우주(universe)에 대하여

우주(universe)란?

우주라는 공간은 모든 시간과 공간을 의미하며, 우주의 행성들과 은하, 별 등등 우주에 존재하는 기타 모든 형태의 물질들과 에너지를 포함하고 있다. 빅뱅이론이라는 우주에 관련된 이론에서는 우주발전에 관련된 지배적인 우주론적 기술을 의미합니다. 이 이론에서는 시공은 137.87억 ±0.2억 년 전과 일치하여, 우주는 빅뱅이 일어난 이후에 팽창되고 있습니다. 현재 과학기술의 발전으로 우주전체의 공간적인 크기는 측정이 불가능하지만,  우주크기를 관측할 수 있는 기술에 의해 측정한 결과 지름이 약 1조 광년으로 알려져있습니다. 

 

 

 

우주는 가장 처음 확립된 초기모델 중 일부는 고대 그리스인과 인도의 철학자들에게 연구되어졌습니다. 그 당시에는 태양계는 지구라는 행성을 중심으로 움직인다는 주장이었습니다. 수세기를 거친 후 정확하게 천문을 관측할 수 있게 되자 니콜라스 코페르니쿠스라는 인물은 태양계를 중심으로 다른 행성들이 돈다는 모델인 태양중심모델을 발표하였습니다. 아이작뉴턴은 코페르니쿠스의 연구와 요하네스 케플러의 운동법칙, 티코 브라헤의 연구관찰 기록을 통해 중력의 법칙을 발표하였습니다. 

과학기술의 발전으로 관측이 개선됨에 따라 태양은 은하계에 있는 수천억 개 중 하나의 행성이며, 관측이 가능한 우주안에 있는 수천억 개 은하중 하나라는 사실이 밝혀지게 되었습니다. 이로써, 우리가 관측이 가능해진 우주의 대부분의 별은 이진수이라 불리며, 태양은 독특한 점을 가지고 있다는 사실도 밝혀지게 되었습니다. 우주에 있는 가장 큰 은하는 균일한 모습을 이루고 있으며, 모든 방향으로 분포해있습니다. 우주는 가장자리, 중심의 개념이 존재하지 않습니다. 작은 규모에서 은하 또는 초은하에 분포하여 있으며, 우주라는 공간에서 커다란 필라멘트나 거대한 공동체를 형성하는 기포형태의 구조를 가지고 있습니다. 20세기 초부터 발견되어진 우주는 이 시점을 시작으로 계속해서 관측이 가능한 범위가 넓어지고 확대되고 있습니다. 

 

 

 

대폭팔(빅뱅이론)에서의 우주는?

빅뱅이론에 의해 우주가 팽창하는 반경에 따라 처음에 존재했었던 에너지들과 물질들은 밀도가 낮아졌습니다. 인플레이션이라는 시대라고 불렸던 초기에 가속과 팽창의 힘들이 분리 된 이후 우주는 점점 냉각상태가 되어 팽창되어졌고,  이때 최초의 아원자입자와 단순원자를 형성하였습니다. 이러한 물질들이 모여서 중력의 영향을 받았고, 필라멘트와 매크로 캐비티의 기포모양의 구조를 형성하게 되었습니다. 이는 수소와 헬륨의 거대한 구름을 형성하였고, 암흑물질들의 밀도를 향해 중력이 생성되며 우리가 알고 있는 최초의 은하, 별, 행성들을 형성하게 되었습니다.

은하들의 움직임들을 연구한 결과로 우주에는 별, 은하, 성운, 가스등과 같은 눈으로 볼 수 있는 물체로 설명할 수있는 것보다 훨씬 더 풍부하고 많은 물질들을 포함한다는 것을 알게 되었습니다.  눈으로 보이지 않는 물질들은 암흑 물질로 알려져 있습니다. 

우주의 나이와 팽창

우주를 관찰할 수 있게 된  과학자들은 300억 광년 떨어져 있는 은하를 관측할 수 있었습니다.  이 은하는 적색의 모습을 관찰할 수 있었고, 우주에는 물질이 많을 수록 상호 중력이 강해지는데, 우주에 물질들이 너무 없다면 상호중력이 약하기에 은하나 행성과 같은 천문학적인 구조들을 이루기가 어려워집니다. 빅뱅이후 우주는 단순하게 팽창하게 되었습니다. 우주는 적절하게 이루어지는 에너지 밀도를 가지며, 138억년에 걸쳐서 우주가 팽창하게 되어 우주를 형성할 수 있게 되는 기간을 가지게 되었습니다. 우주 입자는 팽창하는 속도에 영향을 미치게 됩니다. 

시공간(Space time)의 개념

현대 물리학이 발전됨에 따라 우주는 시공간이라는 개념의 정리가 필요합니다. 이 이론은 상대성 이론에 의거하여 설명할 수 있습니다. 특수 상대성 이론은 중력이라는 개념을 설명할 수 없지만, 이후 일반 상대성이론에서는 시공의 개념이 고정이 아닌 동적인 것으로 인식할 수 있음으로써 중력이라는 개념을 설명할 수 있게 되었습니다. 일반 상대성이론에서는 중력의 존재는 시공의 곡률로 재해석이 됩니다. 궤도와 같은 모습의 곡선은 몸을 직선의 모습을 벗어나려고 하는 힘의 방향과 결과로 도출된 것이 아닌 몸이 다른 질량으로 이루어져 있기 때문에 휘어있는 모습으로 낙하하려고 하는 모습으로 발견되었습니다. 물리학자들 사이에서는 존 아치볼드 휠러의 발언을 통해 알 수 있듯이 "시공은 물질들이 어떻게 움직여지는지 알수 있고, 어떻게 시공에 의해 휘어지게 되는지 보여줄 수 있습니다." 따라서 어느 한쪽만에 치우치는 것은 무의미하다는 것을 알 수 있습니다. 우주는 3개의 공간들의 차원들과 1개의 시간의 차원으로 이루어진 시공간이라는 연속적인 형체로 나타나게 됩니다. 

천문학적 개념

근대적인 천문학의 개념은 가장 처음 기록된 내용은 기원전 3천년에서 1천2백년 사이에 고대 이집트와 메소포타미아에서 발견되었습니다. 바빌로니아의 천문학자들은 세계를 바다로 둘러쌓여있는 평평한 원반모양으로 생각했습니다. 이 사상은 초기 그리스 지도의 형태로 알 수 있습니다. 이후 그리스 철학자들은 천체를 관찰하면서 발견된 증거들로 인해 우주의 구체적 모델을 개발하는데 관심을 가지게 되었습니다. 최초의 원형의 생각을 가지게 된 플라톤의 제자로 인해 커지게 되었으며,아리스토텔레스는 우주 행성들의 움직임, 역행의 움직임의 복합성이 뒤섞인 모델들을 설명할 수 있는 관측된 천체를 55개로 늘려 천체들의 일정한 규칙을 발견하게 되었습니다. 이후 피타고라스 철학자 필로라오스 같은 그리스 과학자들은 우주를 지구와 태양, 행성들, 달이 일정한 원을 그리며 운동하고 있다는 주장을 했습니다.