지구가 존재하는 우주가 계속 팽창하고 있다고?

우주가 팽창함에 따라 은하들 사이의 거리는 지속적으로 증가합니다. 에드윈 허블이 멀리 떨어진 은하들의 적색편이를 측정함으로써 우주의 팽창을 확인했습니다. 우주의 팽창은 현대 우주론에서 결정적인 역할을 하며, 대폭발 이론을 위한 초석이 됩니다.

 

 

 

우주의 팽창

우주의-팽창(출처:한국천문연구원-천문우주지식정보)

 

  20세기 초반이 되면서 지질학적 증거들은 오랫동안 유지됐던 비교적 최근의 대격변에 의해 지구의 현재 모양이 만들어졌다고 주장하는 지구론을 완전히 뒤집어 놓았습니다. 새로운 지구론은 수억 년 이상의 점진적이고 멈추지 않는 힘에 의해 지금의 지구가 형성됐다고 주장합니다. 만일 우주가 상상할 수 없을 정도로 오래됐다면 우주가 탄생했다고 말할 수 있는 증거는 무엇일까요? 혹시 계속 존재해 왔던 것은 아닐까요?

 

 아인슈타인의 상대성 이론으로부터 영감을 얻은 시공간에 대한 새로운 해석은 정적인 우주보다는 동적인 우주 모형을 만들어냅니다. 동적인 우주 모형 안에서의 우주는 그 안에 있는 천체들의 중력 덕분에 거대한 규모로 지속적으로 진화합니다. 1922년 러시아의 우주론자인 알렉산드로 프리드만은 우주가 팽창하고 있다는 사실을 보여 주는 일련의 방정식을 고안해냈습니다. 아인슈타인이 정적인 우주를 설명하고자 그의 방정식에 우주 상수를 도입한 것과 반대되는 것인데 이후 아인슈타인은 이를 후회하며 우주 상수의 도입을 자신의 가장 큰 실수로 언급했습니다.

 

 이즈음 천문학자들은 나선 성운의 성질과 우주의 규모에 관한 '대 논쟁'과 관련해 전쟁을 벌이고 있었는데 이 논쟁은 궁극적으로 가까운 은하들의 거리에 대한 에드윈 허블의 측정에 의해 해결되었습니다. 허블은 전체 우주가 팽창하고 있다는 놀라운 사실을 발견했습니다.

 

 

 1912년 로웰 천문대에서 근무하고 있던 베스토 슬라이퍼는 일반적으로 별들의 화학적 성분을 알려주는 어두운 흡수선이 나선 은하의 연속 스펙트럼에서는 전혀 이해되지 않는 방식으로 나타난다는 사실을 발견했습니다. 이것은 멀리 있는 성운들이 어마어마한 속도로 우리로부터 멀어지고 있음을 나타내는 것이었습니다.

 

 1929년 허블과 밀턴 휴메이슨은 천체가 더 멀리 있을수록 적색편이(먼 거리의 은하들로부터 오는 빛의 파장이 늘어나는 현상)는 더 커졌고 더 빠른 속도로 지구로부터 멀어지고 있다고 발표했습니다. 이것을 일반 상대성 이론과 묶어서 설명하는 유일한 방법은 우주 전체가 팽창하고 있고 은하들을 서로로부터 멀리 떨어뜨려 놓고 있다고 해석하는 것입니다.

 

 만약 우주가 일정한 비율로 팽창한다면, 먼 은하들 사이의 거리가 가까운 은하들 사이의 거리보다 더 빨리 증가하는 현상이 이해됩니다.

적색편이의 활용

 우주의 팽창은 대폭발 이론을 위한 핵심적인 증거로 간주됩니다. 만약 물체들이 서로 멀어지고 있다면 먼 과거에는 이들이 매우 가까이 있었을 것이라는 논리를 무시할 수 없기 때문입니다. 일단 우주의 팽창이 널리 수용되자 적색편이는 다른 거리 측정을 위한 유용한 수단이 됐습니다. 심지어 정확한 허블 상수(우주 팽창 비율) 값이 확립되기 이전에도 적색편이를 측정해 은하들이 더 멀리 있는지 더 가까이 있는지 확인할 수 있었고 그것들 사이의 거리 비율을 추정할 수도 있었습니다. 왜냐하면 적색편이가 두 배인 은하는 거리도 두 배 멀리 떨어져 있기 때문입니다.

 

 

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