우주의 탄생 이론 정리

우주는 광대한 공간과 그 안에 존재하는 다양한 천체와 확산 물질의 총칭이다. 우주의 기원은 매우 복잡한 문제입니다. 우주는 물질 세계이며, 끊임없는 움직임과 발전에 있다. 수천 년 동안 과학자들은 우주가 언제 어떻게 형성되었는지 탐구해 왔습니다. 오늘날까지 많은 과학자들은 우주가 약 137억 년 전에 일어난 빅뱅에 의해 형성되었다고 믿습니다. 우주에 저장된 물질과 에너지는 모두 함께 모여 매우 작은 부피로 응축되고, 매우 높은 온도와 매우 조밀하며, 순간적으로 엄청난 압력을 가하고, 그 후 물리학자들이양자 물리학이라고 부르는 빅뱅의 반응 원리를 가지고 있습니다. 

 

우주론

고대 여러 사회에서는 고유한 신화나 전설등과 관련된 우주론이 등장했다. 우주론의 초기 모델들은 고대 그리스와 인도 철학자들에 의해 등장하였다. 우주론의 초기 모델들의 주를 이룬 것은 동서양을 막론하고 지구를 우주의 중심으로 한 지구중심설이다. 한국, 중국, 일본 등 동아시아에서 확립된 우주론은 28수를 바탕으로 한 별자리와 지구를 중심으로 구형 우주가 둘러싼 혼천설을 바탕으로 하고 있었고, 중세 아랍과 유럽에서 정설로 인정된 우주론은 프톨레마이오스의 우주론이었다. 이후 갈릴레오가 망원경을 이용해 목성의 갈릴레이 위성을 관측하면서 지구중심설에는 의문이 제기되었고, 코페르니쿠스는 보다 정밀한 천문 관측으로 태양을 태양계 중심에 둔 태양중심설을 주장하였다. 이후 코페르니쿠스의 연구와 티코 브라헤와 케플러의 행성 운동 법칙에 의한 관찰을 기반으로 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견하면서 고전 역학에 의한 우주론이 구축되었다. 이후 관측 기술의 발전으로, 인류는 태양이 우주에서 적어도 수천억 개의 은하 중 하나인 은하수에서 수천억 개의 별들 중 하나라는 사실을 깨닫게 되었다. 뉴턴의 고전 역학에 의한 우주론이 확립된 이후 과학계에서는 정상우주론을 정설로 여겼는데 정상우주론은 시공간이 태초부터 현재까지 언제나 같은 형태를 유지하고 있다는 것이다. 그러나, 에드윈 허블이 적색이동을 발견하면서 허블의 법칙을 수립했고, 1964년에는 우주 배경 복사가 관측되어 허블의 법칙이 입증되었다. 현대의 우주론은 대폭발 이론으로 허블의 법칙을 바탕으로 하고 있으며 우주가 아주 작은 공간에서 급속히 확산되어 오늘날과 같은 모습이 되었다고 보는 것이다. 우리 은하의 많은 별들은 행성을 가지고 있다. 은하는 모든 방향으로 균일하게 분포되어 있으며, 이는 우주가 가장자리도 중심도 없다는 것을 의미한다. 은하의 분포는 우주에 거대한 실과 공백을 형성하며 거대한 거품 같은 구조를 만든다. 20세기 초의 발견은 우주가 시작되었고 그 이후 우주가 팽창하고 있으며, 현재도 증가 추세로 팽창하고 있다는 것을 암시하고 있다.

 

빅뱅 이론

현대 우주계에서 가장 영향력 있는 이론 중 하나는 빅뱅 우주론 이라고도 합니다. 그것은 다른 우주 모델보다 더 많은 관찰 사실을 설명 할 수 있습니다. 그것의 주요 아이디어는 우리 우주가 열에서 추위로 진화했다는 것입니다. 이 기간 동안 우주 체계는 정적이 아니라 물질 밀도를 조밀에서 희석으로 진화시키기 위해 끊임없이 팽창하고 있습니다. 열에서 추위, 밀도에서 희석에 이르는 이 과정은 엄청난 폭발과 같습니다. 빅뱅 우주론에 따르면, 빅뱅의 전체 과정은 우주의 초기 단계에서 100억 도 이상의 매우 높은 온도였다. 물질 밀도도 상당히 크며, 전체 우주 체계는 균형을 이루고 있다. 우주에는중성자, 양성자, 전자, 광자 및 중성미자(원자의 핵융합 또는 핵붕괴 과정에서 생성되는 전기를 띠지 않는 아주 작은 입자) 같은 기본 입자형태의 물질만 있습니다. 그러나 전체 시스템이 팽창함에 따라 온도가 급격히 떨어집니다. 온도가 약 10억 도까지 떨어지면 중성자는 자유 존재 조건을 잃기 시작하고, 부패 하거나 양성자와 결합하여 중수소, 헬륨 및 기타 원소를 결합합니다. 화학 원소는이 기간부터 형성되었습니다. 온도가 1백만도까지 떨어지면 화학 원소의 초기 형성이 완료됩니다. 우주 사이의 물질은 주로 양성자, 전자, 광자 및 일부 가벼운 핵이다. 온도가 수천도 이하로 떨어지면 방사선이 감소하고, 우주는 주로 기체물질 이며, 가스는 점차 가스 구름으로 응축되고, 다양한 별 체계를 형성하여 오늘날 우리가 보는 우주가 된다. 빅뱅 모델은 다음과 같은 관찰 사실을 일관 되게 설명 합니다.

(1)빅뱅 이론은 모든 별이 온도 강하 후 생성되므로 모든 물체의 나이는 온도에서 현재 시간, 즉 200 억 년 미만으로 감소해야한다고 주장합니다. 이것은 다양한 천체 연령의 측정에 의해 입증됩니다.

(2) 우리 은하 밖의 천체는 체계적으로 스펙트럼 적색 이동을 가지며, 적색 이동은 거리에 비례하는 것으로 관찰됩니다. 도플러 효과로 설명하면 적색 이동은 우주 팽창을 반영합니다.

(3) 헬륨은 다양한 천체에서 매우 풍부하며, 대부분은 30 %입니다. 별의 핵 반응 메커니즘을 사용하는 것만으로는 헬륨이 너무 많은 이유를 설명하기에 충분하지 않습니다. 빅뱅 이론에 따르면, 초기 온도는 매우 높고 헬륨 생산 효율은 매우 높다는 사실에 의해 설명 될 수있습니다.

(4) 우주의 팽창 속도와 헬륨 풍부도에 따라 우주의 각 역사적 기간의 온도를 구체적으로 계산할 수 있다.빅뱅 이론의 창시자 중 한 명인 가모프는 오늘날 우주가 매우 춥고 절대 온도만 몇 도라고 예측했습니다. 1965년, 열 복사 스펙트럼을 가진 마이크로파 배경 방사선은 약 3K의 온도에서 마이크로파 대역에서 검출되었습니다. 1929년, 미국의 천문학자 허블은 은하의 적색 이동이 은하 사이의 거리에 비례하는 허블의 법칙을 제안하고 은하가 서로 멀리 떨어져 있다고 추론했다. 허블의 법칙은 지구에서 멀어질수록 은하가 더 빨리 움직일 수 있다는 것을 보여줍니다. 적색 이동은 은하의 거리에 비례합니다. 그러나 그는 은하의 적색 이동이 은하 질량에 비례하는 또 다른 중요한 점을 발견하지 못했습니다. 우주의 은하들은 매우 멀리 떨어져 있으며, 우주 물질의 흡수와 차단으로 인해 빛의 전파가 점차 약화되고, 더 빨리 움직이는 은하는 질량이 큰 은하이다. 질량이 크고 에너지 방사선이 강하기 때문에 우리가 관찰하는 적색 이동의 양은 물론 매우 큰 은하입니다. 이것이 바로 도가류라고 불리는 먼 은하가 질량이 크고 적색으로 인해 이동하는 엄청난 이유입니다. 또한, 작은 질량과 약한 에너지 방사선을 가진 은하 (마젤란 은하와 같은 은하에 가까운 몇 가지 은하를 제외하고)는 관찰하기 어렵다. 크고 작은 별은 볼 수 있습니다. 그래서 별의 적색 이동의 수는 거의 동일합니다. 은하의 적색 이동이 적고 보라색이 적은 또 다른 이유는 우주의 물질 구조가 빅뱅 우주론에 묘사된 듯이 중앙에서 방사형 직선이 아닌 중심을 중심으로 원형 궤적을 따라 이동하기 때문입니다. 따라서 지구에서 볼 수 있는 보라색 이동 은하는 은하수보다 훨씬 좁고 그 수는 매우 적으며, 은하수보다 작은 은하 앞에 있는 은하와 같은 방향으로만 움직일 수 있다. 은하수보다 뒤쪽에 있는 은하. 더 많은 보라색 이동 은하는 미래에 더 높은 해상도의 천문관측기만 개발할 때만 볼 수 있습니다. 우주의 물질 분포가 불균형할 때, 국소 물질 구조는 지속적으로 팽창하고 수축하지만, 우주의 전체 구조의 상대적 균형의 상태는 변하지 않는다. 지구의 관점에서 관찰된 부분(전부는 아님) 만으로도 은하와 지구 사이의 거리가 크게 변하고 있다는 것은 우주 전체가 팽창하거나 수축하고 있음을 의미하지는 않는다. 지구의 바다가 중력에 의해 끊임없이 증가하는조수 현상이바닷물의 총량이 증가하거나 감소하고 있다는 것을 의미하지는 않는 것처럼 1994년 카네기연구소의 프리드먼(Friedman)과 다른 사람들은 우주의 팽창 속도를 추정하여 우주의 나이를 계산했을 때 80억 120억 년의 나이를 계산했습니다. 그러나 별 스펙트럼의 분석에 따르면, 우주에서 가장 오래된 별은 140억~160억 년입니다. 별은 우주보다 나이가 많다. 1964년, 미국의 엔지니어 펜지아스와윌슨은 우주로 가득 찬 다양한 물질이 서로에너지 전달을 통해 생성되는 효과 때문에 마이크로파 배경 방사선을 감지했습니다. 우주의 물질 방사선은 항상 존재하며, 3K 또는 5K의 온도 값은 인간의 판단에 따라 설계된 척도일 뿐입니다. 이 에너지 방사선 현상은 중력의 영향으로 인해 우주의 물질을 나타낼 수 있습니다. 빅뱅 우주론에서 헬륨 풍부도에 관해서는 헬륨은 원래 우주에 존재하는 수소 원소의 매우 풍부한 수의 원자 구조이며 공간의 백분율 함량은 다른 원소의 백분율 함량과 마찬가지로 물질 구조 분포의 법칙에서 매우 일반적인물리적 현상입니다. 우주의 넓은 범위에서 헬륨의 풍부함뿐만 아니라 나머지 수소와 산소는 요소의 풍부도도 비슷합니다. 또한, 다양한 원소는 서로 다른 온도와 환경에 따라 끊임없이 변화하며, 항상 얼굴을 유지하는 것은 아니므로 마이크로파 배경 방사선과 헬륨 풍부도 및 우주의 기원 사이에는 불가피한 연관성이 없습니다. 빅뱅 우주론이 직면한 난제는 우주가 무한히 팽창한다면 최종 결말은 어떨까. 독일 물리학자 클라우시우스(Claussus)는 비균일 분포에서 균일한 분포로의 에너지 변화의 과정은 우주 사이의 모든 형태의 에너지와 모든 사건에 적용되며 주어진 물체에 총 에너지 대 온도 비율을 기반으로 하는 물리적 양이 있다고 지적했다. 그러나 우주에는 항상 높은 엔트로피와 낮은 엔트로피가 있는 영역이 있으며 절대적으로 균일한 상태는 없습니다. 엔트로피의 상승 수준으로 인해 최대에 도달하면, 우주는 죽은 침묵의 영원한 상태로 이동하고, 결국 우주가 어느 정도 팽창 할 때, 모든 은하 행성은 소외되고 분자는 쿼크로 분해되고, 더 작게된다. 온 우주가 계속 팽창하여 죽은 상태로 변합니다. 이 예측은 수백 개의 A1초신성의 밝기를 기반으로 합니다. 천문관측과 물리학이론에 따르면, 우주의 구체적인 형태를 설명하는 은하의 형태학적 특성은 우주의 구조를 연구하는 데 매우 중요하며, 은하의 움직임 법칙에서 전체 우주의 구조적 형태를 추론할 수 있다. 은하가 공유하는 원형소용돌이 구조는 우주 전체의 전형이며, 타원형, 막대 회전 및 기타 다른 은하 형태는 은하의 나이와 관측 각도가 다르기 때문에 시각적 효과일 뿐입니다.놀라운 나선형은 자연에서 물질의 움직임의 가장 일반적이고 기본적인 형태입니다. 이 나선형 현상은 우주 형태를 이해하는 데 중요한 계몽 효과를 가지고 있으며 소용돌이 은하, DNA 분자에 작은, 모두이 나선형에서 생산됩니다. 자연은 직선의 형태를 인식하지 못하며, 자연의 모든 물질의 기본 구조는 곡선이 움직이는 방식의 도넛 모양입니다. 원자, 분자, 행성, 은하, 은하, 초은하 클러스터에 이르기까지, 광대한 우주가 큰 소용돌이라는 것은 의심의 여지가 없습니다. 따라서, 나선형 운동 형태의 우주 모델을 확립하는 것은 모든 물질의 총합인 우주의 종류보다 곡선의 이동 패턴에서 벗어나 직선으로 중심에서 사방으로 무한히 뻗어 있는빅뱅 우주 모델보다 우주의 진정한 구조를 더 잘 반영할 수 있다.또 다른 점은 빅뱅이 순환하고 있으며, 일부 과학자들은 우주가 고밀도, 작은 구체가 될 것이라고 주장합니다. 어느 정도 축소되면 다시 큰 폭발이 일어날 것입니다. 빅뱅이론에 의하면 우리 우주는 상상할 수 없을 정도로 뜨거운 불덩이에서 시작되었다고 할 수 있다. 그런데 빅뱅 이론으로는 우주가 탄생한 순간을 제대로 설명할 수가 없다. 정확하게 말하면 우주 탄생 약 1초 후 부터는 설명이 가능하다. '1초' 라 하면 우리 생활에서는 짧은 시간이지만 우주의 탄생 과정에서 최초의 1초는 굉장히 중요한 순간이다. 빅뱅 이론으로 우주의 기원에 대한 많은 의문은 풀렸지만 가장 중요한 문제는 여전히 해결되지 않고 있는 셈이다.

 

정상상태이론

현대 우주론의 연구에서 빅뱅 우주론 이라고 불리는 표준 우주론 외 에도 많은 비표준 가설 이있으며 그 중 가장 중요한 것은 정상 상태 우주론 입니다. 빅뱅 우주론의 초기 단계에서, 사람들은 허블 상수를 기반으로 우주의 나이를 추정했지만, 허블 상수는 장거리 은하의 관측 별과 적색 이동 사이의 관계를 결정하기 위해 너무 큰 편차를 사용하기 때문에, 허블 상수는 너무 큰, 따라서 우주의 추정 연령은 지구의 수명보다 짧은 20억년 이는 당시 빅뱅 우주론에 대해 증명을 하지못하였다 이에 벗어나기 위해 정상 상태 우주론이 등장했다. 정상 상태 우주론은 1948년 영국의 여러 젊은 천체물리학자 본다이, 골드, 프레드 호일에 의해 제안 되었다. 그들의 견해는 상대성 이론에서 시공간이 균일하다는 것입니다. 즉, 천체(물질)의 대규모 분포는 공간적으로 균일하고 등방성일 뿐만 아니라 시간적으로도 변하지 않아야 합니다. 즉, 어떤 시대에도 관찰자가 보는 우주 이미지는 "완전한 우주론의 원리"라고 불리는 큰 규모로 동일합니다. 정상 상태 우주론은 우주가 시간과 공간면에서 무한하다고 믿는다. 그것은 우주가 결코 시작되지 않았거나, 오히려 우주가 창조의 연속 과정에 있다고 주장한다. 우주가 팽창하면 총 밀도가 감소하지만 밀도를 증가시키기 위해 더 많은 물질이 생성됩니다. 따라서 우주가 계속 팽창할 때, 새로운 물질은 빈 공간을 채우기 위해 별에서 연속적으로 창조됩니다. 새로 형성된 물질은 은하를 구성하는 수소이다. 각 새로운 클러스터는 자체 팽창에 따라 분출하지만, 폭발 파편은 더 많은 새로운 은하를 형성한다. 새로운 은하가 형성될 때부터 오래된 은하가 폭발할 때까지 우주는 계속 팽창할 것이다. 그러나 우주의 총 밀도는 변하지 않는다. 그리고 항상 다른 연령대의 은하가 있습니다. 따라서 우주는 어떤 시기에도 동일합니다. 개별 클러스터는 다양하지만 전체 이미지는 일관적입니다. 시공간이 통일되고 우주 물질이 공간적으로 고르게 분포되어 있고, 모든 방향에서 동일하기 때문에, 우주는 시간적으로도 균일해야 하며, 이를 "완전한 우주론의 원리"라고 한다. 이 원리에 따르면, 허블 상수는 시간이 지남에 따라 변하지 않는 상수여야 하며, 우주는 우주의 물질 분포의 균형을 유지해야 하며, 시간이 지남에 따라 변하지 않고, 우주의 팽창과 함께 끊임없이 시야에서 벗어나 우주 물질의 밀도를 일정하게 유지해야 한다. 정상 상태 우주론은 허블 상수의 3배인 3H0의 상대적인 물질 생산을 예측합니다. 이것은 매우 작은 양이지만, 정상 상태 우주론은 물질이 어디에서, 어떤 방식으로, 어떤 형태로 나타나는지 명확하게 설명할 수 없지만 이 생성된 물질들이 맹렬한 은하 핵에서 생성될 것이라는 추측만 있다. 정상 상태 우주론은 여러 가지 지원을 받았다, 하나는 빅뱅 우주론의 설명하기 어려운 은하 생성 문제, 여기에 논리적으로 설명 할 수 있습니다. 정상 상태 우주 방정식에서 물질의 생성과 우주의 팽창이 정확하게 보상되지 않는 한, 물질 분포의 지역 불균일성을 나타내는 정상 상태 근처의 기복이 발생할 수 있기 때문이다. 둘째 전기 역학 또는 다른 필드 이론을 사용하여 입자 간의 상호 작용을 연구 할 때, 지연 및 전위 전위 모두 방정식의 솔루션이지만 지연 된 추세 만 관찰에 의해 검증되며 일반적으로 인과 관계로만 이유를 설명하며,이 해석은 인위적이며 종종 만족스럽지 않습니다. 1945년 휠러와파인만은 가속된 전하와 우주의 다른 모든 전하의 역할을 고려하면 연기와 앞서가는 데만 효과가 있음을 증명할 수 있다고 지적했다. 그들의 토론은 정상 상태 우주를 기반으로합니다. 이것은 이론적으로 정상 상태 우주론에 대한 간접적인 지원인 것 같습니다. 또한 정상 상태 우주론에서 고온, 고밀도의 초기 상태는 제거하기 어려운 문제를 피할 수 있습니다. 다른 모든 우주 모델과 마찬가지로 정상 상태 우주론에는 선천적인 단점이 있습니다. 그것은 오늘날 물리학이 설명하고 이해할 수없는 물질의 지속적인 창조에 대한 가설을 불러 일으릅니다. 또한, 일부 관측은 강 외부의 전력 계수 결과가 예측과 일치하지 않는 등 여러 가지 불리한 요인을 추가합니다. 더 중요한 것은, 3K 우주 마이크로파 배경 방사선의 발견은 우주의 초기가 실제로 높은 열 상태이며, 정상 상태 우주론에 의해 3K의 해석은 억지스럽고 부자연스럽다는 것을 보여줍니다. 또한, 그것은 오늘날의 우주에서 원소의 형성과 풍요로움을 설명 할 수 없습니다. 많은 문제에 직면, 이 우주 모델은 빅뱅 우주론만큼 잘 인식되지 않습니다. "완전한 우주론의 원리"에 따르면 허블 상수는 공간의 각 점에 상수일 뿐만 아니라 시간에 따라 변하지 않는다. 따라서 우주 공간의 팽창은 시간과 공간에서 균일하다. 우주 공간은 팽창하고, 물질의 분포는 시간과 는 아무 상관이 없다, 그래서 물질은 지속적으로 "진공을 채우기 위해", 즉,우주 팽창에 의해 생성 된 공간을 채우기 위해 생산해야합니다. 우주의 시공간 구조는 완전한 우주론적 원리와아인슈타인 필드 방정식을 통해 구할 수 있으며, 우주의 3차원 곡률은 0, 즉 3차원 공간은 직선이다.정상 상태 우주론의 가장 큰 특징은 물질과 에너지가 일정하지 않다는 것입니다, 허블 상수의 3 배의 상대적 생산 속도, 즉 양성자의 질량에 해당하는 물질의 연간 2 ~ 3 입방 킬로미터의 생산. 정상 상태 우주론은 특이점을 피할 수 있지만 물질 불멸의 법칙이 확립되지 않도록요구하는 것과 같은 많은 원칙적 어려움이 있습니다. 이를 위해 호일은 아인슈타인 필드 방정식을 수정할 것을 제안했으며 그는 새로 생성된 진공이 고에너지에서 저에너지로의 도약으로 인한진공상 전이에 의해 생성될 것이라고 믿었습니다. 안정 상태 우주론은 센세이션을 일으켰지만, 새로운 이론이 큰 성과를 거두고 관측 사실과 잘 일치하지 않는 한, 이러한 원칙적 변화는 쉽게 취할 수 없지만, 실제로 정상 상태 우주론은 관측과 일치하는 정도가 좋지 않으며, 빅뱅 우주론보다 열등하며, 따라서 빅뱅의 기초를 흔들 수 없으며 백뱅 우주론의 가설을 넘을 수 없다. 달은 지구를 돌고, 지구는 태양 주위를 돌고, 태양은 은하수의 은빛 심장을 돌고, 은하수는 은하단에서 회전합니다. 소박한 관점에서 볼 때, 우주는 무한한 사다리로 구성되어 있어야 합니다. 관측에 따르면 천체 분포는 은하 클러스터의 규모, 즉 1,000만 광년에서 1억 광년 척도에 이르는 사다리이지만, 더 이상 이러한 현상이 없으며 은하 클러스터는 공간에 고르게 분포되어 있습니다. 볼쿠엘로 대표되는 소수의 사람들은 1억 광년 이상에도 이 계단식 분포라고 생각하지만, 관찰 능력이 충분하지 않고 이 현상을 발견하지 못했다. 이 가설을 계층적 우주론이라고 합니다. 그러나 이론적 근거가 부족하고 천문관측의 증거가 거의 없기 때문에 계층적 우주 모델의 전망은 낙관적이지 않습니다.