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은하수와 팽창하는 우주에 대한 탐구

by 꼼화 2024. 2. 21.

20세기 천문학의 진보와 우주 탐구

20세기는 천문학의 진보와 혁신적인 이론 덕분에 우주에 대한 우리의 이해를 깊이 있게 변화시켰습니다. 그 중에서도 알버트 아인슈타인의 업적은 크며, 그는 일반 상대성 이론을 통해 우주를 전반적으로 탐구했습니다. 1917년, 아인슈타인은 우주에 대한 첫 번째 코스모로지적 논문을 발표했습니다. 그러나 당시 천문학의 최신 연구에 익숙하지 않았던 그는 우주를 정적이고 변하지 않는 것으로 가정했습니다. 아인슈타인은 우주가 균일하게 물질이 분포되어 있다고 가정했지만, 그의 필드 방정식으로는 정적인 해결책을 찾지 못했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 그는 우주의 모든 물질 간의 중력을 상쇄시키고 우주의 축소를 방지하기 위해 우주 상수 개념을 도입했습니다. 그러나 나중에 우주의 팽창을 알게 된 후, 아인슈타인은 우주 상수를 그의 경력 중 가장 큰 실수로 여겼습니다. (하지만 우주 상수는 20세기 후반과 21세기에 다시 우주론에 등장했습니다. 아인슈타인이 틀릴 때에도 종종 깊은 것을 이해했습니다.)

 

팽창 우주와 정적 우주

아인슈타인의 정적 우주

아인슈타인의 우주 모델은 정적이고 변함없는 우주를 제안했습니다. 물질이 고르게 분포되어 있다고 가정했지만, 그는 관측과 이론을 조화시키는 데 어려움을 겪었습니다. 그의 필드 방정식은 정적인 해결책을 내주지 않았습니다. 이 문제를 해결하기 위해 아인슈타인은 우주의 모든 물질 간의 중력을 상쇄시키고 우주의 축소를 방지하기 위해 우주 상수 개념을 도입했습니다. 그러나 나중에 이 추가 요인은 아인슈타인 자신에 의해 그의 경력에서 가장 큰 실수로 여겨졌습니다. 아인슈타인의 정적 해결책은 우주를 정적이고 한정된 볼륨으로 나타냈습니다. 따라서 공간은 무한한 직선을 따라 여행하는 가상의 여행자가 결코 우주의 끝에 다다르지 않을 것입니다. 이러한 공간은 양의 곡률을 가지므로 삼각형의 각이 180°보다 커지지만, 이 초과는 충분히 큰 삼각형에서만 명백해질 것입니다. (지구 표면이 좋은 2차원 비유입니다. 지구 표면은 면적은 한정되어 있지만 끝이 없습니다.)

정적 우주에 도전

세기 전환 시점에는 대부분의 천문학자들이 은하를 보편적으로 관측 가능한 우주와 동일한 것으로 여겼습니다. 그러나 헤버 커티스와 베스토 슬리퍼와 같은 일부 천문학자들은 나선 성운을 연구함으로써 이러한 개념을 도전하기 시작했습니다. 슬리퍼의 나선 성운의 방사 속도 측정은 많은 나선 성운이 은하로부터 빠르게 멀어지고 있는 것을 나타내어, 이러한 물체가 우리 은하계의 일부가 아니라는 가능성을 제기했습니다. 이 증거는 천문학자들이 정적인 우주에 대한 전통적인 관점을 다시 고려하도록 만들었습니다.

팽창 우주의 부상

윌렘 드 시터와 알렉산드르 프리드만과 같은 과학자들의 추가적인 이론적 발전은 아인슈타인의 정적 모델을 확장하여 그의 방정식에 비정적인 해결책을 제시했습니다. 칼 룬드마크와 같은 경험적 연구는 거리와 적색편이 간의 관계에 대한 추가적인 지원을 제공했습니다. 이러한 발전은 현대 우주론의 기초를 마련하며, 우주의 동적 본질에 대한 우리의 이해를 재구성하고 정적 우주의 전통적인 관점을 도전하는 데 기여했습니다. 알렉산드르 프리드만과 같은 과학자들은 아인슈타인의 모델을 확장하여 우주가 확장되거나 수축될 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 해결책은 주로 아인슈타인의 모델과 다르게 우주가 물질을 포함할 수 있다는 점에서 차별화되었습니다. 그는 음의 곡률을 가진 우주론적 모델을 도입했습니다. (음의 곡률 공간에서 삼각형의 각은 180°보다 작습니다.) 프리드만의 해결책은 그의 조기 사망과 관측적 증거와의 연결 부재로 인해 즉각적인 영향을 미치지 않았습니다. 아인슈타인이 프리드만의 1922년 논문에 기본적인 오류가 있다고 주장한 논평을 발표한 데에도 이는 도움이 되지 않았으며, 나중에 아인슈타인은 이 비판을 철회했습니다.

결론

은하수와 팽창 우주의 탐구는 우주론의 역사에서 혁명적인 단계를 의미합니다. 알버트 아인슈타인의 우주론적 이론은 우주의 동적 성질을 깊이 이해하기 위한 첫걸음이었습니다. 천문학자들이 은하의 움직임과 우주의 팽창에 대한 증거를 발견함으로써, 우리의 우주에 대한 인식은 혁신적으로 변화되었습니다. 이론적 통찰과 관측적 증거의 상호 작용을 통해, 우리는 우주의 신비를 해독하고 우리의 호기심을 자극하며, 지식의 한계를 넓히고 있습니다.