오늘은 신비하고 미지의 세계인 우주가 어떻게 발생되었는지 몇 가지 이론에 대하여 적어보았습니다. 가장 대중적인 빅뱅이론을 시작으로 정상상태이론, 사이클릭 이론 3개를 설명드리겠습니다.
빅뱅이론
우주탄생에 가장 널리 받아들여지는 이론으로 우주는 밀도와 온도가 무한한 점인 특이점에서 시작됩니다. 약 138억 년 전 이 특이점은 빠르게 팽창하기 시작하여 오늘날 우주를 탄생시켰습니다. 빅뱅 이론에 대한 증거는 많습니다. 가장 확실한 증거 중 하나는 우주 마이크로파 복사이며, 빅뱅 이후 남은 잔여 열입니다. 이 방사선은 1964년 처음 발견되었습니다. 또한 우주에 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소가 풍부하다는 것을 설명해 주며 이 원소들은 우주가 핵융합이 일어날 수 있을 만큼 충분히 뜨거웠던 빅뱅 이후 처음 몇 분 동안 만들어졌습니다. 빅뱅이론은 몇 가지 단계로 나눌 수가 있습니다. 첫 번째 Planck Epoch는 빅뱅 이후 처음 발생했으며, 이 단계에서 우주는 극도로 뜨겁고 밀도가 높았으며 자연의 네 가지 기본힘인 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 해력이 단일한 힘으로 통합되었습니다. 두 번째는 Grand Unification Epoch입니다. 우주는 냉각되기 시작했고 강한 핵력은 다른 기본 힘과 분리되었습니다. 세 번째는 Electroweak Epoch는 우주가 계속 냉각되었고 약한 핵력은 전자기력에서 분리되었습니다. 네 번째는 Particle Era에서 우주는 입자의 뜨거운 플라즈마로 채워졌고 최초의 원자가 형성되기 시작합니다. 다섯 번째 Dark Ages는 빅뱅 이후 약 38만 년에서 약 1억 5천만 년 사이에 발생하였고 아직 광원이 없었기 때문에 무척 어두웠습니다. 여섯 번째 Cosmic Dawn는 10억 년 사이에 발생하였고, 최초의 별과 은하가 형성되기 시작하여 어두웠던 우주를 밝히기 시작합니다. 마지막 Modern Era는 지금 현재이며 우주는 계속 팽창하고 은하계는 계속해서 형성되고 진화를 하고 있습니다. 이렇듯 빅뱅 이론은 우주 마이크로파 복사 및 풍부한 빛 요소와 같은 우주에서 관측된 많은 특성들을 설명하는 것이 가능합니다. 하지만 무엇이 빅뱅을 일으켰는지, 빅뱅 이전에 무엇이 있었는지 등 아직도 풀리지 않는 의문들이 많이 남아있습니다.
정상상태이론(Steady State Theory)
우주는 시작이나 끝이 없으며, 항상 존재해 왔고 앞으로도 무한정 존재할 것이라는 이론입니다. 우주의 팽창으로 인해 남겨진 틈을 메우기 위해 새로운 물질이 계속 생성되고 있습니다. 이 이론에 따르면 우주는 시공간의 모든 지점에서 동일하게 나타나며 빅뱅이론의 핵심 증거인 우주 마이크로파 복사의 증거는 없다는 것입니다. 하지만 정상 상태 이론에 대한 비판도 존재합니다. 빅뱅이론의 관찰증거된 증거에 대하여 전혀 뒷받침되는 반박이 없다는 것입니다. 우주에서 관찰된 풍부한 빛의 요소, 빅뱅 이후 남은 열 등이 비판받는 예시입니다. 하지만 이러한 비판에도 불구하고 정상 상태 이론은 우주론의 발전에 상당한 영향을 미쳤습니다. 옹호자들은 단순히 개별 은하나 별에 초점을 맞추는 것보다 우주 전체를 이해하는 것이 중요하다고 강조하였으며, 우주의 본질에 대한 계속적인 연구에 박차를 가하고 가장 지배적인 가설인 빅뱅 이론의 발전에도 핵심정인 역할을 한 이론입니다.
사이클릭 이론(Cyclic Theory)
우주가 빅뱅으로 시작하여 다시 특이점으로 붕괴되는 빅 크런치로 끝나는 각 주기와 함께 무한한 순환을 겪는다는 이론입니다. 이 이론에 따르면 이전 빅 크런치에서 방출된 에너지에 의해 촉발되는 새로운 빅뱅이 시작됩니다. 1930년 Richard Tolman이 처음 제안하였고 그 이후 여러 다른 과학자들에 의해 다듬어졌습니다. 우주가 고 차원의 공간에 존재하며 우리의 3차원 우주는 극히 많은 것들 중 하나일 뿐이라고 설명합니다. 우주가 팽창하면서 물질과 에너지가 넓게 퍼집니다. 그리고 우주는 냉각되면서 오늘날 우리가 보는 은하, 별 등 구조가 형성되고 시간이 지남에 따라 모든 물질이 중력으로 인해 수축하면서 빅 크런치 붕괴로 연결됩니다. 수축단계에서는 새로운 충돌이 새로운 확장을 만들어 냅니다. 이러한 주기는 조금씩 다르기 때문에 서로 다른 물리적 법칙과 특성을 가진 잠재적으로 무한한 수의 서로 다른 우주로 이어진다고 합니다. 여러 이론들 중 사이클린 이론은 잠재적인 이점이 있습니다. 예를 들어 빅뱅 이론만으로 설명하기 어려운 우주의 평탄도에 대한 설명이 가능해집니다. 또한 우주가 영원하고 시작과 끝이 없다는 전제는 몇몇 과학자와 철학자에게 매력적인 상황설정이 됩니다. 하지만 문제점도 존재합니다. 정상상태이론과 마찬가지로 직접적인 관측에 대한 증거가 없이 오로지 이론만 있으며 고차원 공간의 존재는 실험으로도 확인되기가 어려운 부분이라 매혹적인 가설로만 남아있습니다.
