답 변
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 이론. 이 이론에 따르면, 폭발에 앞서, 오늘날 우주에 존재하는 모든 물질과 에너지는 작은 점에 갇혀 있었다. 과학자들이 T=0이라고 부르는 폭발 순간에 그 작은 점으로부터 물질과 에너지가 폭발하여 서로에게서 멀어지기 시작했다. 이 물질과 에너지가 은하계와 은하계 내부의 천체들을 형성하게 되었다. 이 이론은 우주가 팽창하고 있다는 에드윈 허블의 관측을 근거로 하고 있다. 또한 그는 은하의 이동 속도가 지구와의 거리에 비례한다는 사실도 알아냈다. 이는 은하가 지구에서 멀리 떨어져 있을 수록 빠르게 멀어지고 있음을 의미한다.
조르주 르메트르는 우주의 기원에 대하여, 후에 빅뱅 이론이라 불리게 되는 추측을 하였는데, 그는 이것을 "원시원자에 대한 가설"이라 불렀다. 이 모형의 틀은 알베르트 아인슈타인의 일반상대성이론과 단순화 가정(공간의 균질성과 등방성과 같은)을 기반으로 한다. 이것의 지배방정식은 알렉산드르 프리드만에 의해 공식화되었다. 르메트르가 1927년에 제시한 대로, 에드윈 허블이 1929년 멀리 떨어진 은하들의 거리가 그것들의 적색 편이와 비례하다는 것을 발견했다. 1964년에는 우주의 극초단파를 연구하는 천문학자들이 우주에서 소음이 난다는 사실을 발견했다. 이 소음은 어떤 한 영역에서 나오는 것이 아니라, 우주의 곳곳에서 발생했다. 이 소음은 초기 빅뱅에서 남겨진 복사 소음으로 추정되고 있다. 만일 현재 은하 클러스터들 간의 거리가 점차 멀어지고 있다면, 과거에는 모두가 서로 가까이 모여 있었을 것이다. 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 나타냈다. 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 없다. 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 떨어졌다.
프레드 호일은 빅뱅 이라는 단어를 1949년 어느 라디오 방송에서 처음 언급했다. 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 일축했다. 호일은 나중에, 가벼운 원소로부터 무거운 원소가 형성되는 항성 핵합성 과정을 이해하기 위해 연구에 매진했다. 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 되었다.
[ 팽창의 증거 ]
분광법항성과 항성이 일정 주기로 겹쳤을때 내보내는 적외선의 스펙트럼으로 도플러 효과로 알아내는 방법이 있다.
역학적 계산만유인력과 구심력을 통해서 태양의 질량을 알 수가 있다. 즉, 지구의 공전속도와 태양에 잡혀 회전하는 구심력을 통해서 태양 질량을 알 수 있다.
만유인력 : F=GMm/r2
구심력 : F=mv2/r
M:태양질량, m:지구질량, G:만유인력상수,
v:공전속도, r:태양과 지구간의 거리
만유인력과 구심력이 같으므로, 태양 질량을 얻을 수 있다. 이런 원리로 태양계의 무게를 알면 은하의 무게를 알 수 있고, 우리 은하에 있지 않은 임의의 천체 하나의 위치를 우리 은하와의 거리를 관측한 후 멀어지는 속도를 측정하는 방법도 있다.
온도 : 측정임의의 어떤 우주공간 지점에 온도를 측정하는 방법이다. 최초 대폭발시 어떤 온도가 존재 한다면, 시간과 공간도 이때부터 생긴 것이다. 대폭발시 온도는 일정한데, 온도는 우주가 넓어질수록 떨어지고, 우주공간은 넓어지고 있기 때문에, 온도가 내려가는 것이다.
적색편이 : 현재 멀리 떨어진 은하에서 나오는 빛의 스펙트럼을 조사해보면 적색편이가 보이는데, 이는 우주가 팽창하고 있다는 이론을 뒷받침하는 증거다. 허블의 법칙은 이를 정량화한 것으로, 우주가 팽창하는 속도는 거리에 비례함을 수식을 통해 정리했다. 허블의 법칙을 통해서, 시간을 거슬러 올라가 보면 우주가 작은 크기였다는 것을 추론할 수 있다.
우주의 팽창속도는 대략 초속 50만 킬로미터이다. 우주가 검게 보이는 이유도, 빛의 속도로 돌아가 반사되어 돌아온 빛이 없기 때문이다.
[ 빅뱅이론의 문제점 ]
빅뱅 우주론에 따르면 우주의 역사 즉, 최초의 대폭발로부터 현재까지 경과한 시간은 약 백억 년 내지 백오십억 년이라고 한다. 은하가 1회 자전하는 데는 약 2억 년 걸리므로, 이 기간 동안 은하는 대략 50회 남짓 자전한 것으로 된다. 고속으로 회전하는 형상을 띠고 있는 은하의 모습치고는 그 수치가 매우 작다.
