우주와 지구

목차

1- 서론

2- 본론
■ 과거의 우주론
■ 현대의 우주론
■ 우주의 종말

3- 결론

본문내용

아슬하게 근접해서 팽창하고 있다는 것이다. 또 이렇게 임계값에 근접해 있기 때문에 실제로 우주가 임계값의 어느 쪽에 해당하는지를 확실하게 말할 수 없다. 우주의 미래에 대해 장기적인 예측을 할 수가 없는 것이다. 우주론을 연구하는 학자들은 우리의 우주가 이런 상태에 있다는 것을 우주의 특성으로 이야기하고 있으며, 이를 설명하려 애쓰고 있다. 하지만 이런 특성을 이해하기는 매우 어렵다. 왜냐하면 정확하게 임계속도로 팽창하지 않았다면 우주가 나이를 먹어감에 따라 팽창은 계속되고, 점점 더 임계상태와의 차이는 커질 것이기 때문이다. 바로 여기에 가장 중요한 수수께끼가 있는 것이다.
우주는 150억년 동안 팽창해 왔다. 그런데 아직도 임계상태에 근접해 있어서 앞으로 우주가 어떻게 될 것이지 말할 수 없다. 150억 년의 팽창에도 불구하고 이렇게 임계상태에 근접해 있다는 것은 우주 팽창이 임계값에 불과 10-35의 오차로 시작되었다는 것을 의미한다.
만일 우주가 임계속도보다 훨씬 빠르게 팽창을 시작했다면 팽창 효과가 중력 효과를 앞지르게 된다. 그러므로 중력에 의해 군데군데 물질들이 모여서 은하나 별들을 형성하지 못하였을 것이다. 별의 형성은 우주의 진화에 있어서 중대한 단계이다. 별이란 매우 많은 양의 물질이 모여서 그 중심압력으로 핵반응을 일으킬 만큼 거대해진 물질들의 응집체이다. 이러한 반응을 거쳐 수소는 연소되어 헬륨으로 바뀌는데, 이와 같은 과정이 그 별의 일생동안 조용히 오랜 기간동안 일어난다. 그리고 별은 그 일생의 마지막 단계에서 별의 핵에너지 생성 과정에 큰 변혁이 일어난다. 별은 짧은 기간동안 급격한 변화가 일어나서 헬륨은 탄소, 질소, 산소, 규소, 인 그리고 생화학적으로 생명활동에 관여하는 많은 다른 원소들로 바뀐다. 별이 초신성 폭발을 하게 되면 이러한 원소들이 우주공간으로 흩어지게되고 궁극적으로 행성과 생명체를 형성하게 되는 것이다. 그러므로 별은 모든 화합물, 생명체의 기원이 되는 원소들의 생성지인 것이다. 그러므로 임계값보다 빠르게 팽창하는 우주에서는 별의 형성이 이루어 질 수 없다. 따라서 인간이나 복잡한 생명체나, 구조물들을 구성하는 근원물질들도 생성될 수 없을 것이다. 이처럼 계속해서 팽창만 하는 우주를 열린 우주라고 한다. 열린 우주에서는 시간이 경과함에 따라 은하단들은 서로 멀어지고, 영겁의 시간이 지나면 우주는 밀도가 희박해지면서 추어지며 어둡게 된다. 별들은 1014년 후면 모두 그 활동이 정지되고 우주공간은 차갑고 어두운 물질로 가득차게 된다. 그리고 1018년 후면 은하도 붕괴되어 거대한 하나의 블랙홀이 형성된다. 1035년 후면 은하단내의 모든 은하가 거대한 하나의 은하로 합쳐지며, 1040년 후면 은하단들은 초거대 블랙홀로 바뀐다. 이 이후의 과정은 양성자의 수명이 유한한가 아닌가에 따라 조금 달라진다. 10100년 후면 모든 블랙홀들마저 증발하여, 이후에는 끝없이 식어 가는 빛과 중성미자, 그리고 중력파만이 남게 된다.
위와 같은 현상과 반대로 우주가 임계속도보다 아주 작은 속도로 팽창한다면 얼마 못 가서 중력효과가 팽창효과보다 커질 것이고, 우주는 다시 수축하게 될 것이다. 이때에는 별이 형성되고 폭발하고 생명체가 구성되는 과정이 채 일어나기도 전에 우주가 수축해 버리고 만다. 이 경우 역시 생명체가 만들어질 수 없는 우주이다. 이런 우주를 우리는 닫힌 우주라고 칭한다. 이 우주의 미래상이 흥미롭기는 하지만 생물체의 건강에는 좋지 않은 상태이다. 공간이 수축할수록 우주의 척도 R이 점점 작아지면서 은하들은 적색 이동이 아니라 청색 이동된 다른 은하의 빛을 보게 될 것이다. 공간의 위축이 파동의 위축을 불러와 청색 이동 현상이 일어난다. 그렇지만 짧은 파장의 빛이 더 큰 에너지를 가지므로 시간이 경과함에 따라 우주 배경 복사의 세기가 증가한다. 별의 수명은 질량에 따라 다르나 대체로 1010년에서 1014년 정도가 된다. 우주가 다시 수축하는 시기는 허블 상수값에 따라 달라진다. 수축이 시작되고 수 십억 년 후면 은하단이 서로 섞이기 시작하고 대파국을 맞기 수 억 년 전이면 은하들이 충돌하여 초거대 은하를 형성한다. 별들은 촘촘하게 접근하여 밤하늘이 대낮처럼 밝아진다. 대파국 10만년 전에는 블랙홀이 형성되고 대파국(big crunch)에서 다시 하나의 특이점으로 모여 다시 팽창하는 팽창과 수축의 진동우주가 영원히 계속된다.
이렇게 해서 우리는 놀라운 결론을 얻게 된다. 즉 수십 억 년에 걸친 팽창 과정에서도 임계값에 매우 근접한 속도로 팽창하고 있는 우주만이 생명체(우주 관찰자가 될 만큼 복잡한 구조물)를 구성하는 물질을 만들어 낼 수 있다는 것이다. 그렇게 생각하면 우주가 임계값에 근접한 속도로 팽창하고 있다는 것이 놀라운 사실은 아니다. 우리는 다른 종류의 우주에서는 존재할 수 없기 때문이다.
결론
우주는 현대 물리학에서 논할 수 있는 가장 큰 공간이다. 그 중에서 관측이 가능한 공간의 반지름은, 은하계를 중심으로 약 150억 광년이다. 그리고 그 끝은 현재 우주 팽창으로 광속의 약 90%정도의 속도로 한없이 멀어지고 있으며, 어떠한 빛도 입자도 관측 가능한 에너지보다 낮아져 볼 수가 없다.
우주가 탄생해서 진화해온 기간에 비해 인류가 우주를 관측하고 연구하기 시작한지는 매우 한순간에 불과하다. 우주를 이해하면 이해할수록 깊은 미궁에 빠져드는건 사실이지만 그 짧은 기간 동안에 우주의 구조를 대략적이나마 확인한 것은 커다란 성과가 아닐수 없다. 본론에서의 우주의 대폭발 이론, 거품 우주론등의 견해들은 해답보다는 의문점들이 더 많다. 이러한 이론들은 현대과학에서 가장 첨단을 다리는 것들이기 때문에, 꾸준한 관측과 연구가 요구된다.
참고문헌
1. 우주의 역사 콜린 윌슨 한영환 옮김 범우사(1986)
2. 코스모스 칼세이건 서광운 옮김 문화서적(1998)
3. 교양 천문학 민영기,우종옥,윤홍식 공저 형설출판사(1993)
4. 우주로의 여행 FRAKNOI, MORRISON, WOLFF
윤홍식,민영기,이시우,홍승수,강용희,이형목,김용하,권석진,김용기
마당(1998)
5. 월간 Newton 과학 1998. 11. 계몽사

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