영화 <인터스텔라> 보셨나요?
저는 이 영화를 보고 나서 한동안 우주에 대한 관심이 엄청 높아졌었는데요. 우주는 우리가 상상하기 힘들 만큼 넓고 광활해서 아직까지도 미지의 세계라고 불려요. 그래서 많은 과학자들이 연구하기도 하고 여러 가지 가설들을 세우기도 하죠. 최근엔 태양계 밖에서도 지구와 비슷한 환경인 행성을 발견했다는 뉴스기사도 많이 나오고 있죠. 이렇게 넓은 우주 속에서 인간이라는 존재는 얼마나 작고 하찮은 존재인지.. 가끔 그런 생각이 들곤 합니다.
우주의 크기나 질량 등 물리량은 어떻게 알 수 있나요? 우주 전체의 크기는 현재 기술로는 정확하게 알기 어렵지만, 대략적으로 추정되는 값은 있다고 해요. 먼저 허블상수라는 개념이 있는데요. 허블 상수는 멀리 있는 은하일수록 빠른 속도로 멀어지고 있다는 점으로부터 나온 공식이에요. 즉, 멀어지는 속도/가까워지는 속도=허블상수라는 공식이죠. 이를 통해서 구한 결괏값이 약 100km/s/Mpc(메가파섹)이라고 하는데요. 1 Mpc은 빛이 1년 동안 가는 거리입니다. 따라서 위 수식을 이용하면 10^12 km = 1000억 광년이라는 계산이 나옵니다. 참고로 Mpc은 메가파섹이 고, pc은 파섹이며, 광년은 빛이 1년 동안 가는 거리입니다. 블랙홀과 화이트홀은 어떤 관계인가요? 흔히 사람들은 블랙홀 안에서는 시간이 멈춘다고 알고 있죠. 하지만 실제로는 그렇지 않아요.
실제로 블랙홀 내부에선 시공간 자체가 휘어져있기 때문에 중력장이 무한히 강해져 공간이 왜곡되고 그로 인해 시간이 느려질 뿐이지 아예 멈추는 건 아니라고 하네요. 그렇다면 왜 하필이면 블랙홀이라 불리는 걸까요? 그건 아인슈타인의 상대성이론 중 E=mc^2에 의해서 설명될 수 있어요. (E:에너지, m:질량, c:빛의 속도) 에너지-질량 등가원리라고도 하는 이 이론은 에너지는 곧 질량이다라고 말하고 있어요. 다시 말해 물질이 가지고 있는 고유한 성질 중 하나가 바로 에너지라는 뜻이죠. 이러한 원리로부터 만약 모든 물질의 질량이 사라진다면 엄청난 에너지가 발생한다는 결론이 나오게 됩니다.
이때 나오는 에너지가 바로 '열'인데요. 열이란 물체가 가진 운동에너지가 변환되어 나타나는 현상이기 때문에 결국 어떠한 물체든 간에 소멸된다면 어마어마한 양의 열에너지가 방출되게 되죠. 그렇기 때문에 대부분의 학자들은 블랙홀이 주변의 모든 것을 흡수하면서 강력한 열에너지를 내뿜는다고 추측하고 있답니다. 태양계 밖에 생명체가 살 수 있는 행성이 있을까요? 최근 나사에서 발표한 자료에 따르면 태양계 밖에서 지구와 비슷한 환경을 가진 행성을 발견했다고 해요.
물론 이것이 진짜 외계행성인지 아니면 다른 별 주위를 도는 위성인지 정확히 밝혀지진 않았지만 어쨌든 지금까지의 관측결과와는 전혀 다른 새로운 정보임에는 틀림없죠. 과연 이번에 발견된 행성이 제2의 지구가 될 수 있을지 기대되네요. 만약 우리가 사는 우주공간 어딘가에 다른 차원의 공간이 있다면 어떨까요? 실제로 과학자들은 이러한 가설을 세우고 연구 중이랍니다. 이번 포스팅에서는 제가 좋아하는 주제인 ‘우주’와 관련된 내용을 다뤄보려고 해요. 우주는 왜 팽창할까요? 과학자들이 말하는 우주의 기원은 빅뱅이론입니다.
빅뱅이 일어나면서 폭발 후 남은 물질 중 일부가 지금의 우주를 구성하게 되었다는 이론이죠. 하지만 아직까지도 정확한 원인은 밝혀지지 않았어요. 그래서 학자들은 여러 가지 가설을 세웠는데요,
첫 번째로는 인플레이션 이론이라는 게 있어요. 이것은 대폭발 이후 시간이 지날수록 점점 빠르게 팽창한다는 이론이에요. 두 번째로는 암흑에너지라는 개념이 있어요. 현재까지는 에너지의 근원으로서 인정받고 있지 않지만 앞으로 밝혀질 새로운 에너지원으로써 주목받고 있답니다. 마지막으로는 특이점 정리라고 하는 이론이 있어요. 모든 물리법칙이 붕괴되는 시점이자 최후의 순간이며, 무한히 수축하면서 결국 소멸된다는 이론이지요.
빅뱅 이전에는 어떤 상태였을까요? 앞서 설명했듯이 초기 우주는 매우 뜨거웠어요. 따라서 입자와 반입자가 서로 충돌하며 빛을 내는 과정에서 엄청난 양의 에너지가 발생했어요. 이렇게 생성된 에너지는 별들을 만들고 은하를 형성했답니다. 또한 이때 만들어진 원소들이 지구상에 존재하는 대부분의 원소랍니다. 즉, 최초의 생명체는 태양계로부터 탄생했다고 봐도 무방하겠죠? 특이점 정리는 무엇인가요?
모든 물리법칙이 붕괴되는 지점 혹은 최후의 순간을 의미하는데요, 아인슈타인의 특수상대성이론에 따르면 질량이 큰 물체일수록 광속에 가까워질수록 가속도로 인해 속도가 기하급수적으로 증가한다고 합니다. 예를 들어 1초에 100m를 가던 사람이 2초 만에 200m를 가게 되고, 10초 만에 400m를 가게 되는 식으로요.
그렇다면 0.00000001초 동안 얼마나 빠른 속도로 갈 수 있을까요? 상상조차 할 수 없을 만큼 빠르겠죠? 그러나 문제는 중력장 안에서의 운동은 그렇지 않다는 점이에요. 중력장 내에서는 가속도가 일정하기 때문에 아무리 빨리 달려도 광속에 도달할 수 없어요. 그렇기 때문에 특정 조건 하에서만 일어나는 일이고, 실제로는 일어나지 않는답니다.
이번 포스팅에서는 우주에 대한 다양한 궁금증을 풀어보았어요. 특히나 최근 들어 천문학 분야에서도 양자역학 등 최신물리학 지식을 활용하려는 시도가 많아지고 있다고 하니 더욱 흥미로운 것 같아요. 다음시간에는 좀 더 재미있는 주제로 찾아올게요!
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