일단 우주에는 전자파라는 개념이 있음
대표적인 특징은 온도가 있는 모든것은 전자파를 내뿜는다는 건데
이짤은 전자파의 분광방사휘도와
파장의 상관관계를 알아보기 위한 그래프인데
대충 설명하자면 전자파는 온도에 따라서 색이 빠뀜
2800K~3000K의 전자파는
노란색~오렌지색의 가시광선을 방사함
그리고 이 그래프는 온도와 파장을 나타낸 그래프임
아무튼 이 그래프에서 제일 왼쪽 점선이
우주배경복사인데
우주배경복사의 파장은
1.9mm
160.2Hz에 피크가 있으니
이걸 온도로 환산하면
2.7K
즉 우주의 온도는 약 -270도라는 이야기
근데 문제는 이 마이크로파가 우주 전체에서 퍼지고 있다는 점
이 파장 1.9mm짜리 우주배경복사를 보면
명확하게 피크가 존재한다는게 보임
신기한건 우주 전역에서 오는 마이크로파의 꼭지점이 여러개가 아니라는 거임
그말은 즉
우주배경복사의 발원점은 단 한 곳이라는 사실
축하합니다
당신은 지금 빅뱅이론의 실험적 증거를
보고계십니다
아무튼 그렇게 빅뱅이 일어나고 10의 -36승초에서 10의 -32승초까지 급격한 팽창이 일어남
이걸 우주 인플레이션이라고 함
그리고 빅뱅 직후 약 20분 뒤
빅뱅원소합성으로 인해 인플레이션이 일단 종료되는데
이때 소립자들이 안정되어서 원자 같은것들이 생겨남
근데 그냥 생기는게 아니고 끈적끈적한 수프 상태로
우주 전체가 충만해짐
물론 팽창은 계속됨
이때 우주의 온도는 약 10억도 정도임
10억도에서 내뿜는 빛은 굉장히 밝을 것 같지만
파장이 짧기 때문에
인간의 눈으로는 볼 수가 없음
그 후 우주가 팽창하고
우주의 온도도 내려감
근데 온도가 내려가니깐
전자파의 파장이 길어지고
감마선에서 엑스선
엑스선에서 자외선으로 변화하기 시작함
이렇게 빅뱅 이후 37만년 후
우주는 태양과 같은 흰색 같은 노란 빛깔이 되었음
이시절 우주는 양성자와 전자가 자유롭게 움직이는
플라즈마 상태였음
이건
태양의 내부와 매우 흡사함
플라즈마 상태에서는 전자파가 직선으로 움직이지를 못함
왜냐하면 빛은 전자로 산란해서 이리가고 저리가고 하는데
그게 너무 걸리는거임
실제로 태양 내부의 빛이 외부로 빠져 나오는데
100만년이 걸린다고 함
초기 우주도 이와 똑같았음
우주가 투명해짐
지금까지 자유롭게 움직이고 있던 전자가
양성자에 붙들려버려 원자가 되어버림
그러면서 수소,헬륨 같은 물질이 만들어지면서
우주가 투명해짐
이때 플라즈마에 속박당한 전자파가 해방되면서
갑자기 공간을 직진하기 시작함
이렇게 우주는 3000도가 방사한 전자파가
가득 차게 되어버림
그럼 3000도가 발하는 전자파의 가시광선은 무슨색이라고 아까 말했지?
그렇다 오렌지 색이다
그래서 초기 우주는 오렌지 색이라고 하는 거임
참고로 켈빈은 절대영도부터 재는거라서 섭씨보다 낮음
참고로 과학자들이 밝혀낸 우주가 투명해졌을때의
우주의 크기는
우리은하 5개 사이즈 정도 됬다고 함
아무튼 우주는 계속 팽창함
그 결과 초기 우주에서 빠져나온 전자파도
파장이 늘어지게 되는데
이걸 적색편이라고 부름
이쯤에서 다시 우주배경복사를 보면
참고로 우주배경복사의 풀네임은 우주 마이크로파 배경복사이다
거의 균일하지만
불균형한 곳이 군데군데 많다
같은 빅뱅이란 광원에서 발한 마이크로파인데
왜 이렇게 불균일할까?
탄생 후 10초뒤 불투명한 플라즈마 상태가 된 우주
하지만 양성자와 전자의 중력과 전자파의 방사압 때문에 곳곳에서
수축하고 팽창함
마치 수면에 펼쳐지는 파문과 같은 형태로
퍼지기 시작함
우주전역 여기저기에서 이러한 파문이 발생하고
언제까지 파문이 발생하냐면 우주가 투명해질 때까지 발생함
우주가 투명해지는 그 순간
파문의 모양이 우주에 고정되어 버리고
그상태로 전자파가 방사되어버려서
우리가 보는 우주배경복사가 되어버림
다시 우주배경복사를 보면 난잡하고 무질서하게 보이지만
자세히 보면 파문에 규칙성이 있다고 과학자들이 발견해버림
그 규칙들을 과학자들이 그래프로 정리한게 아래 도표임
이 그래프는 통칭 파워 스펙트럼이라고 하는데
가로축은 시야각
즉 지구에서 관측한 각도임
세로축은 대충 파문이라고 보면 됨
보면 꼭지점이 여러개 있는게 보이는데
첫번째 꼭지점이 제일 중요함
빅뱅 이후 10초~38만년까지의 초기 우주는
아까도 말했지만
플라즈마 수프상태였음
수프의 파문에도 속도가 있는데
광속의 0.58배였다는 사실을 과학자들이 밝혀냄
그럼 최초의 파문은 대략 38만년동안 이동했다는 이야기가 됨
이걸 계산하면
파문의 사이즈는 22만 광년
이걸 우주팽창이라는 변수를 고려해서 다시 계산하면
파문의 사이즈는 50만 광년이 됨
즉 우주가 투명해졌을때 우주의 크기는
우리은하 5개 사이즈였다는 사실인거임
이 사실은 즉 초기 우주 파문의 최대 사이즈는 50만 광년에
이 그래프 파워 스펙트럼의 최대 꼭지점이라는 이야기임
여기서 과학자들은 한번 더 생각을 했음
이거 어쩌면 우주를 측정할 수 있는 잣대가 될 수 있는게 아닌가? 하고
그래서 배경복사의 길이, 시야각, 거리를 이용해
우주가 어떤 모습을 하고 있는지
알아보려고 하기 시작함
방법은 단순함
직각삼각형을 이용하기로 해버림
만약 우주가 완벽하게 평평하다면 정확한 180도가 나오겠고
만약 그렇지 않으면
구면이나 쌍곡면이 나오겠지
아무튼 과학자들은 우주의 모습을 저렇게 3종류로 가설을 세워버리고
측정결과를 따라 계산을 하기 시작함
그 결과 세 각의 합이 180이 나오면서
우주는 평평하다는 결과가 나옴
축하합니다 당신은 지금 우주의 곡률을 구했고
우주 평평론의
실험적 증거를 보고 계십니다
근데 여기서 과학자들은 한번 더 생각을 했음
우주가 평평하다면
우주가 균일하다는 이야기고
관측 불가능한 우주도
균일하다는 이야기 아닌가?
그래서 과학자들은 파워 스펙트럼을 다시 한번 보기로 했다
두번째 꼭지점이 있는데
이건 첫번째 꼭지점과 상관관계에 있다고 과학자들이 밝혀냄
정확히는 두번째 꼭지점이
감소된 바리온의 밀도를 나타내는데
이 상관관계를 해석함으로서
관측 가능한 우주의 물질총량을 알게 됨
세번째 꼭지점은 우주의 전환점을 나타낸다고 과학자들이 밝혀냄
초기 우주는 플라즈마 수프 덩어리임
이때는 물질의 에너지보다 전자파의 에너지가 더 셈
광자가 더 많은 중력을 내고 있고
광자가 지배적인 세상이였음
전자파 우위의 세상임
근데 지금은 물질 우위의 시대임
여기서 세번째 피크를 조사하면
언제 전자파 우위에서 물질 우위로 세상이 바꼈는지
그걸 알 수 있다고 과학자들이 밝혀냄
그리고 3번째 이후의 꼭지점이 설명하고 있는것은
바로 암흑물질임
세번째 이후의 꼭지점부터
관측 가능한 우주의 에너지를 과학자들이 계산해보니
약 5%가 물질
27%가 암흑물질
68%가 암흑에너지인게 밝혀짐
축하드립니다
당신은 암흑물질과 암흑에너지의
산출방법을 배우게 되셨습니다
아무튼 아까 말한듯이 우주는 평평하다고 했는데
이말인즉슨 관측가능한 우주를 넘어
전 우주의 물질이 5%라는 이야기가 된다
물질우위에서 암흑물질로 넘어가는 부분이 설명없이 퀀텀점프하는 느낌인데 그부분 띠용빼곤 너무재밌게읽힌다