[책 리뷰] 빅뱅의 메아리 - 우주배경복사가 말해주는 우주의 역사

빅뱅의 메아리

이강환 지음

마음산책, 2017년 출간

251페이지

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우주의 역사에 대해서 비교적 쉬운 언어로 이야기 한 책입니다.

어느정도 천문학적 물리적 지식이 없으면 여전히 어려운 책입니다.

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그래도 우주의 역사가 138억년이 되었다는 사실.

우주배경복사라는 것이 알려주는 우주의 온도로부터 이러한 시간적 계산이 가능하다는 사실정도는 배웠습니다.

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우주가 팽창하고 있다는 사실을 인류가 알게 된 것은 아직 100년도 되지 않은 일이다. 하지만 이 한가지 사실은 인류가 수천 년 동안 우주를 보아온 관점을 완전히 바꾸어 놓았다.

우주의 팽창에는 중심도 없고 우주의 바깥이라는 것도 없다.

표면에 점을 여러 개 찍은 뒤 풍선을 불면 풍선이 커지면서 점과 점 사이가 멀어진다. 풍선 표면에 찍힌 점에 사는 생명체에게는 우주가 팽창하는 것이다. 그냥 자신이 존재하는 공간이 커지고 있다는 것을 알 수 있을 뿐이다.

본문에서

팽창하는 우주를 받아들일 준비가 되어 있지 않았던 아인슈타인은 르메트르에게 "당신의 계산은 정확하지만 물리학에 대한 이해는 끔찍합니다."라고 말했다.

본문에서

우주배경복사 (Cosmic microwave Background Radiation)는 우주 전체에서 균일해야 하지만 완벽하게 균일해서는 안 된다. 그렇다면 우리가 보고 있는 별이나 은하와 같은 천체들이 만들어질 수 없기 때문이다. 빅뱅 직후 불확정성의 원리에 따라 만들어진 미세한 양자 요동은 인플레이션으로 급격히 커져서 우주 전체 규모의 요동이 되었다. 요동이 밀도의 차이가 되었고, 밀도 차가 우리가 지금 보는 은하와 별로 성장하기 시작했다.

본문에서

우주론의 표준 모형은 빅뱅과 인플레이션, 빅뱅 직후 생성된 가벼운 원소들의 함량비, 온도가 높지 않은 차가운 암흑물질 그리고 여기에 1998년 이후에 등장한 암흑에너지로 구성되어 있다. 2003년 WMAP의 관측으로 우주의 나이가 137억년이 되었다. 우리 주변에 있는 평범한 보통 물질은 우주 전체의 4.4퍼센트만을 차지할 뿌니고, 암흑물질이 22펴센트, 암흑에너지가 73%를 차지하고 있다.

2013년 최종수정에서 우주의 나이는 137억 7천만년으로, 우주배경복사가 방출된 것은 빅뱅이후 약 37만5천년으로 수정되었다.

본문에서

우주배경복사는 우주의나이가 약 38만 년이 되었을 때, 원자핵과 전자가 결합하여 우주가 투명해지는 순간 빠져 나온 빛이다. 빅뱅 우주론에 따르면 우주배경복사는 전 우주에서 균일해야 하지만 완벽하게 균일해서는 안된다. 우주에 있는 별과 은하가 만들어지기 위해서는 물질들 사이에 미세한 밀도 변화가 있어야 하고그것은 우주배경복사에서 미세한 온도 차이가 있어야 한다. 이를 최초로 관측한 것이 COBE이고, 더 정밀하게 관측한 것이 WMAP이다.

본문에서

우주가 태어난 직후부터 38만년이 지나기까지 우주는 수소 원자핵인 양성자와 헬륨 원자핵, 전자, 뉴트리노 등의 입자들로 가득 차 있어서 빛이 나오지 못했다. 그러다가 38만년 뒤 원자핵과 전자가 결합해 중성원자를 만들었을 때 빠져나온 빛이 우주배경복사다. 그러고는 한참 동안 빛은 거의 아무런 방해를 받지 않고 자유롭게 우주를 가로질러 날아갔다.

이 빛이 다시 방해받기 시작한 것은 원자에서 전자가 다시 떨어져 나가면서부터다. 이를 '재이온화' 시기라고 한다. 이렇게 재인온화가 된 이유는 원자들이 뭉쳐 별이 만들어졌고 이 별에서 나온 강한 자외선이 전자를 떼어냈기 때문이다.

재이온화된 전자에 부딫힌 우주배경복사는 한쪽 방향으로만 진동하는 편광이 된다. 결국 우주배경복사의 편광을 관측하면 우주 최초의 별들이 언제 만들어졌는지 알아낼 수 있는 것이다.

본문에서

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