수천 년 동안 인간은 별을보고 우주가 어떻게 생겼는지 궁금해했습니다. 그러나 제 1 차 세계 대전이 끝나기 전까지 연구원들은 최초의 관측 도구와 이론적 도구를 개발하여 이러한 큰 문제를 정확한 연구 분야 인 우주론으로 전환했습니다.
프린스턴 대학의 우주론자인 폴 스타 인 하르트 (Paul Steinhardt)는“우주론은 인류에게 가장 오래된 주제 중 하나이지만 가장 최신 과학의 하나로 생각한다”고 말했다.
우주론은 간단히 말해서 우주를 하나의 실체로 연구하는데, 우주를 채우는 별, 블랙홀, 은하를 따로 분석하는 것이 아닙니다. 이 분야는 큰 질문을합니다. 우주는 어디에서 왔습니까? 왜 별, 은하 및 은하단이 있습니까? 다음에 무슨 일이 일어날까요? 뉴욕 대학교의 입자 물리학 자 글레니 스 파라 (Glennys Farrar)는“우주론은 우주의 본질에 대해 매우 큰 그림을 만들기 위해 노력하고있다.
이 분야는 진공 상태의 입자부터 공간과 시간의 직물에 이르기까지 많은 현상으로 인해 어려움을 겪기 때문에 우주론은 천문학, 천체 물리학 및 점차적으로 입자 물리학을 포함한 많은 분야에서 크게 좌우됩니다.
스타 인 하르트는“우주론에는 물리학에 완전히 포함 된 부분, 천체 물리학에 완전히 포함 된 부분, 앞뒤로 이동하는 부분이있다”고 말했다. "그것은 흥분의 일부입니다."
우주 역사의 역사
학제 간 분야는 비교적 늦은 시작을 설명하는 데 도움이됩니다. 우리 우주의 현대 그림은 1920 년대에야 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)이 공간과 시간의 구부림의 결과로 중력을 묘사하는 수학적 틀인 일반 상대성 이론을 개발 한 직후에 시작되었습니다.
Steinhardt는“중력의 본질을 이해하기 전에는 왜 사물이 왜 그런지에 대한 이론을 만들 수 없다”고 말했다. 다른 힘은 입자에 더 큰 영향을 미치지 만 중력은 행성, 별 및 은하계의 주요 플레이어입니다. Isaac Newton의 중력에 대한 설명은 종종 그 영역에서도 작동하지만, 공간 (및 시간)을 사건을 측정하기위한 견고하고 변하지 않는 배경으로 취급합니다. 아인슈타인의 연구는 우주 자체가 팽창하고 수축하여 우주를 무대에서 배우로 옮기고 연구 할 역동적 인 대상으로 우주로 가져가는 것을 보여주었습니다.
1920 년대 중반 천문학 자 에드윈 허블 (Edwin Hubble)은 캘리포니아에있는 마운트 윌슨 천문대 (Mount Wilson Observatory)에서 최근에 건축 된 100 인치 (254 센티미터) 후커 망원경으로 관측했다. 그는 천문학 자들이 볼 수있는 우주에서 특정 구름의 위치에 대한 논쟁을 해결하려고했다. 허블은이 "성운"이 작고, 국소적인 구름이 아니라, 시간의 관점에서 우리 자신의 은하수와 비슷한 광대하고 먼 별 무리라는 것을 증명했다. 오늘날 우리는 그것들을 은하라고 부르며 1 조 개에 달한다는 것을 알고 있습니다.
우주적 관점에서 가장 큰 격변은 아직 오지 않았다. 1920 년대 후반에 허블의 연구는 모든 방향의 은하가 우리로부터 멀어지고 있으며, 수십 년 동안 더 많은 논쟁이 일어났다 고 제안했다. 우주 초창기에서 남은 빛과 전자 레인지로 뻗어 나간 이후의 우주 마이크로파 배경 (CMB)의 최종 측정은 1960 년대에 현실이 일반 상대성 이론에서 제안한 가능성 중 하나와 일치 함을 증명했습니다. 그 이후로 점점 더 커지고 있습니다. 이 개념은 빅뱅 이론으로 알려졌으며 우주조차도 시작과 끝을 가질 수 있음을 암시했기 때문에 우주 론자들을 괴롭 혔습니다.
그러나 적어도 천문학 자들은 망원경으로 은하의 움직임을 볼 수있었습니다. Farrar는 우주론의 가장 지진 적 변화 중 하나는 거기에있는 것들의 대부분이 완전히 보이지 않는 무언가로 만들어진다는 생각이라고 Farrar는 말했다. 우리가 볼 수있는 물질은 우주 반올림 오류에 지나지 않습니다. 우주에서 모든 것의 약 5 %에 불과합니다.
우주의 다른 95 % 중 첫 번째 이재민 인 "암흑 부문"은 1970 년대에 머리를 들었다. 당시 천문학 자 베라 루빈 (Vera Rubin)은 은하가 너무 빨리 돌고 있다는 것을 깨달아서 스스로 회전해야한다는 것을 깨달았습니다. Farrar 씨는보기 어려운 문제보다 은하계를 함께 유지하는 물질은 물리학 자에게 전혀 알려지지 않은 것이어야하며, 중력 풀을 제외하고는 보통의 물질과 빛을 완전히 무시한다고 말했다. 이후의 매핑은 우리가 보는 은하가 거대 "암흑 물질"구체의 중심에있는 단순한 핵임을 보여 주었다. 우주를 가로 질러 펼쳐지는 눈에 보이는 물질의 필라멘트는 눈에 보이는 입자를 5 대 1로 능가하는 어두운 프레임에 매달려 있습니다.
허블 우주 망원경은 우주 론자들이 1990 년대에 암흑 물질 (25 %)과 가시 물질 (5 %)을 고려한 후 우주의 나머지 70 %를 차지한다고 예상하는 다양한 에너지의 징후를 발견했다. 런 어웨이 열차처럼 속도가 빨라짐에 따라 우주의 확장을 기록했습니다. 우주 자체에 내재 된 에너지의 일종 인 "다크 에너지"는 우주를 함께 끌어 당길 수있는 것보다 우주를 더 빨리 밀어냅니다. 은하계에 남겨진 천문학 자들은 1 조 년 만에 어둠으로 둘러싸인 진정한 섬 우주에서 자신을 발견 할 것입니다.
Steinhardt는“우리는 우주 역사에서 물질이 지배하는 곳에서 새로운 형태의 에너지가 지배하는 곳으로의 전환점에있다”고 말했다. "암흑 물질은 우리의 과거를 결정했다. 암흑 에너지는 우리의 미래를 결정할 것이다."
현대와 미래의 우주론
현재의 우주론은 이러한 획기적인 발견을 Lambda-CDM 모델의 핵심 성과로 포장합니다. 때때로 우주론의 표준 모델이라고 불리는이 방정식 묶음은 우주가 첫 번째 초부터 우주를 묘사합니다. 이 모델은 일정량의 암흑 에너지 (일반 상대성도를 나타내는 람다)와 냉 암흑 물질 (CDM)을 가정하고 가시 물질의 양, 우주의 모양 및 기타 특성에 대해 비슷한 추측을합니다. 그리고 관찰.
아기-우주 영화를 138 억 년 앞당기면 우주 론자들은 "통계적으로 특정 지점까지 측정 할 수있는 모든 것을 가지고있다"고 Steinhardt는 말했다. 이 모델은 우주 론자들이 우주에 대한 설명을 과거와 미래에 더 깊이 밀어 넣을 때 이길 목표를 나타냅니다.
Lambda-CDM만큼이나 성공했지만 여전히 해결해야 할 많은 꼬임이 있습니다. 우주 론자들은 우주의 현재 팽창을 연구하려고 할 때 인근 은하에서 직접 측정하거나 CMB에서 추론하는지에 따라 충돌하는 결과를 얻습니다. 이 모델은 암흑 물질이나 에너지의 구성에 대해서도 말하지 않습니다.
우주가 아마도 무한한 얼룩에서 상대적으로 잘 행동하는 거품으로 갔을 때, 그 번거로운 첫 번째 순간이 있습니다. "인플레이션 (Inflation)"은이 시대를 다루는 인기있는 이론으로, 빠른 팽창의 짧은 순간이 오늘날의 은하의 대규모 불균일로 작은 원시적 변이를 일으킨 방법과 Lambda-CDM 입력의 가치를 얻는 방법을 설명합니다. .
그러나 인플레이션이 어떻게 세부적으로 작용했는지 또는 왜 그것이 어디에서 멈췄는지 그 이유를 아는 사람은 없습니다. 스타 인 하르트는 우주의 많은 지역에서 인플레이션이 지속되어야한다고 말하면서, 우리 우주는 가능한 모든 물리적 현실을 포함하는 "다중 우주"의 한 조각 일 뿐이라는 것을 암시한다.
우주 론자들은 이와 같은 질문을 진척시키기 위해 허블 우주 망원경과 다가오는 제임스 웹 우주 망원경과 같은 우주 망원경의 정밀 측정뿐만 아니라 국립 과학 재단과 같은 중력파 천문학의 새로운 분야에서의 실험을 찾습니다 레이저 간섭계 중력파 관측소. 우주 론자들은 또한 학제 간 경쟁에서 입자 물리학 자와 천체 물리학 자와 합류하여 암흑 물질의 입자를 탐지합니다.
다른 물리학이 성숙 할 때까지 우주론을 시작할 수 없었던 것처럼, 다른 영역이 더 완벽해질 때까지 우주의 역사를 밝힐 수는 없습니다. "이야기를 바로 잡기 위해서는 본질적으로 모든 것을 해결해야합니다. Steinhardt는 모든 에너지 규모와 모든 조건에서 물리 법칙을 적용 할 수 있다고 말했다. "그리고 그들 중 하나의 변화는 우주 론적 이야기를 근본적으로 바꿀 수있다."
Farrar는 그것이 일어날 지 모르지만 사람들이 우주의 복잡성을 파악한만큼 놀라워한다고 말했다. "인간 두뇌가 이러한 질문에 분명히 대답 할 수있을 정도로 진화 한 것은 놀라운 일이다"라고 그녀는 말했다. "적어도 그들 중 일부입니다."
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