현대 우주론 -빅뱅 이론, 인플레이션 이론, 끈 이론

목차

1. 들어가는 글

2. 빅뱅 이론의 형성과 그 한계.
(2-1) 허블과 팽창하는 우주
(2-2) 빅뱅이론으로 발전한 우주 팽창설
(2-3) 발견된 빅뱅의 증거
(2-4) 빅뱅 이론으로 풀 수 없는 수수께끼들

3. 소립자 속의 숨어 있는 우주 탄생의 비밀
(3-1) 보이지 않는 소립자의 세계와 우주
(3-2) 진공의 세계
(3-3) 우주가 무(진공)에서 탄생했다고 주장하는 사람들

4. 인플레이션 이론이 이야기하는
우주의 팽창

5. 우주 탄생을 둘러싼 신비스런 이론들
(5-1) 우리 우주는 무한한 우주 가운데 하나에 불과하다
(5-2) 우주는 다시 수축해 빅 크런치에 이를 수도 있다

6. 나가는 글

본문내용

해보았으나 그의 말년을 좌절과 실패로 보낼 정도였다. 그러나 물리 학자들은 초끈 이론(Superstring theory)이라는 것으로 그 이론을 추적해 볼 수 있다고 생각한다. 젊은 이론가들은 초끈 이론의 난해한 수학을 연구하고 있으며, 그 연구가 궁극적인 해답에 이르는 길이라고 확신하고 있다. 그 연구는 44세의 프린스턴 고등 연구소의 에드워드 위튼 교수가 큰 영향을 끼치고 있다.
위튼 교수가 초끈 이론--우주의 구성 요소는 10차원 우주라는 이상한 곳에 존재하는 끈(string)을 제외하고는, 아주 작은 입자(소립자)가 아니라 느슨한 끈의 조각들이나 상상하기는 힘드나 작은 원환들이라고 가정한 이론--을 주창하지는 않았다. 이 이론의 현대적 해석은 1960년대 후반에 이루어졌는데, 그 당시 위튼은 마르고 수줍어하는 큰 키의 가느다란 목소리를 지닌 대학생이었다.
1980년대 중반, 위튼이 초끈 이론에 관심을 기울일 무렵 그는 세계에서 가장 재능 있고 훌륭한 물리 학자로 손꼽아 지고 있었다. 단순히 그가 전공을 선택한 것으로 해서, 초끈 이론은 많이 달라졌다. 뉴욕 대학의 이론물리학자 미키오 카쿠씨는 말하길 "내 기억으로는 70년대의 초끈 이론은 가내 수공업의 수준 정도로 보잘 것 없었습니다. 우리 완고한 물리학자들 중 일부만이 그 이론을 연구했죠. 그러나 에드워드 위튼이 앞으로 물리학의 50년은 초끈 이론이 이끌게 될 것이라고 선언했었죠. 그것은 마치 해일이 몰아치는 것과 같은 것이었죠." 초끈 이론은 갑자기 물리학계의 뜨거운 이슈로 부각되었다.
그러나 이 말은 초끈 이론이 옳다고 말하는 것은 아니다. 아인슈타인의 경우처럼, 매우 영리한 사람들은 때때로 돈키호테가 풍차를 향해 달려드는 것과 같은 엉뚱한 일을 하곤 한다. 아인슈타인의 최고의 업적인 일반상대성 이론의 경우에서조차 그는 실험물리학자들이 나서서 그의 이론이 예측한 것을 실험으로 검증하기까지 참을성 있게 기다려야만 했다. 이론은 실험적 검증이 있기까지는 단순히 멋있는 방정식이라는 것밖에는 의미가 없다. 이것은 초끈 이론에 대해서도 성립하는 과학적 원칙이다. 불행히도 이 이론의 실험적 검증을 지구에서 하기 위해서는 원자에 매우 강력한 충격을 수천번 이상을 가해야 한다. 적어도 현재의 이론에서는 그렇다.
그러나 위튼 교수는 초끈 이론이 현 우주에서 검증될 수 있도록 잘 다듬고 개선을 시켰다. 이미 그는 다른 분야의 방정식들간의 어떤 관련을 맺어주도록 하는 위상양자장이론(topological quantum field theory)이라는 것으로 수학 분야에서 노벨 물리학상이라 여겨지는 Fields Medal을 수상하였다. 이는 수학자들이 단지 물리학을 취미로 여기는 자들을 비웃는 것을 고려해 볼 때 결코 작지 않은 업적인 것이다. 그러나 놀랍게도 위튼의 학사 학위는 역사학이었다. (그는 저널리스트가 되려고 했다.) 그러나 그의 아버지가 물리 학자였고, 1972년 McGovern 캠페인에 잠시 참여한 후 위튼은 프린스턴 대학원에 입학한 후 다시는 역사학 공부를 하지 않았다. 그는 현재의 그와 그의 동료들의 연구가 아리스토텔레스가 우주를 4개의 요소 즉, 물, 불, 공기, 흙으로 나눈 이래로 이어져 온 과학의 철학적인 신비가 이제 막 깨뜨려 질 것이라고 확신하고 있다. 우주의 궁극적인 성질은 무엇일까? "나는 이 연구가 얼마나 걸릴지 말을 할 수 는 없습니다만, 벽에 써 있는 글귀가 누구의 필적인지 분간하는 정도가 남았다고 봅니다."라고 말한다. 만약 그의 연구가 옳다면, 세상의 위대한 물리 학자들은 점차 그의 이론을 인정해 갈 것이며, 그 벽의 필적은 아마 에드워드 위튼의 것처럼 보일 것이다.
( 위튼 박사의 모습 )
6. 나가는 글
우주의 탄생에 대한 정확한 해답은 없다. 지금까지의 모든 이론들은 하나의 가정에 불과하다.
계속 각 이론에 대한 증거들이 하나씩 밝혀지고 있지만 그것만으로는 우주의 신비를 벗겨내기에는 무리가 있다. 우주 탄생의 수수께끼는 언제쯤이면 풀릴 수 있을까? 우주의 탄생 과정과 그에 얽힌 수수께끼에 도전하는 우주론은 과학 중에서도 가장 흥미 있고 신비스러운 분야 중 하나일 것이다. 또 이 분야만큼 상상력을 필요로 하는 과학 분야도 드물 것이다. 우주론은 다른 과학 분야와는 달리 증명이 거의 불가능하기 때문에 우주론을 연구하는 과학자들은 웬만한 소설가는 비교할 수 없을 정도로 풍부한 상상력을 필요로 한다. 그런 이론들 중에는 일반인들이 머리 속에 한 번쯤 품어보았던 공상만큼이나 믿기 어려운 것들도 많다. 그 동안 등장했던 무수한 가설들 중에서 가장 가능성이 높은 것들이 빅뱅 이론과 그것을 보충한 인플레이션 이론, 아직 정확한 조사가 미흡하기는 하지만 어느 정도의 희망이 있는 초끈 이론 등이다. 물론 이 가설들도 아직 분명하게 확인되지 않은 것들이고 다른 생각을 가지는 학자들도 많다. 하지만 우주 탄생의 거대한 수수께끼는 이런 가설들 중에서 풀릴지도 모르는 일이다. 그래서 우리는 이 우주론에 깊은 애착을 가지고 연구하는 것이 아닐까 생각한다.
7. 참고 문헌 및 인터넷 사이트
문헌 : 인간과 우주 (박창범 저) 가람 기획
큰 인간 작은 우주 (곽영직 저) 사민 서각
재미있는 우주 역사 이야기 (조경철 저) 정음 문화사
우주의 탄생에서 종말까지 (과학세대 공저) 지학사
즐거우 우주 탐구 (이소베 슈조 저) 여명 출판사
TIME 지 96년 판 6월 호
코스모스 (칼 세이건 저) 학원 신서
사이트 : http://science.kongju.ac.kr/ms/earth/middle3/txt/ea3060.html
http://quanta.kyounghee.ac.kr/seminar/99/nam/yhlee
http://www.postech.ac.kr/~marisan/major-SupuraSting.html
http://www.donga.com/docs/magazine/science-donga/9707/sd0040.html
http://memebers.triod.lycos.co.kr/zenca/sub2.htm
http://astro.chungnam.ac.kr/~yslee/COSMOS-F.htm

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우주론,   빅뱅,   인플레이션,   끈,   우주의 팽창