우주 과연 어떻게 만들어졌을까??? - Big Bang(빅뱅우주론)

안녕하세요^^

 

우주 카테고리에서 별, 별자리, 별을 관측할 수 있는 망원경에 대해서 이야기를 했는데, 오늘은 처음으로 돌아가서, 우주는 어떻게 만들어졌을까?? 대해서 적어보려고 합니다.

 

혹시 학창시절에 빅뱅(Big Bang) 들어보셨죠?? 대폭발 이론 이라고도 하는데, YG의 빅뱅(그룹)은 아니에요^^ 우선, YG가 빅뱅이라는 그룹을 만들 때 왜 빅뱅이라고 했냐면, 음악계의 큰 폭발을 일으켜달라고는 마음에서 했다고 하네요. 결국 큰 폭발을 만들었는데, 지금은 음악이 아닌 사고로 큰 폭발을 일으켰네요... 빅뱅 노래를 좋아했던 한 사람으로 많이 아쉽네요.. 비록 그룹 전원은 아니지만, 그래도 많이 아쉽네요..

 

빅뱅 - Big Bang 대폭발이라고 합니다. 현재 우주는 매우 크고, 매우 넓죠. 사람들은 보통 앞으로 일어날 일에 대해서 생각을 많이 하죠.. 빅뱅은 이런 앞의 일어날 일을 생각한 것이 아니고, 역발상으로 지금은 이렇게 크고, 넓은 데 과거에도 이렇게 넓을까??라는 역발상에서 시작했다고 합니다. 다시 말해서 지금의 우주가 크다면, 과거에는 좀 작지 않았을까?? 그럼 더 예전에는 더 작지 않았을까?? 이렇게 하다 보니 결국에는 한 점에 도달하고, 큰 한 점에서 커다란 폭발이 일어나서 지금의 우주가 되지 않았을까?? 말하는 것이 빅뱅의 시초라고 합니다. 빅뱅이론을 발표한 사람은 미국의 물리학자 조지 가모프이고요, 가모프의 빅뱅을 먼저 이야기 한 사람은 조르즈 르메르트라는 벨기에의 물리학자 겸 신부입니다. 다양한 최초의 증거를 찾았지만, 그 당시에 미국의 물리학자 아인슈타인 발표한 정적 우주론과 대립이 되고 있었다.

조지 가모프는 구소련 물리학자였지만, 스탈린이 구소련을 집권하면서 자본주의 과학이 아닌 프롤레타리아 과학을 내세우면서, 다른 나라에서 열리는 학술협회에 참석차 여권을 신청했지만, 거부를 당한다. 우열곡절 끝에 벨기엘에서 열린 솔베이 학술협회에 참석을 하게 되었고, 가모프는 주변 과학자들의 도움을 해외에 머물다가 미국 조지 워싱턴대학교 교수로 가게 되면서 미국으로 망명을 하게 되었다. 워싱턴 대학교에서 교수로 재직을 하면서 처음부터 우주에 대한 기원을 찾는 것 아니고, 별의 진화와 열핵반응에 대하여 연구하다가 빅뱅이론으로 가게 되었다고 한다. 

 

조지 워싱턴 대학교 강의하는 조지 가모프 - 네이버 참조

1945년에 가모프는 알퍼(Ralph Alpher)를 박사과정 학생으로 받아들인 후 초기 우주에 대해 연구하기 시작했다. 허블(Edwin Hubble)에 의해 제안되었던 팽창우주론에 수학적 이론을 적용하여 초기 조건을 추정하는가 하면, 핵물리학을 적용하여 시간이 지남에 따라 우주가 어떻게 진화되는지를 알아보았다. 3년 동안의 연구 끝에 그들은 자연계에 존재하는 수많은 원자핵들은 특정한 온도와 밀도의 평형 상태에서 만들어졌다기보다는 원초적 물질이 팽창하고 냉각되는 연속적인 과정을 통해 단계적으로 만들어졌다는 주장을 내놓았다. 특히 그들은 빅뱅 후 5분 동안에 10개의 수소 원자핵에 1개꼴로 헬륨 원자핵이 만들어졌다는 점을 계산했는데, 그것은 관측 천문학자들이 측정한 값과 일치했다. 가모프와 알퍼는 논문을 제출하는데, 논문의 저자는 가모프, 알퍼가 아닌, 가모프, 베테, 알퍼의 이름으로 논문을 작성했다. 그 이유는 알파벳의 순서 때문이라고 한다. 논문을 발표 후 가모프 팀의 연구는 계속되었고, 알퍼는 새롭게 합류한 헤르만(Robert Herman)과 함께 우주의 진화과정을 추적했다. 우주가 팽창을 계속해 열에너지가 전자와 원자핵의 결합을 방해할 수 없을 정도로 온도가 낮아지자 전자들은 원자핵과 결합해 중성 원자인 수소와 헬륨을 형성했다. 알퍼와 헤르만은 그때의 온도가 대략 3,000℃이며, 우주가 팽창하여 그 온도에 이르는 데 약 30만 년이 걸렸을 것으로 추정했다. 그들은 이러한 계산이 옳다면 중성 원자가 만들어지던 시점에 존재했던 빛이 오늘날에도 우주를 달리고 있어야 한다고 생각했다. 이 빛의 파장은 약 3K(절대온도)인 물체가 내는 복사선의 파장인 1mm 정도 될 것이라 예측되었다. 하지만, 이 당시에는 빅뱅 이론의 증거를 제시하지 못했다고 한다. 하지만, 시간이 지나면서, 우주배경복사를 관측하면서, 빅뱅이론이 단지 가설이 아닌 이론으로 업그레이드할 수 있는 계기가 되었고, 우주 배경 복사를 관측한 두 엔지니어(펜지어스와 윌슨)는 우주 배경 복사를 관측한 업적으로 노벨 물리학상을 수상하기도 하였다. 

빅뱅의 증거에는 우주배경복사외에도 빅뱅이론을 측정한 수소와 헬륨의 비와 현재 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 비가 같다는 등 여러 가지 증거로 인하여 빅뱅이 우주 생성의 이론으로 자리매김하고 있는 것이다.