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생활과학

"우주의 끝"에 대한 현대 물리학으로 예상되는 4가지 가능성

스티브잡숴 2019.03.28 15:04

우주는 약 140억년 전에 무에서 태어나, 초고온의 불 덩어리의 상태에서 지금에 이르기까지 팽창을 계속하고 있지만, 영원한 존재가 아니라 모두 끝이 있을 것이라고 알려져 있다.


현대 물리학의 관점에서 생각되는 "우주의 끝"에대한 4가지 가능성에 대해 해외 언론 인 curiosity가 설명했는데....



우주의 팽창을 주장하는 "빅뱅 가설"은 1920년대에 제기되었다. 그 후, 은하의 파장에 보이는 적색편이와 우주 배경 복사 등 우주가 팽창하고 있다는 증거가 발견 된 것으로, 빅뱅 가설은 정설로 받아 들여졌다.


그러나, 우주가 변화하고 있다는 생각은 "우주에 끝이있는 것이 아니냐"라는 의문을 낳고, 많은 천문학자, 물리학자들을 괴롭혔다. 지금현재, 우주의 종말에 대한 4가지 가능성이 시사되고 있다.





■ 1. 우주의 열적 죽음


우주의 온도는 균일하지 않고, 높은 온도의 장소도 있고, 낮은 온도의 장소도 존재한다. "열은 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하고, 그 반대는 성립하지 않는다"라는 열역학 제2법칙에 따라 생각하면, 장기적으로 보면 우주 전체의 에너지는 균일한쪽으로 다가간다고 말할 수 있다. 우주 전체의 에너지가 균일하게 된다는 것은, "아무런 현상이 일어나지 않는다"라고 말하고 "우주의 열적 죽음"을 의미한다.


이 설은 "우주 전체의 에너지가 유한하다", "우주가 영원히 팽창을 계속"이라고하는 생각이 전제되어 있다. 그러나 우주의 유한성은 증명되지 않았기 때문에 반드시 우주가 열적 죽음을 맞이한다고는 말할 수 없다.



■ 2. 빅 크런치


팽창을 계속하고 있는 우주가, 어느 시점에서부터 팽창에서 수축으로 돌아가 마치 빵빵하게 부풀어 오른 풍선에서 공기가 빠지는것과 같이 쪼그라들어 결국 무 차원의 특이점으로 수축 될 것이라는 점을 "빅 크런치"라고. 이 특이점은 우주의 끝뿐만 아니라 새로운 우주의 시작으로 연결되는 것은 아닐까라고 생각하는 과학자도 있다.





■ 3. 빅 립(대파열)


우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하고있는 것으로 알려져있는 것이, "암흑 에너지"라는 가설의 에너지이다. 암흑 에너지는 우주의 팽창을 가속시키고있는 원인이 될 수있고, 에너지 밀도가 시간에 따라 증가한다고 가정하면, 모든 자연계를 구성하는 4개의 힘까지도 상회하고, 우주 전체가 양자 수준으로 뿔뿔이 흩어져버리게되는 "대파열"이라는 현상으로 우주가 끝나 버릴 것으로 예상되고 있다.


빅 립 가설은 2003년에 제창되었고, 비교적 새로운 가설이다. 그러나 암흑 에너지의 밀도가 증가하는것 같은 증상이 관찰되지 않기때문에 많은 과학자들은 빅 립 가설에 대해 부정적이다. 우주 이론 물리학자 인 케이티 맥 씨는 2018년 7월에 열린 강연에서 "만일 대 파열이 방문하더라도 적어도 1200억 년은 걸릴 것으로 예상되기 때문에 안심하고 기다려주십시오"라고 말했었다.



■ 4. 진공 붕괴


우주 물리학이나 양자역학의 세계에서는, "물질이 전혀 존재하지 않는 최소한의 에너지를 가지고 있는 장소의 상태"를 "진공"이라고 한다. 또한 진공에 가까운 준 안정이며, 진공보다 큰 에너지를 가지고있는 장소의 상태를 "가짜 진공"이라고 한다.


매우 어려운 이야기이지만, 비유한다면, 진공이라는 것은 "파도 하나없이 잔잔한 호수", 가짜 진공이라는 것은 "파도 하나없이 온화한 "산속"의 호수"이다. 우리가 살고있는 우주를 충족하고있는 진공이 진정한 진공인지 가짜 진공인지는 아직 밝혀지고 있지 않다.




만약 우주를 충족하고 있는 진공이 가짜 진공인 경우, 사소한 것에의해 상전이가 되어버릴 가능성이 있다. "진정한 진공의 상전이"는 이른바 "뭔가의 계기로 산상의 호수가 무너져 단번에 산기슭에 물이흘러 들어가는 상태"로 이것을 "진공의 붕괴"라고 한다. 어떤 공간에서 진공 붕괴가 발생하면, 접한 구조는 순식간에 붕괴되어 버리는 매우 높은 에너지의 "진정한 진공 거품"이 발생. "진정한 진공 거품"은 광속으로 퍼져 나가기 때문에, 인간이 관측하는 것은 불가능. 따라서 우리가 모르는 사이에 우주 전체가 붕괴 해 버리는 것으로 알려져 있다.


열적 죽음, 빅 크런치, 빅 립이 일어나는 것은 수십 억 ~ 수백 억년이지만, 진공 붕괴는 언제든지 일어날 수 있다고 한다. 우리가 사는 지구에 진공 거품이 발생하지 않고 있지만, 광대한 우주의 어딘가에서 진공 거품이 이미 발생하고 있을 가능성도 있다.


그러나 "진공 붕괴"는 어디까지나 양자론에서 제창 된 가설이며, 현대 물리학에서도 확실하지 않는것들도 있고, 진공 붕괴가 실제로 일어날 수있는 것인지 여부는 물리학자들 사이에서도 의견이 크게 엇갈리고 있다는 것.




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