면 우주에는 아주 기본적인 입자들이 생성되는데, 글루온, 힉스 등의 입자들이 생겨나지. 이때에는 우주의 온도가
1028K 정도라서 이들이 뭉쳐서 입자를 만들기에는 역부족이지. (운동에너지>결합에너지.)
이 시기에는 우주를 팽창시키는 에너지는 진공에너지라고 하는데, 그게 무슨에너지인지는 아직 잘 모르겠다.
이때의 우주는 초고온 초고압 상태라서 그 내부에는 끊임없이 입자들이 생겨나고 반입자들과 충돌해서 사라지는 혼돈의 시기야.
우주가 점차 팽창하면서 온도와 압력이 낮아지자, 입자들의 운동에너지가 점차적으로 안정화되고 초창기에 생겨났던 글루온이나 힉스같은 입자들은
이제 서로 뭉쳐서 새로운 입자를 만들기 시작해.
이때 반입자들의 개수는 10억개당 1개꼴로 입자보다 모잘랐는데, 그때문에 대규모 충돌로 인해서 소실되고 남은 입자들이 지금의 별, 행성, 은하를 만들었지.
만약 이때 반입자들과 입자들의 개수가 같았다면 이런 쌍소멸시기에 모든입자들은 소실되었고, 결국 지금의 우리들은 존재하지 않게 돼.
어찌보면 기적이라고 볼 수 있지.
4. 10−11~10−6초
점차적으로 우주가 안정화되면서 결국 약력마저 분리되고말아. 이는 무엇을 의미하냐면 입자들이 뭉쳐서 하나의 새로운 입자를 만들 수 있는 단계이지.
드디어 대 쿼크시대가 온거야. 이때 쿼크입자들이 마구마구 생겨나면서 그와동시에 중력과 전자기력도 분리가 돼.
5. 10−6~1초
더 팽창해서 우주가 1조도 정도로 떨어지자 더 큰 입자들이 생성되기 시작해. 대표적인 입자가 쿼크와 바리온입자가 합쳐진 양성자와 중성자야.
이제야 빅뱅 후 1초가 지났어. 엄청난 일들이 너무나도 순식간에 벌어진 일이지만 이러한 과정이 없었다면 지금의 우리는 존재하지 않았겠지.
6. 1~10초
우주의 온도가 계속 낮아지면서 이른바 강입자(양성자 중성자)들과 대비되는 경입자(렙톤 등)의 시대가 도래해. 이 시기에도 렙톤 반렙톤이 계속 생성되었다가
소멸되는 쌍소멸의 혼돈이 계속되지.
7. 10초~38만년
이때는 광자가 우주의 에너지를 지배하는데, 빅뱅 후 수 분이 지나자 우주의 온도가 10억도까지 하락해. 그에따라
양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 생성해. 이때 수소와 헬륨, 그리고 소량의 리튬 베릴륨이 생성돼.
대부분의 원자핵은 수소로 남게 되는데, 이때 수소, 헬륨의 비율은 92:8정도로 현재의 태양의 수소헬륨 비율정도야.
빅뱅이후 약 37만9천년 정도 되면 이 원자핵에 전자가 들러붙기 시작하면서 헬륨, 리튬, 베릴륨등이 생산되기 시작하지.
8. 38만년~ 4억년
이시기가 지나면 우주의 온도가 3천도가량으로 떨어져서 우주를 꽉 채우고있던 자유전자들은 거의 사라지게 돼.
사실 자유전자는 워낙 운동에너지가 커서 광자들이 직진하는 데 방해가 됐거든, 이 자유전자들이 사라짐과 동시에 광자들은 직진을 하게 돼.
즉 우주가 맑게 개어. 이때 해방된 광자들은 우주가 팽창함에 따라 파장이 길게 늘어나 지금의 우주배경복사(cosmic ray)로 우리에게 관측돼.
하지만 이때는 우주가 매우 어두워져. 왜냐하면 광자가 해방되었다고 해도 광원이 존재하지 않았기 때문에 광자를 방출할 소스가 없었던거야.
이를 어둠의 시대(Dark Age)라고 하는데, 이는 38만년 이후부터 4억년까지 지속됐다고 해.
9. 4억~10억년
이시기에는 별들이 생성되고 점차 은하가 생성되면서 어둠의 시대가 막을 내리게 되는데,
이때 발생한 여러 퀘이사들.
이때 강력한 퀘이사들이 생성돼. 이 퀘이사들은 주변에 강한 자외선, X선, 감마선 등을 내뿜으며 주변의 원자들을 재 이온화시키는데,
이 재이온화의 시기는 10억년까지 지속돼.그래도 이미 우주가 엄청 커진 상태였기 때문에 우주가 불투명해지진 않아.
현재 망원경으로 이 재이온화 시기의 초기은하들을 관측할 수 있어서 과학자들은 이 재이온화단계에 눈에 불을켜고 연구중이지.
10. 10억~현재(137억년)
그 이후 점차 별들과 은하가 생성되면서 현재까지 이어지게 돼.
아직 빅뱅이론은 '그나마' 관측결과에 부합하는 이론이야. 이 이론도 아직 설명할 수 없는 문제점들이 너무나도 많지.
관측을 끊임없이 하면서 이론을 수정해나갈 필요가 있어. 아마 초끈이론같은게 정립되고 나면 우리가 아직 풀지못한 무에서 유가 되는 단계에 대한
실마리가 잡힐지도 몰라. 계속 연구를 해봐야해.
길고 어려운 글 읽어주느라 수고했고 고맙다.
http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang
사진은 구글링.
세줄요약
1. 단 1초동안 우주의 기본 구성물질이 만들어짐.
2. 38만년 이후 원자들이 생성되기 시작
3. 4억년 이후 최초의 원시별이 탄생되고 지금에 이르게 됨.
