우주 론자들은 지적 시간 여행자입니다. 수십억 년이 지난이 과학자들은 우주의 진화를 놀라 울 정도로 상세하게 추적 할 수 있습니다. 그 후로 계속되는 우리의 우주는 우리가 더 이상 반대편을 볼 수없는 거대한 크기로 성장했습니다.
그러나 이것이 어떻게 될 수 있습니까? 빛의 속도가 우주의 속도 제한을 나타내는 경우, 광자가 도달 할 수없는 시공간 영역은 어떻게 존재할 수 있습니까? 그리고 존재하더라도 그것들이 전혀 존재한다는 것을 어떻게 알 수 있습니까?
확장 우주
물리학의 다른 모든 것들과 마찬가지로, 우리의 우주는 가능한 가장 낮은 에너지 상태로 존재하려고 노력합니다. 하지만 약 10-36 빅뱅 이후 몇 초 만에, 인플레이션 우주 론자들은 우주가 스스로“거짓 진공 에너지”(실제로는 저점이 아닌 저점)에서 휴식을 취하는 것을 발견했습니다. 순식간에 1 분의 1 분의 1 분의 1 분의 1 분의 1 분량의 진공 에너지를 찾아서 우주는 10의 계수만큼 팽창 한 것으로 생각됩니다50.
그 이후로 우리 우주는 계속 확장되었지만 훨씬 느리게 진행되었습니다. 우리는이 물체가 멀리있는 물체에서 비롯된 이러한 팽창의 증거를 봅니다. 별이나 은하에서 방출 된 광자가 우주를 가로 질러 전파 될 때, 공간이 늘어 나면 에너지가 손실됩니다. 광자가 우리에게 도달하면, 그들의 거리는 그들이 이동 한 거리에 따라 적색 편이되었다.
이것이 우주 론자들이 시공간의 거리의 함수로서 적색 편이를 말하는 이유이다. 이 먼 물체의 빛은 오랫동안 여행 해 왔으며, 마침내 그것을 볼 때 수십억 년 전의 물체를보고 있습니다.
허블 볼륨
적색 편이 된 빛은 우리가 먼 과거에 존재했던 은하와 같은 물체를 볼 수있게한다. 그러나 우리는 볼 수 없다 모두 우리의 우주에서 일어난 사건. 우리의 우주가 확대되고 있기 때문에, 어떤 물체의 빛은 우리가보기에는 너무 멀다.
그 경계의 물리학은 부분적으로 허블 볼륨 (Hubble volume)이라고 불리는 주변 시공간 덩어리에 의존합니다. 여기 지구에서는 허블 매개 변수 (H)를 측정하여 허블 볼륨을 정의합니다 (H0), 먼 물체의 겉보기 불황 속도를 적색 편이와 관련시키는 값. 에드윈 허블 (Edwin Hubble)이 원거리 은하가 빛의 적색 편이에 비례하는 속도로 우리에게서 멀어지고 있음을 발견 한 것은 1929 년에 처음 계산되었다.
빛의 속도를 H로 나누기0허블 볼륨을 얻습니다. 이 구형 버블은 모든 물체가 빛의 속도보다 낮은 속도로 중앙 관찰자로부터 멀어지는 영역을 둘러 쌉니다. 이에 따라 허블 볼륨 외부의 모든 물체가 중앙에서 멀어집니다.더 빠른 빛의 속도보다.
예,“빛의 속도보다 빠릅니다.” 이것이 어떻게 가능한지?
상대성 마법
답은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론의 차이와 관련이 있습니다. 특수 상대성 이론에는 소위 "관성 기준 프레임"(더 간단히는 배경)이 필요합니다. 이 이론에 따르면, 모든 관성 기준 프레임에서 비교할 때 빛의 속도는 동일합니다. 관측자가 행성 지구의 공원 벤치에 앉아 있거나 미래의 고속 로켓에서 해왕성을지나 확대하든 빛의 속도는 항상 같습니다. 광자는 항상 초당 300,000,000 미터로 관찰자로부터 멀어 지므로 결코 따라 잡을 수 없습니다.
그러나 일반 상대성 이론은 시공간 자체의 구조를 설명합니다. 이 이론에서는 관성 기준 프레임이 없습니다. 시공간은 그 밖의 어떤 것에 대해서도 확장되지 않기 때문에, 속도의 제한으로서 빛의 속도는 적용되지 않습니다. 그렇습니다. 허블 구체 밖의 은하들은 빛의 속도보다 빠르게 우리로부터 멀어지고 있습니다. 그러나 은하계 자체는 우주 속도 제한을 위반하지 않습니다. 이 은하들 중 하나의 관측자에게는 특별한 상대성 이론을 전혀 위반하지 않습니다. 우리와 은하 사이의 공간은 급격히 확산되고 기하 급수적으로 늘어납니다.
관측 가능한 우주
이제 다음 폭탄 : 허블 볼륨은 관측 가능한 우주와 같지 않습니다.
이것을 이해하기 위해 우주가 나이가 들수록 먼 빛이 지구의 탐지기에 도달하는 데 더 많은 시간이 걸린다는 점을 고려하십시오. 오늘날 우리가 보는 빛이 그 안에있을 때 방출 되었기 때문에 현재의 허블 볼륨을 넘어 가속 된 물체를 볼 수 있습니다.
엄밀히 말하면, 우리의 관측 가능한 우주는 입자 지평. 입자 지평은이 순간에 볼 수있는 가장 먼 빛까지의 거리를 나타냅니다. 즉, 넓게 확장되는 허블 구체 안에 머 무르거나이를 따라 잡을 수있는 충분한 시간을 가진 광자입니다.
그리고이 거리는 얼마입니까? 모든 방향에서 460 억 광년 – 관측 가능한 우주의 지름은 약 940 억 광년, 즉 5 천억 마일 이상입니다.
(빠른 참고 : 입자 지평은 우주 사건의 지평선. 입자 지평은 우리가 현재 볼 수있는 과거의 모든 사건을 포함합니다. 다른 한편으로는 우주 론적 사건의 지평선은 미래의 관측자가 오늘날 시공간의 작은 구석에서 방출되는 당시의 고대 빛을 볼 수있는 거리를 정의합니다.
다시 말해, 입자 지평은 오늘날 우리가 볼 수있는 고대의 빛을 가진 과거 물체까지의 거리를 처리합니다. 우주 사건의 지평선은 우주의 먼 지역을 여행 할 수있는 현재의 빛이 우리로부터 멀어 질 거리를 다루고 있습니다.)
암흑 에너지
우주의 확장 덕분에 우리가 볼 수없는 우주의 영역이 있습니다. 그러나 오늘날 허블 볼륨의 범위를 넘어서는 영역은 어떻습니까? 그 구체도 확장된다면, 우리는 그 경계 물체를 볼 수 있습니까?
이것은 어느 지역이 더 빨리 확장되고 있는가에 달려 있습니다. 허블 볼륨 또는 우주 바깥 부분. 그리고 그 질문에 대한 답은 다음 두 가지에 달려 있습니다. 1) H0 2) 우주의 가속 또는 감속 여부. 이 두 요율은 밀접한 관련이 있지만 동일하지는 않습니다.
사실 우주 론자들은 우리가 실제로0 감소하고있다. 그러나 암흑 에너지로 인해 우주의 팽창 속도가 증가하고 있습니다.
반 직관적 인 것처럼 들릴 수 있지만 H만큼 길면0 느리게 감소 율 우주의 팽창 속도가 증가하고있는 것보다 우리로부터 은하의 전체적인 움직임은 여전히 가속화 된 속도로 발생합니다. 이 시점에서 우주 론자들은 우주의 확장이 허블 볼륨의보다 완만 한 성장을 능가 할 것이라고 믿는다.
따라서 우리의 허블 양이 확대되고 있지만 암흑 에너지의 영향은 점점 증가하는 관측 가능한 우주에 어려운 한계를 제공하는 것으로 보입니다.
세상의 한계
우주 론자들은 우리의 관측 가능한 우주가 언젠가 어떻게 보일지, 우주의 확장이 어떻게 변할 것인지와 같은 심오한 질문들을 잘 다루는 것 같습니다. 그러나 궁극적으로 과학자들은 현재 우주에 대한 이해를 바탕으로 미래에 대한 질문에 대한 답만 이론화 할 수 있습니다. 우주 론적 시간 척도는 상상할 수 없을 정도로 길기 때문에 미래에 우주가 어떻게 행동 할 것인지에 대해 구체적으로 말할 수는 없습니다. 오늘날의 모델은 현재 데이터에 매우 적합하지만 실제로는 예측 결과가 모든 결과와 실제로 일치하는지 확인할만큼 오래 살지 못할 것이라는 것이 진실입니다.
실망? 확실한. 그러나 우리의 겁 많은 뇌가 그런 정신 블로깅 과학을 고려하도록 돕기위한 노력의 가치가 있습니다. 평상시와 마찬가지로 허구와는 전혀 다른 현실입니다.
