[ 블랙홀과 화이트홀 ]
초신성이 폭발을 일으켰을 때 그 폭발의 중심에 블랙홀이 남습니다. 블랙홀이란 강한 중력에 의해 모든 것을 삼키는 공 모양의 영역을 말합니다. 일단 블랙홀의 경계면(사건의 지평선)보다 안쪽에 삼켜진 물질이나 빛은 절대로 경계면보다 바깥쪽으로 탈출할 수 없습니다. 블랙홀의 배후에 있는 별에서 나온 빛은 블랙홀에 삼켜져 반대쪽으로 나아갈 수 없습니다. 블랙홀 자신도 빛을 내보내지 않으므로 문자 그대로 우주 공간에 생긴 검은 구멍처럼 보입니다.
블랙홀 내부의 중심에는 이론적으로 밀도가 무한대인 ‘점’이 있다고 생각됩니다(특이점). 특이점은 별(항성)의 중심부 물질이 스스로의 중력에 의해 파괴되어 생긴 것입니다. 태양의 20배 이상 되는 질량의 항성은 그 일생의 마지막에 초신성 폭발을 일으키고 블랙홀을 남게 됩니다. 블랙홀은 근원을 더듬으면 일반 상대성 이론에서 유도된 것입니다. 그 일반 상대성 이론은 나아가 기묘한 천체의 존재를 예언했는데 바로 화이트홀입니다.
원래 화이트홀은 블랙홀과 함께 그 존재가 예언되었습니다. 일반 상대성 이론을 바탕으로 항성 내부와 주위의 중력을 계산하는 식이 도출될 때, 그 식이 의미하는 것에는 블랙홀과 화이트홀 두 가지가 포함되어 있었습니다. 그에 따르면 블랙홀과 화이트홀은 서로의 시간을 뒤집는 관계에 있다고 합니다. 예컨대 공을 위로 던져 떨어질 때까지의 모습을 비디오로 촬영했다고 하면 이를 거꾸로 재생해 보면, 거꾸로 재생된 공의 운동은 전혀 물리 법칙에 어긋나지 않습니다(공기 저항 등의 영향은 무시한다.). 이처럼 물리학의 세계에서는 어느 현상에 대해 시간을 반전시킨 현상도 존재하는 것이 일반적입니다. 이를 통해 화이트홀의 성질을 알 수 있습니다. 즉 블랙홀은 누구도 그 내부에서 탈출할 수 없는 천체인데 비해, 화이트홀은 누구도 그 내부에 머무를 수 없는 천체입니다. 화이트홀은 그 내부의 특이점에 집중해 있는 질량을 물질과 빛 등으로 계속 뱉어 냅니다. 또한 블랙홀에 경계면이 있었던 것처럼 화이트홀에도 경계면이 있어 경계면 안쪽에서는 바깥쪽으로 이동할 수 있지만, 바깥쪽에서 안쪽으로는 빛조차 들어갈 수 없습니다.
[ 빅뱅 ]
빅뱅(Big Bang) 또는 대폭발 이론(大爆發理論)은 천문학 또는 물리학에서, 우주의 처음을 설명하는 우주론 모형으로, 매우 높은 에너지를 가진 작은 물질과 공간이 약 150억 년 전의 거대한 폭발을 통해 우주가 되었다고 보는 이론입니다. 이 이론에 따르면, 폭발에 앞서, 오늘날 우주에 존재하는 모든 물질과 에너지는 작은 점에 갇혀 있었다가 과학자들이 T=0이라고 부르는 폭발 순간에 그 작은 점으로부터 물질과 에너지가 폭발하여 서로에게서 멀어지기 시작했습니다. 이 물질과 에너지가 은하계와 은하계 내부의 천체들을 형성하게 되었습니다. 이 이론은 우주가 팽창하고 있다는 에드윈 허블의 관측을 근거로 하고 있습니다. 또한 그는 은하의 이동 속도가 지구와의 거리에 비례한다는 사실도 알아냈습니다. 이는 은하가 지구에서 멀리 떨어져 있을 수록 빠르게 멀어지고 있음을 의미합니다.
조르주 르메트르는 우주의 기원에 대하여, 후에 빅뱅 이론이라 불리게 되는 추측을 하였는데, 그는 이것을 "원시원자에 대한 가설"이라 불렀습니다. 이 모형의 틀은 알베르트 아인슈타인의 일반상대성이론과 단순화 가정(공간의 균질성과 등방성과 같은)을 기반으로 합니다. 이것의 지배방정식은 알렉산드르 프리드만에 의해 공식화되었습니다. 르메트르가 1927년에 제시한 대로, 에드윈 허블이 1929년 멀리 떨어진 은하들의 거리가 그것들의 적색 편이와 비례하다는 것을 발견했고, 1964년에는 우주의 극초단파를 연구하는 천문학자들이 우주에서 소음이 난다는 사실을 발견했습니다. 이 소음은 어떤 한 영역에서 나오는 것이 아니라, 우주의 곳곳에서 발생했는데 이 소음은 초기 빅뱅에서 남겨진 복사 소음으로 추정되고 있습니다. 만일 현재 은하 클러스터들 간의 거리가 점차 멀어지고 있다면, 과거에는 모두가 서로 가까이 모여 있었을 것입니다. 이러한 발상은 결국 극도로 밀집되고 극도로 뜨거웠던 시점이 과거에 존재했을 것이라는 추측으로 귀결되었고, 이 이론과 비슷한 상황을 재현하고 확인하기 위해 커다란 입자 가속기가 만들어졌지만, 입자 가속기는 결국 이러한 고에너지영역을 조사하는 데 기능적 한계를 나타냈습니다. 빅뱅 이론이 최초의 팽창 이후 우주의 일반적인 변화에 대해 설명해낼 수 있다 하더라도, 팽창 직후와 연관된 아무런 증거도 없이는 이러한 기본적인 상황에 대해 어떠한 입증도 할 수 없습니다. 우주를 통틀어 보이는 빛에 대한 관측 결과는, 빅뱅 핵합성에 충분히 논리적으로 설명된 예측, 즉 우주 처음 몇 분 간의 급속한 팽창과 냉각 속에서 발생한 핵반응으로부터 형성된 빛에 대한 계산과 거의 맞아 떨어졌습니다.
프레드 호일은 빅뱅 이라는 단어를 1949년 어느 라디오 방송에서 처음 언급했습니다. 그가 주장했던 정상우주론을 본인이 별로 중요히 여기지 않는다는 이야기가 퍼지자, 호일은 이를 강하게 부정하고 방송에서의 언급은 단지 두 우주론의 가장 큰 차이점을 설명하기 위해 사용한 단어일 뿐이라고 일축했습니다. 호일은 나중에, 가벼운 원소로부터 무거운 원소가 형성되는 항성 핵합성 과정을 이해하기 위해 연구에 매진했습니다. 1964년 우주 배경 복사을 발견하고, 그것의 스펙트럼(각 파장으로부터 계산된 복사량)으로부터 흑체 곡선을 그려낸 후, 이 증거를 들어 대부분의 과학자들은 과거 빅뱅 시나리오가 발생한 것이 확실하다고 믿게 되었습니다.
[평행 우주]
평행우주는 다중우주라고도 합니다. 여러 개의 우주가 동시에 존재하는 ‘우주의 집합’ 입니다. 처음에는 다분히 공상과학적인 주제였으나, 지금은 초기우주를 이해하는데 매우 중요한 개념으로 인정받고 있습니다. 다중우주는 다양한 형태로 존재할 수 있는데, 이들은 서로 긴밀하게 연관되어 있습니다. 양자역학에서 ‘관측되지 않은’ 입자는 여러 개의 상태에 동시에 존재할 수 있으며, 이는 원자적 규모에서 다중세계가 존재한다는 것을 뜻합니다. 이 개념을 우주적 규모로 확장시키면, 서로 결 어긋남 상태에 있는 여러 개의 우주가 동시에 존재할 수도 있습니다. 인플레이션이론은 우주팽창의 시작과 끝을 설명하기 위해 다중우주의 개념을 도입하고 있습니다. 또한, 끈이론의 다양한 해를 설명할 때에도 다중우주가 도입 됩니다. M-이론에서 다중우주는 서로 격렬하게 충돌할 수 있습니다. 인류학적 원리를 철학적인 관점에서 해석할 때에도 다중우주는 중요한 역할을 합니다.
