우주(Space)는 현재 1초당 70 Km의 속도로 팽창 중
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우주(Space)는 현재 1초당 70 Km의 속도로 팽창 중
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우주(Space)는 얼마나 클까 ?

[질문] 우주의 나이가 약 143억년인데, 어째서 우주의 직경은 950광년이나 된다고 하는가? 어떤 것도 빛보다 빠를 수 없다면 기껏해야 그 두 배인 286억년 밖에 측정할 수 없어야 말이 되는 것 아닌가?
 
[답변] 우선 빅뱅 이후 우주의 나이를 가장 정확하게 말하면 137억 5천만 년이다. 오차는 1억 1천만 년 정도이다. 
 
   
  ▲ 과학자들은 은하계를 관측하여 우주가 얼마나 빨리 팽창하고 있는지를 알아낸다. (소스 : 'The International Centre for Radio Astronomy Research) ⓒ 뉴스타운  
 
에이비(ABC) 방송 사이언스(Science) 프로그램에서 내보낸 내용이다.
 
만일 우주가 정적(靜的, static)인 것이라면 이론상 어느 방향으로든 137억 5천만 년만을 볼 수 있을 것이다. 왜냐하면 그것이 광자가 움직이는 속도이고 광자는 빅뱅 직후의 우주에서 여행을 시작하였기 때문이다. 광자의 속도, 즉, 광속은 진공 중에서 대략 초속 30만 킬로미터이다.
 
그렇게 되면 인간의 관점에서 우주의 중심인 지구에서 볼 때 우주의 너비는 285억년이 될 것이다.
 
그런데 우주는 정적인 것이 아니다.
 
호주국립대학의 스트로믈로산(山)관측소의 천문학자이자 천문물리학자인 폴 프란시스 교수에 의하면 빅뱅 이후 우주와 그 안의 시공간 자체가 팽창해 왔다고 한다.
 
그는 우주가 팽창하여 점차 커지고 있으며 이를 역추적 하여 우리가 보고 있는 모든 것이 같은 장소에 있었을 때를 알아낼 수 있고, 이로써 대략적인 우주의 나이를 알아낼 수 있다고 한다.
 
프란시스 교수는 그러나 우주가 같은 속도로 팽창하지 않았을 수도 있다는 것이 문제이며, 따라서 역방향으로 추정하는 것이 정확하지 않을 수도 있다는 것이 문제라고 한다.
 
프란시스 교수에 따르면 우주는 현재 메가 파섹 및 초당 70 킬로미터의 속도로 팽창하고 있다고 한다. 1 파섹(parsec)은 3.26 광년 혹은 31조 킬로미터이다.
 
그렇다면 빅뱅이 일어났을 때, 즉, 도대체 얼마나 오래 전에 모든 것이 공간상의 같은 장소에 모여 있었는가?
 
그에 의하면 빅뱅 36만 년 후의 우주의 전자파 배경 복사 이래로, 우주와 그 안의 모든 것은 다른 모든 것들로부터 1100 번 이상 팽창하였다고 한다.
 
모두가 서로를 각각의 기준계로 하여 함께 움직이니(co-moving co-ordinates), 그 결과로 이들은 금융에서 말하는 복리처럼, 관측되는 우주의 크기를 극적으로 증가시켜 직경을 약 930억 광년으로 만들었다고 한다.
 
* 참고: "co-moving co-ordinates", 어느 것 하나 기준 잡을 수 없이 모두가 기준이 되어 상대적으로 움직임을 묘사한다. 우주는 모든 방향으로 어느 쪽도 가까워지는 일 없이 팽창한다. 만일 어느 것 하나라도 정지된 것이 있으면 가까이 다가오는 것도 있을 것이다. 그러나 팽창하는 풍선 표면에 붙은 점들처럼 각각은 모두가 서로에게서 멀어진다.
 
이로써 지구에서 관측되는 우주의 경계를 465억 광년 정도로 멀어지게 하였다.
 
* 우주의 대폭발 잔재(Cosmic afterglow)
 
우주의 팽창을 측정하기 위하여 과학자들은 우주 전자파 배경 복사에 새겨진 우주적 파도라는 숨길 수 없는 증거를 조사한다. 이는 빅뱅의 잔광(afterglow)이다. 이들 우주적 파도 크기는 3억 광년으로 측정된다.
 
프란시스 교수에 따르면 WMAP이나 플랑크 같은 탐사위성들은 이들 우주 파도를 고도의 정밀도로 측정할 수 있다고 한다. 그리고 원래는 매우 작은 파도였던 것이 은하계들이 분산되면서 새겨져 있기 때문에 오늘날 우리가 볼 수 있다고 한다.
 
만일 은하계들의 정말로 큰 샘플을 취한다면 그 역시 우주 파도 분포 안에 있으며 우주 전자파 배경 복사 파도들과 같은 규모라는 것을 알게 될 것이라고 한다.
 
따라서 지금 그 규모가 어떤지를 측정할 수 있고, 우주가 매우 젊었을 때 규모가 어땠는지도 측정할 수 있으며, 그로부터 우주가 얼마나 팽창했는지를 매우 정확하게 다룰 수 있게 된다고 한다.
 
인근 은하계들의 초신성 측정 결과와 종합하면, 시간이 지남에 따라 우주의 변화하는 속도가 얼마나 되는지 매우 정확하게 측정할 수 있게 된다고 한다. 이로써 우주의 나이에 대한 매우 정확한 수치를 얻게 된다.
 
프란시스 교수에 따르면 이는 마치 누군가 당신으로부터 100 킬로미터 떨어져서 시속 100 킬로미터 속도로 여행하고 있는데, 그가 얼마 전에 당신과 함께 있었는지를 말하는 것과 같다고 한다.
 
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