1. 물리 우주론(Physical Cosmology)의 정의
우리가 살고 있는 이 우주가 처음에 어떻게 탄생했고, 또 어떻게 진화해 왔는지에 대한 근본적인 의문에서 출발하여 이 우주에 대해 가장 큰 규모의 구조와 움직임을 연구하고 그 형성과 발달에 대한 연구를 다루는 천문학의 한 분야이다.
물리 우주론은 우주의 큰 물질 단위인 은하, 은하단, 초은하단 등과 초창기에 형성된 천체(퀘이사)를 연구하며, 또 우주가 한 덩어리였을 때의 우주(마이크로파 배경, 우주의 거대 구조, 암흑에너지, 암흑물질, 대폭발 핵 합성 등)를 연구한다.
이 물리 우주론에 밑바탕이 되는 이론은 우주가 한 점에서 시작되어 현재까지 팽창하여 왔다는 대폭발 이론인데, 약 137억여 년 전에 우주가 탄생하여 지금까지 이어져왔다는 이론이고, 1965년 우주 마이크로파 배경이 발견되었는데 이로 인해 대폭발 이론은 크게 인정받고 천문학계에서 받아들여지게 된다.
우주론은 천체의 움직임과 원동자에 대한 연구도 포함한다. 천체의 움직임은 선사시대부터 인간이 탐구해왔던 것으로, 역사적으로 형이상학적인 분야이자 종교적인 분야로도 간주되어 왔다. 그러나 과학적인 시각에서 보았을 때 이 우주론은 코페르니쿠스의 지동설과 같이 태양이 중심이고, 그 주위로 태양과 행성, 소행성이 돌고 있다고 보는 원리와, 처음으로 천체의 움직임을 이해할 수 있게 설명한 아이작 뉴턴의 천체역학과 함께 시작되었다.
[참고]
-. 천동설: 프톨레마이오스가 주장. 지구가 중심이고, 그 주위로 태양과 행성, 소행성 등이 돌고 있음.
-. 지동설: 코페르니쿠스가 주장. 태양이 중심이고, 그 주위로 태양과 행성, 소행성 등이 돌고 있음.
2. 물리 우주론의 이론에 따른 우주의 탄생과 진화
위에서 언급한 대로 우주는 약 137억여 년 전에 한 점에서 탄생한 것인데, 이후 우주가 팽창하는 동안 다음과 같은 여러 단계를 거쳤다.
- 한 점으로부터 우주 탄생.
- 우주의 대폭발(빅뱅).
- 우주 대폭발 직후 우주의 급팽창. (우주가 현재 균질하고 isotropic 하게 관측되는 이유)
- 급팽창 이후, 헬륨, 중수소 등의 원소 생성됨.
- 대폭발 핵 합성, 원시 핵 합성: 우주의 물질(바리온) 생성.
- 우주 팽창 후 열기가 식어가면서 중성 원자 생성.
- 중성 원자 생성 후 전자의 이온화 현상 -> 우주가 투명해짐. 빛 투과 가능.
- 천체(퀘이사)의 생성. 우주의 물질이 밀도 높은 지역으로 뭉치며 가스 덩어리 생성. 별의 생성.
- 별이 중력에 의해 모이면서 은하를 구성함.
- 은하가 중력에 의해 더 뭉쳐지면서 큰 규모의 은하군, 은하단 생성.
- 은하군, 은하단으로 우주의 거대 구조 생성.
3. 물리 우주론의 현재와 미래
우주의 95% 이상은 암흑물질과 암흑에너지가 합쳐진 물질로 구성되어 있으며, 이 두 성분이 무엇인지에 대한 정의는 아직도 밝혀지지 않아 현대 우주론과 천문학의 주요 연구 분야 중에 하나이다.
20세기에 들어서 물리 우주론은 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론과 망원경의 발달에 따른 우주와 천체의 관찰과 함께 시작되었다. 20세기의 비약적인 천문학 연구의 발전은 인간을 우주가 탄생하게 된 기원에 대해 연구를 할 수 있게 해 주었고, 천문학자들이 우주 대폭발 이론(빅뱅이론)을 정립하게 하여 우주론에 대한 모형과 가설을 대표하고 이를 더욱 연구할 수 있게 해 주었다. 비록 빅뱅이론에 반대하여 소위, 비표준적인 우주론을 주장하는 천문학자도 있으나 빅뱅이론은 현재 가장 일반적으로 받아들여지는 이론이며, 관측천문학에서 관측된 자료를 가장 잘 설명할 수 있는 이론이다.
앞으로도 물리 우주론은 우주 대폭발 이론(빅뱅이론)을 바탕으로 우주의 탄생과 진화과정을 연구하여 앞으로 우주가 어떻게 변할지에 대한 미래를 예측하는 연구도 진행할 것이다.
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