천문학에서 빅뱅이론과 암흑물질에 대한 고찰

목차

1. 빅뱅이론에 대하여

2. 암흑물질이란

 

 

 

 

 

1. 빅뱅이론에 대하여

빅뱅이론은 우주의 팽창이론을 바탕으로한 가설로서 무한히 팽창하는 우주를 꺼꾸로 돌렸을때 모든 것들과 에너지들이 오로지 한점으로만 존재할거라고 예측하여 이것이 지금 시점으로부터 137억년 전에 그 한점에서의 대폭발에서부터 우주가 시작되었을 거라는 이론이다. 빅뱅이론의 시작은 벨기에의 뢰번 카톨릭 대하긔 조루주 르메트로라는 신부가 1927년에 최초로 주장을 하기 시작하였고, 지금 잘알려진 빅뱅이론과는 다르게 조루주 르메트로 신부가 최초에 주장한 시기에는 단지 기독교적인 관점에서 창세기의 천지창조에서 말하는 빛이 있으라는 표현과 유사한 맥락을 가지고 있엇고 이는 그당시 과학계로 부터 반발을 일으키게 되었다. 그래서 그 주장이 최초에 나왔을때는 처음부터 받아들여졌던건 아니었고 빅뱅이론과 정반대 개념이었던 우주가 원래부터 그상태 그대로 유지하고 있었다고 하는 정상우주론과 아주 대립적인 구도를 이루고 있었다. 그당시의 조루주 르메트로 신부도 그런것들을 의식하여 기독교와 과학적으로 말하는 빅뱅이론과는 전혀 무관하다고 계속 주장하면서 최대한 기독교적인 관점을 낮추려고 애를 썼다. 빅뱅의 어원은 말 그대로 큰 폭팔 이라는 의미를 가지고 있는데 이말은 1949년 라디오 토크쇼에 출현한 정상우주론을 지지한 과학자였던 프레드 호일이 빅뱅이론에 반대되는 이야기를 하면서 우주가 최초에 "쾅" 하면서 탄생된 거라고 비꼬듯이 얘기한 것에서 본의아니게 유래하게 되었다. 이것의 진이는 훗날 계속 논란이 있었으며 프레드 호일 자신은 단지 우주팽창론에 대해서 쉽게 설명하려고 쓴 단어라고 에둘러 말하기도 하였다. 빅뱅이론을 뒷받침하는 몇가지 증거들이 있는데 몇가지를 소개하려 한다. 빅뱅이론의 증거로 가장 많이 언급되는게 우주배경복사에 대한 이야기이다. 우주배경복사라는 것은 예전의 우주의 온도가 엄청나게 뜨거웠고 물질분포 또한 매우 균일한 상태였었다는 것을 증명하는 것인데 이러한 우주배경복사의 패턴에 대해서 분석해 보면 오늘날의 표준우주론이라고 불리우는 것과 아주 정확하게 일치하고 있으며 이것으로부터 탄생된 우주거대구조와 다른 기타 현상들에 대해서도 지금까지 수많은 검증이 이루어진 상태이다. 또다른 빅뱅이론의 증거로서 퀘이사가 거론되는데 퀘이사는 과거 우주에서 아주 왕성하게 활동되었다고 추측되어지며 현재로 올수록 그 수가 줄어들고 있는 추세이다. 이것은 빅뱅 초창기때의 우주의 환경과 시간이 많이 지난 지금과의 상태가 많이 달라졌다는 것을 의미하기도 한다. 또 빅뱅이론의 증거로 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비에 대해서 말하고 있다. 지금 현재 우주에 존재하고 있는 대부분의 별들과 가스에서 발견되고 있는 수소 및 헬륨의 질량 비율은 3:1 정도로 측정되고 있는데 이것은 빅뱅이 일어날 그 당시에 천천히 식어가는 우주에서 핵융합에 의해 새로 만들어진 원들의 비율과 정확하게 일치하는 것을 들 수 있다. 지금 현재 우주에 존재하고 있는 양성자의 개수가 중성자의 대략 7배 정도이며 이것은 우주가 식어갈 무렵에 대체적으로 결합 에너지가 낮은 양성자의 베타 붕괴가 역베타 붕괴에 비해서 월등히 높았기 때문이라고 보고 있다. 이것은 항성들의 핵융합에 의해서 생성되는 중성자와 헬륨의 양이 빅뱅때의 핵융합에 비하면 아주 작은 양이라고 볼수 있다. 그리고 빅뱅의 유력한 증거중의 하나인 그 유명한 적색편이와 허블-르메트르 법칙을 들 수가 있다. 이것은 우주가 사방팔방으로 매우 균일하게 아주 빠른 속도로 팽창을 하고 있다는 관측에 의한 증거를 통해서 빅뱅 초창기에 은하나 별들이 어느 한 지점에 모여 있었을 것이라는 것을 유추가 가능하게 한다. 

 

2. 암흑물질이란

빅뱅과 더불어 우주를 이야기할때 가장 이슈가 되는 암흑물질에 대해서 논해보도록 하겠다. 암흑물질이라는 것은 오늘날까지 중력에 의해서 현재의 우주가 존재되어 진다는 것을 알고는 있지만 이것이 어떤 계측기기나 다른 어떠한 수단으로도 측정이나 관측이 되지 않는다고 하여 암흑물질이라는 이름을 얻게 되었다. 비활동 블랙홀이나 갈색왜성, 비활성 뉴트리노 등 천체들의 전체 질량에서 누락된 결과라는 등의 다양한 가설들이 제시되었지만 모두가 허점들이 존재하여서 여전히 암흑물질의 존재 자체가 정확하게 밝혀지지 않는 상태이다. 여기서 중력장이라는 새로운 개념을 말하지 않을 수 없는 데 이 중력장이라는 것은 중력원이 되는 질량를 가진 입자들만 오직 생성될수 있는 것으로서 물질이나 전자기파가 서로 상호작용하는 중력장의 그 중심에는 그에 상응되는 질량이 중력원으로서 존재해야 되고, 어떤 경우에는 너무나 강한 중력으로 인해서 일정 거리 내의 물질이나 전자기파를 흡수하여서 전혀 외부에 관측이 되지 않는 블랙홀 조차도 빨려들어가는 물질로부터 아주 다양한 파장이 방출되어서 그 질량을 측정이 가능하다. 하지만 우주에서는 그 중력장에 대한 영향만이 관측될 뿐 그러한 중력이 발생된 근원 즉 중력원에 대한 어떠한 파장과 관측이 불가능하며, 이러한 알려지지않은 물질들이 우주 전방에 걸쳐서 넓게 퍼져 있는 상태이다. 이렇듯 어떠한 실체도 없고 관측도 불가능하지만 실제 존재하는 물질의 특성을 지녔다는 의미로의 암흑물질이라는 개념이 만들어지게 되었다. 이러한 암흑의 의미는 중력에 의하여 왜곡되어지는 시공간 왜곡 이외에는 암흑물질이 존재한다는 증거를 전혀 찾을수 없다는 의미에서 암흑이라는 단어가 이름에 붙게 되었다.