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과학적 관측 결과와 실험을 통해 밝혀진 내용을 토대로 과학자들은 소위 '빅뱅 우주론'이라고 불리우는 이론을 수립하였고 더욱 정밀한 실험을 통해 이론의 타당성을 검증하고 있다. 어제 발표된 WMAP 데이터 또한 빅뱅 우주론과 잘 합치되고 있다.
빅뱅 우주론의 핵심은 '팽창하는 우주' 이다. 소위 '허블의 법칙'으로 알려진 멀리 떨어진 은하의 더욱 빠른 팽창은 일반 상대성 이론의 등방, 균질 공간의 해로 정확히 기술할 수 있으며, 관측적으로도 다양한 서로 다른 방법으로 검증이 되고있다. 가장 주목할 최근의 관측 결과는 버클리 국립 연구소의 Saul Perlmutter 등이 이끈 초신성 우주론 프로젝트 (Supernova Cosmology Project)인데 Type 1a라고 불리는 초신성의 거리와 팽창속도를 정밀하게 관측하여 팽창 우주에 대한 확실한 증거를 보여주었다. (2003년 Physics Today에 실린 기사 참조)
현재 그리고 관측된 바 가장 멀리있는 (=가장 오래된) 별들의 팽창은 시간을 거꾸로 거슬러 올라갔을 때 우주의 크기가 현재에 비해 매우 작았다는 것을 의미한다고 볼 수 있겠다. 얼마 작았는지, 또 어떤 이유로 팽창하기 시작했는지 등에 대해서는 현재의 관측 사실을 토대로 확실하게 답을 알 수는 없지만, 적어도 137억년 이전 까지 우주의 팽창의 시작이 거슬러 올라갈 수 있다는 것을 WMAP 데이터는 말해주고 있다.
한가지 짚고 넘어가야할 문제가 있는데 과학자들이 말하는 '우주'는 우리와 인과적으로 연결되어 있는 부분을 일컫는 다는 것이다. 우리와 인과적으로 연결되지 않아서 영영 우리와 상호작용이 없는 혹은 아직 우리에게 아무런 물리적 영향이 있을 수 없는 공간에 대해서 과학자들은 아무런 사실도 알아내지 못했으며 사실상 그 넘어의 무엇은 적어도 물리적으로는 무의미 하다. 이를 좀 더 엄밀하게 말해서 "빅뱅 우주론은 우리와 인과적으로 연결된 local patch에 관한 이론이다" 로 바꾸어 표현할 수 있겠다. 이런 상황을 상상할 수 있겠다. 거대한 바다가 있는데 수면에서 물 방울 하나가 튀어나오면서 그 크기가 점점 팽창한다. 이 물방울 표면에 우리는 살고 있고 물방울 표면은 우리와 인과적으로 연결되어 있다. 하지만 바다가 어떤 모양인지 혹은 어떤 이유로 물방울이 튕겨 나오게 되었는지 등은 전혀 모른다. 하지만 적어도 물방울은 팽창하고 있다는 사실을 물방울 세계인들은 확인했으며, 물방울을 이루는 물분자나 기타 먼지의 성분량 등도 정밀하게 관측되기 시작했다. 이것이 우리가 아는 빅뱅 우주론이다.
스티븐 호킹은 우리 우주의 시작을 일반 상대론적 공간의 특이점으로 파악할 수 있다는 아이디어를 내고, 수학적으로 실제 일반 상대론이 그러한 특이점을 포함하고 있다는 것을 보여주었다. 실제 우리 우주의 시작이 고전 물리학의 특이점으로 기술될 것으로 보이지 않지만, 초기 우주 상황이 매우 뜨거웠고, 따라서 고에너지 물질들이 매우 활발하게 생성되어 상호작용하였을 것으로 보고 있는데 현재 실험적으로 우리가 알고 있는 에너지인 100 GeV 정도까지의 초기 우주 상황은 입자가속기 실험에서 연출할 수가 있다. 그 정도 고에너지에서 약한 핵력과 전자기력이 통합되는 등의 매우 흥미로운 현상들이 실험적으로 발견되었고 이론 물리학자들은 소위 표준 입자물리학 이론으로 성공적으로 그 상황을 기술 할 수 있다. 여기까지가 실험을 근거로 우주에 대해 우리가 알고 있는 사실들인데, 이것을 시간 단위로 환산하면 빅뱅 이후 대략 10-27초 = 1/100,000,000,000,000,000,000,000 초 직후의 상황에 해당한다.
하지만 여기서 멈출 수 없는 것은 바로 10-27초 이전의 물리학이 우주의 시작을 이해할 키 포인트를 가지고 있기 때문이다. 천문학의 광학적 방법으로 도달할 수 있는 최대한이 우주 배경 복사가 만들어지는 시기인 대략 10 eV 근처인 것을 감안하면, 진정한 초기 우주의 모습을 이해하기 위해서 입자물리학의 도움은 반드시 필요한 것이다. 천문학과 입자물리학의 상호 보안적 발전이 필요하다.
** 어제 WMAP 데이터가 발표되고 하루가 지난 오늘, 과연 WMAP의 새 결과를 이용한 몇 편의 논문이 나올 것인지 내기를 했었습니다. 저는 두 편, 지아코모는 4편, 후미히로는 5편에 베팅을 했는데 답은 1편 이었습니다. 아마 월요일에 두 편 이상이 나오지 않을까 생각하는데요, 데이터만 나오면 바로 그 결과를 이용하기 위해 논문의 모든 틀을 완성해 놓고 기다리는 연구자들도 많이 있다는게 .. 어찌 보면 재밌고, 어찌 보면 좀 한심하고 그렇네요.
과학적 관측 결과와 실험을 통해 밝혀진 내용을 토대로 과학자들은 소위 '빅뱅 우주론'이라고 불리우는 이론을 수립하였고 더욱 정밀한 실험을 통해 이론의 타당성을 검증하고 있다. 어제 발표된 WMAP 데이터 또한 빅뱅 우주론과 잘 합치되고 있다.
빅뱅 우주론의 핵심은 '팽창하는 우주' 이다. 소위 '허블의 법칙'으로 알려진 멀리 떨어진 은하의 더욱 빠른 팽창은 일반 상대성 이론의 등방, 균질 공간의 해로 정확히 기술할 수 있으며, 관측적으로도 다양한 서로 다른 방법으로 검증이 되고있다. 가장 주목할 최근의 관측 결과는 버클리 국립 연구소의 Saul Perlmutter 등이 이끈 초신성 우주론 프로젝트 (Supernova Cosmology Project)인데 Type 1a라고 불리는 초신성의 거리와 팽창속도를 정밀하게 관측하여 팽창 우주에 대한 확실한 증거를 보여주었다. (2003년 Physics Today에 실린 기사 참조)
현재 그리고 관측된 바 가장 멀리있는 (=가장 오래된) 별들의 팽창은 시간을 거꾸로 거슬러 올라갔을 때 우주의 크기가 현재에 비해 매우 작았다는 것을 의미한다고 볼 수 있겠다. 얼마 작았는지, 또 어떤 이유로 팽창하기 시작했는지 등에 대해서는 현재의 관측 사실을 토대로 확실하게 답을 알 수는 없지만, 적어도 137억년 이전 까지 우주의 팽창의 시작이 거슬러 올라갈 수 있다는 것을 WMAP 데이터는 말해주고 있다.
한가지 짚고 넘어가야할 문제가 있는데 과학자들이 말하는 '우주'는 우리와 인과적으로 연결되어 있는 부분을 일컫는 다는 것이다. 우리와 인과적으로 연결되지 않아서 영영 우리와 상호작용이 없는 혹은 아직 우리에게 아무런 물리적 영향이 있을 수 없는 공간에 대해서 과학자들은 아무런 사실도 알아내지 못했으며 사실상 그 넘어의 무엇은 적어도 물리적으로는 무의미 하다. 이를 좀 더 엄밀하게 말해서 "빅뱅 우주론은 우리와 인과적으로 연결된 local patch에 관한 이론이다" 로 바꾸어 표현할 수 있겠다. 이런 상황을 상상할 수 있겠다. 거대한 바다가 있는데 수면에서 물 방울 하나가 튀어나오면서 그 크기가 점점 팽창한다. 이 물방울 표면에 우리는 살고 있고 물방울 표면은 우리와 인과적으로 연결되어 있다. 하지만 바다가 어떤 모양인지 혹은 어떤 이유로 물방울이 튕겨 나오게 되었는지 등은 전혀 모른다. 하지만 적어도 물방울은 팽창하고 있다는 사실을 물방울 세계인들은 확인했으며, 물방울을 이루는 물분자나 기타 먼지의 성분량 등도 정밀하게 관측되기 시작했다. 이것이 우리가 아는 빅뱅 우주론이다.
스티븐 호킹은 우리 우주의 시작을 일반 상대론적 공간의 특이점으로 파악할 수 있다는 아이디어를 내고, 수학적으로 실제 일반 상대론이 그러한 특이점을 포함하고 있다는 것을 보여주었다. 실제 우리 우주의 시작이 고전 물리학의 특이점으로 기술될 것으로 보이지 않지만, 초기 우주 상황이 매우 뜨거웠고, 따라서 고에너지 물질들이 매우 활발하게 생성되어 상호작용하였을 것으로 보고 있는데 현재 실험적으로 우리가 알고 있는 에너지인 100 GeV 정도까지의 초기 우주 상황은 입자가속기 실험에서 연출할 수가 있다. 그 정도 고에너지에서 약한 핵력과 전자기력이 통합되는 등의 매우 흥미로운 현상들이 실험적으로 발견되었고 이론 물리학자들은 소위 표준 입자물리학 이론으로 성공적으로 그 상황을 기술 할 수 있다. 여기까지가 실험을 근거로 우주에 대해 우리가 알고 있는 사실들인데, 이것을 시간 단위로 환산하면 빅뱅 이후 대략 10-27초 = 1/100,000,000,000,000,000,000,000 초 직후의 상황에 해당한다.
하지만 여기서 멈출 수 없는 것은 바로 10-27초 이전의 물리학이 우주의 시작을 이해할 키 포인트를 가지고 있기 때문이다. 천문학의 광학적 방법으로 도달할 수 있는 최대한이 우주 배경 복사가 만들어지는 시기인 대략 10 eV 근처인 것을 감안하면, 진정한 초기 우주의 모습을 이해하기 위해서 입자물리학의 도움은 반드시 필요한 것이다. 천문학과 입자물리학의 상호 보안적 발전이 필요하다.
** 어제 WMAP 데이터가 발표되고 하루가 지난 오늘, 과연 WMAP의 새 결과를 이용한 몇 편의 논문이 나올 것인지 내기를 했었습니다. 저는 두 편, 지아코모는 4편, 후미히로는 5편에 베팅을 했는데 답은 1편 이었습니다. 아마 월요일에 두 편 이상이 나오지 않을까 생각하는데요, 데이터만 나오면 바로 그 결과를 이용하기 위해 논문의 모든 틀을 완성해 놓고 기다리는 연구자들도 많이 있다는게 .. 어찌 보면 재밌고, 어찌 보면 좀 한심하고 그렇네요.
덧글
SoGuilty 2006/03/18 07:55 # 답글
본문의 마지막 문단이 인상 깊네요.그렇게 끼워맞추기 작업하다가 H모 교수 꼴 나는 거죠. :P
ExtraD 2006/03/18 12:39 # 답글
이미 1차 데이터가 있기 때문에 살짝 좋아진 데이터에 대한 약간의 해석만 추가하는 식의 논문을 쓰는 사람들이 그런 방법으로 논문을 쓴 것 같습니다. 그런데 때로는 공식적으로 발표하기전 내부자가 정보를 고의든 아니든 흘려서 중요한 결과를 미리 알게된 사람이 서둘러 논문을 준비하고, 데이터 발표와 동시에 논문을 발표하는 일도 있는 것 같고요. 이럴경우 정말 정보의 중심지와 변두리 사이에 unfair한 게임이 벌어지는 거겠죠.
djeong 2006/03/18 13:15 # 삭제 답글
예전에 1st year data나오자마자 첸이라는 프린스턴에 있는 아저씨가 논문 5개를 후다다닥 아카이브에 올렸었다는 말을 들은 적이 있습니다. 세상이 원래 좀 불공평한거죠. --;;
바죠 2006/03/18 18:17 # 답글
리서치 자체는 완전 불공정 경쟁 그 자체입니다. 절대로 공정한 경기라는 것이 있을수 없습니다. 스포츠와는 다른것이죠.
ExtraD 2006/03/18 23:59 # 답글
djeong군, 바죠님, 한국 베이스로 한 실험을 하면 한국이 과학 정보의 중심에 설 수 있을텐데 말이죠.
nina 2006/03/20 07:15 # 답글
예전에요. 학부 2학년때던가? 제원호교수님과 이런 이야기를 했던 기억이 나요.^^秀: 교수님, 입자들은 계속 나눠도 무한히 나눠질 것 같은 예감이 들어요.
제: 흠, 그럴지도 모르지.
秀: 교수님, 그럼 나눠도 나눠도 무한히 새 입자가 나온다면요. 왜 우리는 계속 입자를 나눠봐야 할까요?
제: 그렇다면, 학생은 반대로 우주의 끝은 궁금한가요?
秀: 네 무지 궁금해요.
제: 입자를 나눠보는 것이, 극대의 우주를 이해할 수 있는 길이에요.
제원호 교수님은 꽤 사색적이고 철학적인 분이셨던 거 같죠? :)
ExtraD 2006/03/21 05:14 # 답글
nina님, 제원호 교수님께서 시적으로 말씀을 해주셨군요. 재밌습니다. ^^