[이과형] 우주의 끝은 어떤 모습일까?

 

 

 

문득 잠이 들 때 마다 우리는 이런 상상을 하곤 해요.

우주의 끝엔 뭐가 있을까?

도대체 우주의 끝은 어떤 모습일까?

끝이라고?

그럼 그 너머에는 뭐가 있는거지?

뭐가 있다고? 그럼 끝이 아니지 않나?

아 너무 궁금하다...

 

결론부터 말하자면 여러분은 절대 우주의 끝에 갈 수 없어요.

어떤 sf적인 요소들을 모두 이용한다 하더라도 말이죠~

 

모든 물질은 빛보다 빠를 수 없으니까.

빛보다 아주 약간 느린 우주선을 타고 가본다고 해볼까요?

음, 한 빛의 속도에 99% 정도로요~

이 속도면 태양까지 70초밖에 걸리지 않아요

하지만 당신이 평생을 가더라도 우주의 끝엔 도달할 수 없어요.

아주 운이 좋아서

우리가 우주의 끝 바로 옆에 살고 있다고 해도 말이죠.

왜냐하면 우주는 빛보다 더 빠른 속도로 팽창하기 때문이에요

그러니 당신이 아무리 빨리 간다 해도 우주를 따라잡지는 못하겠죠?

 

그럼 웜홀을 이용해

우주의 끝으로 워프를 하는 건 어떠냐고요?

그래도 갈 수 없어요.

 

우리의 우주는 우주의 어느 곳에서 보더라도

큰 틀에선 모두 똑같은 모습으로 보여요.

이것을 우주원리라고 하죠.

당신이 지구에 있으나, 워프를 해서 간곳이나

우주가 똑같이 보일 거라는 얘기에요.

어째서 그럴 수 있냐고요?

 

 

주말에 친구와 만나기로 한다면 위치와 시간을 약속해야겠죠?

다행히 지구의 스케일에선 친구를 무사히 만날 수 있을 거예요.

하지만 우주적 스케일에선 친구를 만나지 못할 수도 있어요.

위치와 시간은 당신과 친구에게 사실 똑같은 것이 아니기 때문이에요.

당신의 운동상태나 중력 등에 의해서

길이와 시간이 줄어들었다 늘어났다 뒤틀려 버리는 거죠

 

그래서 우리는 4차원 공간에 살고 있다고 해요.

위치와 시간이 엉켜있는 공간이에요

어느 위치에 있는지 또 어떻게 운동하는지에 따라

우리의 시간은 바뀌어 버리는 거죠.

 

만약 당신이 어느 위치에 가고 싶은데 시간이 바뀌어 버린다면

아무리 노력해도 그곳에 갈 수 없는 상황이 발생할 수도 있는 거죠.

 

아인슈타인의 일반 상대성이론은

4차원 시공간으로 이루어진 우리 우주의 모습엔

세 가지 가능한 모형이 있다고 말해줍니다.

 

우리가 4차원을 볼 수는 없으니까

우리 세상이 만약 2차원으로 이루어져 있다면

그것을 3차원에서 본다면 어떤 모습인지 한번 볼까요?

 

첫 번째 모형은 둥그런 구의 모습입니다.

여기서 우리는 구의 표면에 살고 있는 존재에요.

이곳에선 서로 평행하게 출발한 사람이라도 결국 만나게 됩니다.

그리고 우주를 계속 여행하다 보면 다시 제자리로 돌아올 거에요.

우주는 유한하지만 우주의 끝이라 할 수 있는 경계는 존재하지 않죠

중심도 없고요

 

두 번째 모형은 말 안장처럼 휜 모습입니다.

이곳에선 서로 평행하게 출발하지 않더라도 서로 만나지 않을 수 있어요.

우주는 무한한 형태이기 때문에 경계도 없고 중심도 존재하지 않죠.

 

세 번째 모형은 평평한 모습입니다.

우리에게 가장 익숙한 모습인가요?

이곳에서도 우주는 무한하기 때문에 경계도 없고 중심도 없어요.

만약 우리의 우주가 첫번째 모습이라면

우주는 팽창속도가 점점 줄어들다

결국엔 다시 수축을 시작해서 한점으로 쪼그라들어요.

이것을 빅크런치라고 하죠.

 

두번째 모습이라면 우주의 팽창속도는 줄어들지만

결국 계속 팽창을 할 거예요.

 

세번째 모습이라면 마찬가지로 팽창속도는 0에 가깝게 줄어들지만

팽창은 계속 일어나게 되죠

 

그럼 진짜 우리 우주의 모습은 무엇일까요?

그것은 우리 우주의 총질량에 달려 있습니다.

그런데 우리가 관측한 우주 질량은

팽창을 멈추는데 필요한 질량에 100분의 1 조차 되지 않아요.

 

하지만 우주에는 관측하진 못하지만 존재할 것이라고 생각되는 암흑물질이 있죠

그러나 암흑물질을 더한다 하더라도

팽창을 멈추는데 필요한 질량의 10분의 1밖에 얻을 수 없어요.

 

그래서 현재까지 우리 우주의 모습은

부분적으론 곡률이 있지만 전체적으론 평평한 형태라고 판단합니다.

영원히 팽창하는 거죠.

 

그런데 우리 우주의 세 가지 모형엔 모두 똑같이 예상되는 게 있습니다.

팽창속도는 결국엔 줄어든다는 거죠.

 

우리는 우주의 멀리서 오는 빛들을 분석해

과거의 팽창속도와 지금의 팽창속도를 비교할 수 있어요.

 

그럼 결과는 어떻게 되었을까요?

놀랍게도 우리 우주는 팽창속도가 점점 빨라지고 있었습니다.

가속 팽창하는 것이에요.

 

과학자들은 이러한 원인을

우주의 암흑에너지 때문이라고 이름 붙여놨어요.

암흑이라는 이름에서도 알 수 있듯이 사실 잘 모른다는 거죠.

 

암흑 물질과 암흑에너지는 우리 우주의 96%를 차지합니다.

우리가 아는 물질은 4%밖에 되지 않아요.

우주에는 아직 우리가 풀어야 할 숙제들이 너무 많다는 얘기죠.

 

여러분이 그중 하나를 풀어보는 건 어떨까요?