우주의 나이로 보는 팽창

우주의 팽창으로 보는 우주의 나이

우주의팽창

우주의 나이가 138억 년이라고 추측하기 때문에, 광행 거리 기준으로 138억 광년보다 더 멀리 있던 건 광자의 경우 지구에 도달하려면 한참 남았기 때문에 사실상 우리가 지구에서 관측은 불가능합니다. 우주가 더욱 나이가 들어갈수록 더욱 먼 거리에서 출발한 광자들도 관측이 가능하게 되어 관측 가능한 넓이까지는 어느 정도 넓어질 수도 있습니다. 

우주의 팽창 속도 때문에 지구에서 일정 거리에 있는 우주의 지점부터는 빛의 속도보다 더 빠르게 팽창하는 경우도 있습니다. 이렇게 지구에서 빛의 속도로 관측 가능한 속도보다 빠르게 팽창하는 우주의 거리는 관측이 영원히 불가능하며 지구에서 출발한 광자 역시 해당 지점에 도달할 수 없기 때문에 관측이 불가능합니다. 이렇게 일정 거리의 먼 우주에서의 팽창 속도와 공간은 더욱 빠르고 방대해 지기 때문에 계속해서 우주의 관측 영역이 줄어들고 있습니다. 그만큼 우주의 크기는 어마어마한 속도로 팽창하고 있다는 이유입니다. 약 160억 광년에 달하는 이 거리는 먼 미래에 과학이 크게 발전하여 인간이 도달할 수 있는 최대 거리이기도 하며 이를 cosmic event horizon 즉 우주 사건의 지평선이라고 부르고 있습니다. 수치적으로 확인해 본다면 우리가 도달도 아닌 관측 가능한 우주의 부분은 우주 전체 중 단 6%에 불과하며, 나머지 94%는 우리에게 과거의 모습만 보여줄 뿐 영원히 도달 및 측정 불가능한 공간입니다.

 

그러나 과거 출발했던 빛까지 모두 포함하여 지구에 도달한 가능성이 있는 최대 동행 거리는 620억 광년인데 이 또한 아주 먼 미래에 시점 기준입니다. 즉, 먼 미래에 우주 크기의 약 1.3배까지 확장될 것인데 이것은 우리가 측정 가능한 영역이며 이를 future visibility limit라고 미래 가시성 한계를 나타냅니다. 이 너머에 있는 우주의 영역은 인류가 말도 안 되는 과학 기술을 개발하지 않는 이상 예상하기로 영원히 측정이 불가능한 영역이라고 생각됩니다. 뿐만 아니라 기존의 관측 가능했던 우주에서 다가오는 빛 또한 적색 편이 되어 심각하게 보이지 않을 것이며 미래에는 은하군 국부 바깥의 그 무엇 하나도 보일 수 없을 것입니다. 이렇게 될 경우 허블의 법칙을 알아낼 수 있는 방법이 없기 때문에 우주를 관측하는 어떠한 생명체라 할지라도 우주가 팽창하는 것이 아닌 정적으로 멈춰있지만 측정은 불가능한 존재라고 인식될 것입니다. 그러나 우주의 팽창으로 인하여 실제 관측 가능한 우주의 물리적 크기는 먼 미래에는 더욱 넓은 영역까지 가능할 것이라고 예상됩니다.

 

우주의 온도

우주의 현재 온도가 된 시점에 대해서 알아보겠습니다.

약 137억 년 전에 있었던 초고밀도 초고온의 우주 대폭발은 38만 년이 흘러 약 2727도까지 식어 원자를 형성하였습니다. 그 이후 136억 년 이상이 지난 지금 시점에는 우주 배경 복사인 흑체복사로까지 온도가 내려왔습니다. 여기서 흑체복사 온도라는 부분은 현재 우리가 알고 있는 우주 온도입니다.

이 온도는 공동의 온도 영역으로서 항성이나 성운의 영향이 없는 영역으로서 절대 영도인 -273.15도 보다 2.73도 높은 온도입니다.