우주의 크기에 대해 적다가 그냥저냥 개인적으로도 잠시 바쁜 일이 있었고, 별로 기대하는 사람도 없어서 안 쓰다가,
얼마 전에 다른 글에서 누군가 "그 담 시리즈가 안나오네" 라는 댓글을 읽어서, 오늘 짬을 이용해서, 읽판도 조용한 거 같으니, 좀 급하게나마 마무리를 지을까 하고 써볼게.
일단 우주의 크기는, 당연하지만 매우 커다랗고, 상상도 못하지.
그렇지만 '우주의 크기는 얼마예요?' 라는 질문에 대해서 답을 못하는 건 아니야. 그러나 우리는 그 질문을 다시 확인해 볼 필요가 있어.
1. 우주의 크기를 묻는 거니?
2. 진짜 우주의 크기를 묻는 거니?
3. 그래서 진짜 우주의 크기를 묻는 거니?
뭔 개소리냐고?
1. 우주의 크기를 묻는 거니?
초딩이 여러분에게 우주의 크기를 물어봤어. 가장 단순한 답변은 약 150억 광년 정도라는 거야. 왜 그럴까?
허블 우주망원경은 아주아주아주아주 먼 곳을 볼 수 있다. 맞는 말일까?
정확하게는, 아주아주아주 먼 옛날을 볼 수 있다, 라고 말하는 게 좋을 거 같아. 빛을 이용해서 관찰하는 이상, 그 빛의 속도를 생각하지 않을 수 없지.
그렇다면, 150억 광년이란 건 우주의 나이를 말하는 거야. 빛이 150억광년 전에 생겼다면, 지금 우리가 볼 수 있는 가장 먼 빛은 150억 광년이라는 거지.
아래 사진을 봐.
이 사진은 현재 알려진 은하 중 가장 멀리 있는 은하야. 약 130억 광년 떨어져 있는데, 이 은하가 사실상 가장 멀리 떨어진 은하라는 이야기이지.
이제 지구를 중심으로 150억 광년 정도의 범위가 우주라고 하면 되겠지?
2. 진짜 우주의 크기를 묻는 거니?
정말 150억 광년이면 끝나니? 천만에.
우주는 계속 팽창하고, 별은 점점 멀어지지. 그리고 멀어지는 별은 도플러 효과가 나겠지. 그리고 멀어지는 속도를 알 수 있잖아...
아까 그 가장 멀리 떨어진 은하가 130억 광년이라고 했지? 그럼 그 은하는 무려 130억년 동안 우리에게서 멀어지고 있음여 ㅋㅋ
지금쯤 어디있냐고?
약 300억 광년 밖에 ㅇㅇ...
자, 이제 우주는 우리를 중심으로 무려 300억 광년이나 되게 되는군........
3. 그래서 진짜 우주의 크기를 묻는 거니?
이게 끝일까.....
130억 광년보다 더.. 아니 150억 광년보다 더 멀리... 아니 300억 광년보다 더 멀리 있는 별은 없을까...
알 수 없어...
왜냐하면 그것보다 더 멀리 떨어져있는 별의 빛은 우리에게 절대 못 와.... 그 별은 빛의 속도보다 더 빠르게 우리에게서 멀어지고 있어. 우리랑은 전혀 관계 없는 별이야....
나는 이게 우주라고 생각해.. 150억 광년 이상 떨어진 별은, 우리와는 전혀 다른 우주에 있다고 봐도 무방해. 아무리 날고기어도 절대로, 그 별과 우리는 만날 수 없고 어떤 정보도.. 한 줄기의 빛조차 보낼 수 없는, 완전히 따로 떨어져있고 상상만 할 수 있는 별이니까... 서로 다른 우주라고 봐도 좋지 않을까?
그래서 진짜 우주의 크기는 얼마냐고...? 알 수 없지.
구골플렉스라는 수가 있어. 10의 10의 100승을 나타내는 수인데. 칼 세이건은 이런 말을 했지. "구골플렉스를 숫자로 적기 위해선 온 우주보다 더 큰 공간을 차지할 것이다."
( 만일 부피가 1,000cm3인 종이 책에 '0' 을 1행당 50개, 1페이지에 25줄로 총 400페이지에 걸쳐 적는다면, 대략 5×105 개의 '0' 을 적을 수 있으며, 즉 1cm3 당 10개의 '0' 이 적힌 것과 같다. 한편, 우리가 관측 가능한 우주의 넓이는 직경 930억 광년의 구체로서 대략 3×1080m3 로 여겨진다. 즉, 온 우주가 '0' 이 적힌 종이로 가득 채워져 있다고 해도, 불과 3×1087개의 '0' 만을 적을 수 있다는 게 되는데, 이는 구골개에 한참 못 미치는 개수이다. 설사 온 우주의 모든 기본입자 (소립자) 를 '0' 을 적는 데 쓴다고 해도, 관측 가능한 우주 전체에 존재하는 기본입자의 수조차 2.5×1089 개에 불과하다. 기본입자를 모두 원하더라도 우주의 넓이가 지금의 4백억 배 더 넓어져야만 구골플렉스를 표기할 수 있는 것이다. 따라서, 구골플렉스를 '0' 을 적는 방법으로 적는 것은 온 우주를 총 동원하여도 불가능하다 할 수 있다. )
-위키피디아
우주의 크기는 무지막지하게 크다, 라는 게 결론처럼 되긴 했지만, 우주의 크기란 질문은 세 개로 나뉠 수 있고, 1번은 이론상 관측가능한 우주의 크기, 2번은 우주가 팽창중이라면 계산할 수 있는 우주의 크기(요즘은 사실상 이걸 '관측가능한 우주의 크기' 라고 하는 거 같더라.. 위에 구골플렉스에서 나오듯 계산해보니까 1번 우주의 크기를 이용해서 계산한 값이네), 그리고 3번은 우리가 어찌 해볼 수 없는 거대한 공간이었어. 너무 급하게 마무리 지어서 미안하긴 하지만, 우주의 크기에 대해 다시 한 번 생각해 보는 기회가 됐으면 좋겠네. 그리고 다섯 시는 퇴근시간. 즐거운 주말 되기를.
28개의 댓글
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샤비
내가빅뱅이론을만났을때
그리고 아무리 빨리 팽창한다고 해도 빛의 속도는 넘기지 못해
Intelliect
이게 사방으로 동일하게 팽창하지않기때문에 우주의 중심과는 다른건데
보통 우주의중심이랑 인플레이션시작지점이랑 헷갈리더라고
코메트
코메트
네이티리
150광년이 반지름이 되어야 한다면
그 중심은 지구가 되어야하지 않은가?
단순히 '우주의 중심'이라고 하면 확정지을 수 없지만,
'지구에서 관측했을 때의 우주의 중심'은 '지구'일 것 같은데
ㅇㅇ
신기한건 무에서 유가 나타나지 않는데 우주는 어떻게 빅뱅이 시작됬는지가 더 궁금
빅뱅이 일어나려면 그만한 에너지가 뭉쳐있었어야 했는데 외부에서 에너지 공급이 어디서 됬는지 더 궁금
우주밖에 또 다른 우주가 있으려나
코메트
123
물질이지 이 끈 은 진동하는데 이런 진동이 우리우주의 모든것을 결정하지 만약 이 끈이론이 사실이면 판타지가 (반지의제왕같은 세계관) 실재할 수 있지 각 우주 마다 끈의 파장 다르기때문에 아무도 모르는거지 화학이 존재하지 않을수 있는거야 아무도 모르는거지
난 끈이론이 실재했으면함
도시페릿
illuminati5
도시페릿
illuminati5
끈이론이라고 들어봤을꺼야. 원래 핵력에 대한 이론이었는데 연구가 계속되면서 온 우주를 이루는 모든 힘을 설명하는 궁극의 이론이 될 수 있다고 생각되는 이론이야. 끈 이론의 핵심은 모든 입자(현대물리학에서는 힘 조차도 입자의 주고 받음으로써 설명해. 전자기력은 광자의 주고 받음. 중력의 경우 중력자의 주고 받음 인거지)는 0차원의 점이 아니라 매우 작은 1차원의 끈으로 이루어졌다는거야. 참고로 끈 이론에 따르면 이 우주는 4차원이 아닌 10차원으로 기술돼. 아뮤튼 끈 이론은 여러 문제가 있었는데 1995년 문과 출신의 물리학자 에드워드 위튼이 발표한 M 이론으로 확장함으로써 문제를 해결 해. M이론에 따르면 우리 우주는 10차원에서 하나 더 차원이 늘어나 11차원이 되고, 만물을 구성하는건 1차원의 끈이 아니라 n차원의 막(membrne. 줄여서 brane으로 부름)으로 구성되었다는거야. 여기서 n은 10이하의 자연수야. n이 1이면 끈인거지. 그래서 M이론은 끈이론을 포함하는 이론이야. 한편 폴친스키라는 물리학자는 이 끈의 움직임을 연구하다 한쪽 끝이 막에 데롱데롱 붙어있는 끈이 있다는걸 발견했어. 만약 끈이 2차원의 막에 메달려있다면 이 끈의 한쪽 끝은 2차원의 막 위에서만 움직일수 있지. 이 끈을 메달고 있는 막을 d-브레인이라고 해.
참고로 M이론의 창시자 위튼이 다음주에 있는 국제 끈이론 학회인 String2013에 참여하기위해 우리나라를 방문해 ㅋㅋ 토요일날 고등과학원에서 대중강연도 하니까 이론물리학도라면 한번 알아봐 ㅋㅋㅋ
이제 우주론 이야기를 해볼께 ㅋㅋ M 이론에서 파생된 아이디어 중에 브레인월드(brane world) 가설이라는게 있어. 이 가설의 따르면 막(brane)이 우리의 생각보다 매우 클 수 있다는거야. 어쩌면 이 우주 자체가 거대한 막이라는거지. 이 우주는 거대한 3차원의 d-브레인이고 이 우주를 구성하는 모든 것은 d-브레인에 메달린 끈으로 만들어졌다는거야. 우리가 볼 수 있는 공간이 3차원이 한계인 이유는 빛이 3차원의 d-브레인에 메달린 끈이기 때문이야. 중력의 경우 고리모양의 닫힌 끈이기 때문에 d-브레인에 속박 되지 않고 자유롭게 떠돌아다닐 수 있어. 그래서 중력은 3차원뿐만 아니라 더 높은 차원에게도 영향을 미칠 수 있어. 따라서 중력을 연구하면 4차원 이상의 차원을 실험적으로 관측 할 수 있지 않을까 물리학자들은 기대해.
이 브레인월드 가설에 따르면 빅뱅이 일어난 이유는 이 거대학 막과 다른 거대한 막이 충돌하여 엄청난 에너지가 방출되었기 때문이래. 이 브레인월드 가설에 의한 계산결과는 우주의 팽창 양상을 설명하는 최신의 빅뱅 이론(인플레이션 이론)의 결과와 정확하게 일치하고 있어.
이만하면 빅뱅이 일어난 이유에 대해 충분한 설명이 될까?
illuminati5
네이티리
혹시 대학교 무슨 과..세요?
Silvanas
돌고래
서울이터
gomguck
생각만해도 재밌어.
랄라라랄라
코메트
illuminati5
주기적 우주론은 내가 위에 댓글에서 말한 브레인월드 가설에서도 나타나. 막과 막의 충돌로 빅뱅 발생. 막과 막은 멀어지면서 우주는 계속 팽창. 다시 막과 믹은 가까워 지고 다시 충돌. 빅뱅 또 발생. 약 1조년을 주기로 이것이 일어난다고 해. 참고로 우리 우주와 이웃한 막은 네번째의 공간차원상의 거리로 있으며 그 거리는 1mm도 되지 않는데. 또 다른 우주는 우리 아주 곁에 있는거지. 다만 네번째 차원상의 거리이기 때문에 우리는 이것을 관측 할 방법이 없어 ㅜㅜ
illuminati5
쉬운남자
Silvanas
또 별들이 멀어지는 힘이 뭔지도 궁금함. 멀어지는 속도가 빨라지고 있으니 당연히 어떤 힘이 존재 할 건데 그 힘에 대해서도 좀 써주면 안될까? 암흑에너지니 뭐지 말은 많이 들었지만 정리가 안되서 뭐가 뭔지 모르겠음.
또 상대성 이론에서 가속도와 속도가 시간에 미치는 영향이 어떻게 다른지도 좀..... 단순히 미분적분관계는 아닐거아냐?
코메트
별들이 멀어지는 것은 암흑에너지라고 생각하고 있는데 아직 확실하진 않아. 애시당초 암흑에너지라는 말 자체가 알 수 없는 에너지이니까. 암흑에너지는 사실상 "우주가 점점 커지는 걸 보니 우리가 알 수 없는 어떤 힘이 있는 거 같습니다. 이걸 암흑에너지라고 부를게요" 수준이야. 물론 가설은 있는데 가장 널리 알려진 것은 양자역학에 의한 것이지. 빈 공간에서도 전자는 생겨나고 이를 통해 어느정도 에너지가 있을 거라는 막연한 상상이야 (알다시피 양자역학은 증명된 과학적 원리라기 보단 관찰 결과를 모아놓은 미지의 세계라서.). 하지만 양자역학의 가설이 잘 먹히는 이유는 우주가 가속팽창을 하기 때문인데, 즉 "우주의 크기가 커지는 속도가 점점 빨라진다 = 빈 공간에서 에너지가 생겨 공간이 생기고 이 공간이 다시 에너지를 만든다"는 거잖아.(이것을 좀 유식한 표현으로 우주의 암흑에너지의 에너지 밀도는 일정하다 라고 하는 거 같은데) 양자역학에 따른 가설은 이 부분만큼은 잘 설명할 수 있지. 하지만 다시 말하지만 양자역학을 체계적으로 잘 이해하는 사람은 없는 거 같아. 그냥 관찰 결과가 이렇다, 그에 따른 해석은 이러이러하다 라고 외우는 수준이지. 대학 교수들조차.
가속도와 속도는 둘 다 시간에 영향을 미치지만, 이 부분은 이야기가 너무 길어질 거 같아. http://www.dogdrip.net/25424588 이 글을 봐주길 바라.
Silvanas
2. 저 글은 이미 읽어봤는데 정보가 조금 부족한거 같아서... 속도와 가속도의 시간과의 관계를 여기서 설명해주긴 무리가 있을려나..
코메트
2. 속도와 시간의 관계를 이용해서 중력으로 가져갔고, 가속도에서 느끼는 관성 역시 중력이라고 생각하면 즉 중력에 의해 시간이 줄어들 수 있다, 정도가 댓글로 달 수 있는 한계인 거 같아. 일반상대성 이론은 특수상대성 이론보다 훨씬 복잡해서.