우주가 무엇인지 정확하게 정의내리기는 매우 어렵다.
가장 간단하게는 "은하들의 대집단"이라고 할수 있다.
세계에 있는 거대한 망원경으로 아주 먼곳까지 관측을 한 결과
현재까지 "은하"보다 더 큰 천체는 없다고 한다.
따라서 우주란 은하들이 대단히 많이 모여있는 것이다. 마찬가지로
거꾸로 이야기하면 우주의 구성원은 "은하"이다.
다시 은하란 무엇인가?
은하란 "별의 대집단"이다. 보통의 은하들은 대개 약 1000억개의
별들이 동그랗게(타원은하)나 나선형(나선은하)이나 불규칙하게(불규칙은하)로
모여 있는 것이다.
이와 같이 별들이 약 1000억개 이상이 모인 것이 은하이며,
다시 이 은하들이 거대한 공간에 모여 있는 것이 우주이다.
[우주의 끝은 어디인가?]
우리 우주의 끝은 있다.
다른 우주가 있는지는 아직 모르지만 우리 우주는 끝이 있다.
우주에 끝이 있다는 사실은 다음의 두 법칙을 통해서이다.
첫번째는 빛의 속도이다.
이 세상에서 빛의 속도보다 빠른 물체는 절대 없다.
두번째는 허블의 법칙이다.
허블의 법칙이란 멀리 있는 은하가 더 빨리 멀어지고 있는 것을 말하는 법칙이다.
즉, 멀리 있는 은하가 더 빠른 속도를 갖는다.
이 두가지 법칙을 결합하여 이야기 하면
-> 가장 멀리 있는 은하의 속도는 가장 빠른 속도인 빛의 속도로 움직이는 은하이다.
다시 말해 빛보다 빠른 물체는 없으므로, 이 은하보다 먼곳에는 어떤 물체도 없다.
이곳(빛의 속도로 멀어지고 있는 은하가 있는 곳)이 바로 우주의 끝이다.
[우주의 크기는 얼마인가?]
우주는 끝이 있으므로 우주의 반지름을 알수있다.
이역시 허블의 법칙과 빛의 속도만으로 알수 있다.허블의 법칙은 다음과 같다.
v = H x r
(여기서 는 v은하의 후퇴속도, H는 허블의 상수라는 숫자로 측정가능하다.
또한 r은 은하의 거리를 나타내는 것이다.)
이 식을 다시 쓰면 r = v/H 이다.
우주의 끝은 가장 빠른 속도인 빛의 속도(C)를 가진 은하까지이다.
따라서 우주의 크기 r(끝) = C / H 이다.
빛의 속도인 C는 초속 30만km 이다.
허블의 상수 H는 현재까지 아주 정확하지는 않지만 대략 100근처라고 한다.
이 허블 상수의 값을 사용하면 우주의 크기는 대략 150억광년이 나온다.
즉, 우주의 끝은 가장 빠른 빛의 속도로 약 150억년을 날아가야 하는 곳에 있다.
[우주의 끝을 넘어서는 무엇이 있는가?]
우주의 끝을 넘어서는 아무것도 없다.
우주의 끝은 가장 빠른 속도인 빛의 속도로 약 150억년을 날아가야 하는 곳에 있다.
그렇다면 이 넘어에는 무엇이 있는가? - 답은 아무것도 없다이다.
그런데 주의 할 것은 이 아무것도 없다고 할 때의 아무것도는 진짜 아무것도
없는 것이다.
흔히 이렇게 이야기하면 우주의 끝을 넘어서는 "진공"이라고 생각할 것이다.
그러나 우주의 끝을 넘어서는 "진공조차 없다"이다. 우주의 끝을 넘어서는
공간이라는 것조차 존재하지 않는 다고 한다. 왜냐하면 아인슈타인의 상대성
이론에 의하면 공간이란 물질(질량)이 있어야만 존재하는 것이라고 한다.
따라서 우주의 끝을 넘어서는 아무 물질도 존재하지 않으므로 공간조차도
존재하지 않는다.
[우주는 현재 어떤 상태인가?]
우주는 현재 팽창하고 있다.
이것은 허블의 법칙에서 자연히 알수 있는 것이다.
왜냐하면 멀리 있는 은하가 더 빠른 속도로 멀어지기 때문이다.
어떤 은하가 멀어져도, 그 보다 더 멀리 있는 은하는 더 빠른 속도로
멀어졌으므로 두 은하는 서로 멀어진다.
따라서 모든 은하들 사이는 멀어지기만한다.
우주는 은하로 구성되어있는데 모든 은하들의 거리가 멀어진다면
우주는 어떻게 되는 것일까? - 바로 우주가 커지고 있는 것이다.
사실 허블의 법칙은 우주가 팽창하고 있기 때문에 나타나는
현상을 말하는 것이다.
[현재 우주의 온도는 몇도인가?]
현재 우주의 온도는 대략 3K입니다.
이 때 온도의 단위는 우리가 흔히 사용하는 섭씨라는 온도가 아닌
절대온도라는 것을 사용합니다.
절대온도는 우리가 흔히 사용하는 섭씨온도에서 273이라는 숫자를
뺀것입니다.
즉, 우주의 온도가 절대온도 3K라고 하는 것은
섭씨온도로 -270도 정도라는 것입니다.
절대온도가 0도(0K)보다 높은 모든 물체는 무조건 빛을 방출합니다.
따라서 우주도 빛을 방출하고 있습니다.
바로 이 빛을 1947년 펜지아스와 윌슨이라는 두 과학자가 발견하여
우주의 온도가 3K라는 것을 처음 밝혀내었습니다.(노벨상수상)
우주의 온도는 절대온도 3K(섭씨 -270도)로 무지하게 춥습니다.
[우주에는 몇개의 별이 있는가?]
우주에는 별이 과연 몇개나 있을까?
당연히 우주가 아주 크기 때문에 정확한 별의 갯수는 절대 알수가 없다.
그러나 대략 우주에는 어느 정도의 별이 있는지는 이미 알고 있다.
앞서 이야기한대로 우주의 구성원은 별이 아니고 은하이다. 우주는 끝이 있고,
그 크기가 얼마인지 알고 있기 때문에 당연히 우주안에 있는 은하의 갯수를
알고 있다.
현재 우주에는 약 10^11개, 즉 약 1000억개의 은하가 존재한다.
다시 이 은하들은 대개 약 10^11개의 별들이 모인 집단이다.
따라서 정확하지는 않지만 대략 이 우주에는 태양이나 북극성같은 별들이
약 10^22개존재한다. (도데체 우리말로 무엇이라고 하는지 조차 모르겠다.)
별의 갯수보다는 이 우주에는 은하가 약 10^11개(약1000억개)존재한다는 것이
더 의미가 있을 것이다.
[우주는 과거에 어떠했는가?]
우주는 현재 팽창하고 있다고 했다.
따라서 정답은 팽창의 반대이다.
팽창의 반대는 무엇인가? 수축이다.
즉, 우주는 옛날에 아주 작은 점보다도 더 작은 쩜이었다.
허블의 법칙에 의해 현재 시간이 지나면 우주는 팽창하고 있다.
시간을 거꾸로 돌린다면 당연히 우주는 점점 크기가 작아질 것이다.
따라서 아주 먼 옛날에는 우주의 크기를 이야기 할수 조차없는
작은 점이었었다.
이 작은 점이었던 우주가 폭발하여 팽창해서 약 150억광년까지
커진것이 현재 우리의 우주이다.
이렇게 우주가 점에서 폭발한 것을 빅뱅(big bang)라고 한다.
[우주의 나이는 얼마인가?]
우주의 나이는 이미 앞에서 나왔다.
정답은 우주의 크기인 150억광년이다.
우주의 끝에는 빛의 속도로 멀어지고 있는 은하가 있다고 하였다.
우주가 과거에는 크기가 거의 0인 점이었다고 했다.
우주는 팽창하고 있다고 했다.
그렇다면 우주는 크기가 0인 점에서 빛의 속도로 크기가 150억광년인
곳까지 팽창하였다. 이때까지 걸린 시간은 얼마일까?
결국 150억년이다. - 우주의 나이이다.
[우주의 미래는 어떻게 될까?]
우주의 미래는 아직 정확하게 알지 못한다.
가능성만 3가지 이야기하고, 현재 알고 있는 만큼만 이야기하도록 한다.
현재 우주는 팽창하고 있다. 우주는 영원히 팽창할 것인가?
답은 3가지
첫째 영원히 팽창한다.
둘째 팽창하다가 멈추고 크기가 변하지 않는다.
셋째 팽창하다가 거꾸로 수축한다.
이 모든 것은 우주의 질량에 달려 있다.
우주의 질량이 크다면(은하가 아주 많다면) 우주는 언젠가 이 질량(은하)들에
의한 중력에 의해 다시 뭉치기(수축하기)시작할 것이다. 따라서 이 경우에는
우주가 끝없이 팽창하다 수축하고 수축한후에 폭발하여 다시 커지고, 커지다가
다시 수축하여 폭발하고, 팽창하다가 다시 수축하다......등등의 일이
영원히 일어난다고 할수 있다.
만약 우주에 은하가 아주 많지 않다면 중력이 작아 우주는 영원히 커질것이라고
한다.
만약 우주에 은하가 적당히(?) 있다면 우주는 언젠가 팽창을 멈추고 항상 그 크기를
유지할 것이라고 한다.
현재까지 여러 방법으로 알아낸 바에 의하면 현재상태에서는 우주에 아주 많은 은하가 있지는 않다고 한다. 따라서 현재 인간이라는 동물이 아는 상태에서는
우주는 영원히 팽창한다고 생각하고 있다.
