본문내용바로가기

줌 인 버튼 줌 아웃 버튼

동영상

KISTI 과학향기 제1747호

VIDEO

우주의 세가지 멸망 가설

자막
언젠가는 우주는 죽을 것입니다.
그런데 왜, 그리고 어떻게 죽는 걸까요?
또, 우주는 영원히 죽게 되는 걸까요?
그리고 우리가 그걸 어떻게 알 수 있을까요?
첫 번째로, 우주는 커져가고 있습니다. 게다가 확장속도도 계속 빨라지고 있습니다.
그 이유로는 암흑에너지가 있죠. (중력을 상쇄하는 반발력이면서 우주 확장을 가속화 시키는 원인)
암흑에너지는 전 우주에 걸쳐 일어난다고 과학자들이 생각하고 있는 어떤 이상한 현상입니다.
1998년까지, 우리는 우주가 하늘에 쏘아올린 작은 공처럼 움직여야 한다고 생각했었습니다.
공을 하늘로 던지면, 언젠가는 떨어져 내려와야 합니다.
하지만 우주의 팽창은 사실 계속해서 빨라지고 있습니다.
마치 공을 하늘로 던졌는데 날아가는 속도가 계속해서 빨라지고 있는 것 마냥 말이지요.
이런 가속력은 대체 어디서 생기는걸까요?
글쎄요, 우리는 알지 못합니다. 그러나 우리는 그것을 암흑 에너지라고 부릅니다.
아인슈타인은 처음 이것에 대해 생각했을때, 그는 이것이 바보같다고 생각했습니다.
오늘날의 천체물리학자들은 이제 그것이 꽤 그럴듯 하다고 생각합니다.
문제는, 이것이 모두 이론상으로만 존재하고 우리가 암흑에너지의 성질도 실제론 알지 못한다는 겁니다.
그러나 거기에는 다양한 이론들이 있고 그 이론들은 우리에게 우주의 끝에 대한 3개의 시나리오를 알려줍니다.
첫째: 빅 립 (Big Rip 큰 찢어짐)
우주가 탄생한 이후로, 우주는 계속 팽창하고있습니다.
알수없는 이유로 새로운 공간이 모든 곳에서 동일하게 생성됩니다.
은하 사이의 공간도 팽창하므로 은하는 서로 멀어지고 있습니다.
은하 내부의 공간 또한 팽창하고 있지만, 중력이 은하를 유지시키기에는 충분합니다.
'빅립' 시나리오에서, 우주는 너무나도 빠르게 팽창하여 중력이 더 이상 이 힘을 감당 할 수 없게 됩니다.
그 결과로 빅 립이 일어납니다.
처음에는 은하 같이 큰 구조들이 물질 간의 공간 팽창으로 분해됩니다.
그 다음으로 블랙홀같은 큰 물체와 항성 그리고 행성이 죽게됩니다.
그것들의 중력이 스스로를 유지할만큼 강하지 못하므로 그것들의 구성요소가 우주에 녹아버립니다.
결국에는 공간이 빛의 속도보다 빠르게 확장 할 것입니다.
그러면 원자들또한 영향을 받게 되어 해체돼 버립니다.
공간이 빛보다 빠르게 팽창하고 있어서 상호작용 할 수 있는 어떠한 입자도 존재하지 않게 될 것입니다.
우주는 서로 영원히 만날 수 없는 셀 수 없이 많은 외로운 입자들만으로 가득할 것 입니다.
음... 지금 외롭다고 느껴지시나요?
두번째: 열역학적 사망 또는 빅 프리즈
간단히 말해, '빅 립'과 달리 '빅 프리즈' 는 물질이 찢어져 흩어지지 않는 대신
우주가 영원히 팽창하는 동안, 길지만 유한한 기간동안 물질이 방사선으로 천천히 변환된다는 것 입니다.
그런데 어떻게 이런일이 일어날까요?
엔트로피에 대해 이야기해 봅시다.
모든 계(System)는 가장 높은 엔트로피 상태를 향해 나아갑니다.
마치 라떼 마끼아또처럼 말이지요.
처음에는 다른 부분을 갖고 있었지만 시간이 지남에 따라 모두 균일해질때까지 식고 녹을것입니다.
그리고 이건 우주에도 적용됩니다.
그래서 우주가 계속해서 커지는 동안, 물질들은 천천히 붕괴하고 확산합니다.
아주 오랜 시간이 지나면, 새로운 별을 만드는데 필요한 가스 구름이 모두 소진되고 우주는 암흑에 잠기게 될것입니다.
남아있는 항성들도 죽을 것 입니다.
블랙홀들은 호킹 복사로 알려진 현상때문에 수 조 년에 걸쳐 천천히 작아지고 증발 할 것이며
이 모든 것이 끝났을때, 희석된 광자의 가스만이 남게 될 것 입니다.
우주안의 모든 활동은 이 시점에서 완전히 중단됩니다.
엔트로피는 최대이고 우주는 영원히 죽었습니다.
이론적으로는, 정말 엄청나게 오랜 시간 후에 자발적인 엔트로피 감소가 일어날 수 도 있습니다.
우리를 새로운 빅뱅으로 이끌 "양자 터널링" 이라는 현상으로 인해서 말이죠.
셋째 : 빅 크런치, 그리고 빅 바운스
이것이 가장 희망적인 시나리오 입니다.
만약 암흑 에너지가 생각보다 작거나, 시간에 따라 점점 작아진다면
언젠가는 중력이 우리 우주를 지배하는 힘이 될것입니다.
몇 조년 안에 우주의 팽창 속도는 느려지고, 멈출 것 입니다.
그 다음에, 모든 게 반대로 진행 됩니다.
우주가 점점 더 작아지게 되므로, 은하들끼리 서로 합체하는 레이스를 하게 될 것 입니다.
더 작은 우주는 더 뜨거운 우주를 의미하므로, 온도는 동시에 모든 곳에서 증가합니다.
빅 크런치를 십만 년 남기고, 우주배경복사가 대부분의 항성 표면보다도 더 뜨거워 질 것입니다.
그러므로 별의 바깥이 별보다 뜨거워질 것 입니다.
빅 크런치를 몇 분 남기고, 초 거대 블랙홀이 모든것을 삼키기 전에 원자핵들이 갈갈이 찢어집니다.
마침내, 모든 블랙홀들은 우주 전체의 질량과 같은 질량을 가진 하나의 초 거대 메가 블랙홀로 합쳐지고
빅 크런치가 일어나기 바로 직전에, 이 거대 블랙홀은 자기 자신을 포함한 우주 전체를 삼켜버릴 것 입니다.
빅 바운스 이론은 이 과정이 이미 여러 번 일어났었을 거라고 주장하며
우주는 무한한 팽창과 수축을 통해 순환한다고 생각합니다.
글쎄, 이거 괜찮아보이지 않나요?
그래서 실제로 어떤 일이 최후의 순간에 일어날까요?
아직까지는 열역학적 사망이 가장 가능성이 높아 보입니다.
하지만 우리 '쿠르츠게작트'는 '영원한 죽음'이 틀렸고 우주는 계속해서 다시 시작하고, 또 다시 시작할 것이라고 희망합니다.
우리는 어느 쪽이 확실한지 모릅니다.
그러므로 가장 희망적인 이론이 진실이라고 가정해 봅시다.
기사
언젠가는 우주는 죽을 것입니다.
그런데 왜, 그리고 어떻게 죽는 걸까요?
또, 우주는 영원히 죽게 되는 걸까요?
그리고 우리가 그걸 어떻게 알 수 있을까요?
첫 번째로, 우주는 커져가고 있습니다. 게다가 확장속도도 계속 빨라지고 있습니다.
그 이유로는 암흑에너지가 있죠. (중력을 상쇄하는 반발력이면서 우주 확장을 가속화 시키는 원인)
암흑에너지는 전 우주에 걸쳐 일어난다고 과학자들이 생각하고 있는 어떤 이상한 현상입니다.
1998년까지, 우리는 우주가 하늘에 쏘아올린 작은 공처럼 움직여야 한다고 생각했었습니다.
공을 하늘로 던지면, 언젠가는 떨어져 내려와야 합니다.
하지만 우주의 팽창은 사실 계속해서 빨라지고 있습니다.
마치 공을 하늘로 던졌는데 날아가는 속도가 계속해서 빨라지고 있는 것 마냥 말이지요.
이런 가속력은 대체 어디서 생기는걸까요?
글쎄요, 우리는 알지 못합니다. 그러나 우리는 그것을 암흑 에너지라고 부릅니다.
아인슈타인은 처음 이것에 대해 생각했을때, 그는 이것이 바보같다고 생각했습니다.
오늘날의 천체물리학자들은 이제 그것이 꽤 그럴듯 하다고 생각합니다.
문제는, 이것이 모두 이론상으로만 존재하고 우리가 암흑에너지의 성질도 실제론 알지 못한다는 겁니다.
그러나 거기에는 다양한 이론들이 있고 그 이론들은 우리에게 우주의 끝에 대한 3개의 시나리오를 알려줍니다.
첫째: 빅 립 (Big Rip 큰 찢어짐)
우주가 탄생한 이후로, 우주는 계속 팽창하고있습니다.
알수없는 이유로 새로운 공간이 모든 곳에서 동일하게 생성됩니다.
은하 사이의 공간도 팽창하므로 은하는 서로 멀어지고 있습니다.
은하 내부의 공간 또한 팽창하고 있지만, 중력이 은하를 유지시키기에는 충분합니다.
'빅립' 시나리오에서, 우주는 너무나도 빠르게 팽창하여 중력이 더 이상 이 힘을 감당 할 수 없게 됩니다.
그 결과로 빅 립이 일어납니다.
처음에는 은하 같이 큰 구조들이 물질 간의 공간 팽창으로 분해됩니다.
그 다음으로 블랙홀같은 큰 물체와 항성 그리고 행성이 죽게됩니다.
그것들의 중력이 스스로를 유지할만큼 강하지 못하므로 그것들의 구성요소가 우주에 녹아버립니다.
결국에는 공간이 빛의 속도보다 빠르게 확장 할 것입니다.
그러면 원자들또한 영향을 받게 되어 해체돼 버립니다.
공간이 빛보다 빠르게 팽창하고 있어서 상호작용 할 수 있는 어떠한 입자도 존재하지 않게 될 것입니다.
우주는 서로 영원히 만날 수 없는 셀 수 없이 많은 외로운 입자들만으로 가득할 것 입니다.
음... 지금 외롭다고 느껴지시나요?
두번째: 열역학적 사망 또는 빅 프리즈
간단히 말해, '빅 립'과 달리 '빅 프리즈' 는 물질이 찢어져 흩어지지 않는 대신
우주가 영원히 팽창하는 동안, 길지만 유한한 기간동안 물질이 방사선으로 천천히 변환된다는 것 입니다.
그런데 어떻게 이런일이 일어날까요?
엔트로피에 대해 이야기해 봅시다.
모든 계(System)는 가장 높은 엔트로피 상태를 향해 나아갑니다.
마치 라떼 마끼아또처럼 말이지요.
처음에는 다른 부분을 갖고 있었지만 시간이 지남에 따라 모두 균일해질때까지 식고 녹을것입니다.
그리고 이건 우주에도 적용됩니다.
그래서 우주가 계속해서 커지는 동안, 물질들은 천천히 붕괴하고 확산합니다.
아주 오랜 시간이 지나면, 새로운 별을 만드는데 필요한 가스 구름이 모두 소진되고 우주는 암흑에 잠기게 될것입니다.
남아있는 항성들도 죽을 것 입니다.
블랙홀들은 호킹 복사로 알려진 현상때문에 수 조 년에 걸쳐 천천히 작아지고 증발 할 것이며
이 모든 것이 끝났을때, 희석된 광자의 가스만이 남게 될 것 입니다.
우주안의 모든 활동은 이 시점에서 완전히 중단됩니다.
엔트로피는 최대이고 우주는 영원히 죽었습니다.
이론적으로는, 정말 엄청나게 오랜 시간 후에 자발적인 엔트로피 감소가 일어날 수 도 있습니다.
우리를 새로운 빅뱅으로 이끌 "양자 터널링" 이라는 현상으로 인해서 말이죠.
셋째 : 빅 크런치, 그리고 빅 바운스
이것이 가장 희망적인 시나리오 입니다.
만약 암흑 에너지가 생각보다 작거나, 시간에 따라 점점 작아진다면
언젠가는 중력이 우리 우주를 지배하는 힘이 될것입니다.
몇 조년 안에 우주의 팽창 속도는 느려지고, 멈출 것 입니다.
그 다음에, 모든 게 반대로 진행 됩니다.
우주가 점점 더 작아지게 되므로, 은하들끼리 서로 합체하는 레이스를 하게 될 것 입니다.
더 작은 우주는 더 뜨거운 우주를 의미하므로, 온도는 동시에 모든 곳에서 증가합니다.
빅 크런치를 십만 년 남기고, 우주배경복사가 대부분의 항성 표면보다도 더 뜨거워 질 것입니다.
그러므로 별의 바깥이 별보다 뜨거워질 것 입니다.
빅 크런치를 몇 분 남기고, 초 거대 블랙홀이 모든것을 삼키기 전에 원자핵들이 갈갈이 찢어집니다.
마침내, 모든 블랙홀들은 우주 전체의 질량과 같은 질량을 가진 하나의 초 거대 메가 블랙홀로 합쳐지고
빅 크런치가 일어나기 바로 직전에, 이 거대 블랙홀은 자기 자신을 포함한 우주 전체를 삼켜버릴 것 입니다.
빅 바운스 이론은 이 과정이 이미 여러 번 일어났었을 거라고 주장하며
우주는 무한한 팽창과 수축을 통해 순환한다고 생각합니다.
글쎄, 이거 괜찮아보이지 않나요?
그래서 실제로 어떤 일이 최후의 순간에 일어날까요?
아직까지는 열역학적 사망이 가장 가능성이 높아 보입니다.
하지만 우리 '쿠르츠게작트'는 '영원한 죽음'이 틀렸고 우주는 계속해서 다시 시작하고, 또 다시 시작할 것이라고 희망합니다.
우리는 어느 쪽이 확실한지 모릅니다.
그러므로 가장 희망적인 이론이 진실이라고 가정해 봅시다.
번역자: Joonseok Hu
영상: Kurzgesagt
출처: https://www.youtube.com/watch?v=4_aOIA-vyBo
평가하기
인기 스토리
추천 콘텐츠
쿠키를 지원하지 않는 브라우저이거나 브라우저 설정에서 쿠키를 사용하지 않음으로 설정되어 있는 경우 사이트의 일부 기능(로그인 등)을 이용할 수 없으니 유의해 주시기 바랍니다.