우주 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org)
- 우주란 무엇인가 - 헨 카이 판(pan) - 우주라는 말은 모래 한 알에서부터 모든 존재를 통괄하는 무한대다.dhleepaul
우주는 행성들, 별들, 은하들 및 기타 모든 형태의 물질과 에너지를 포함하여 모든 공간과 시간[노트 1] 및 그 내용물이다.[10] 대폭발(빅뱅) 이론은 우주의 발달에 대한 지배적인 우주론적 기술이다. 이 이론에 따르면, 공간과 시간은 137.87 ± 0.20억년 전에 함께 생겨났고,[11] 또한 우주는 대폭발(빅뱅) 이후 계속 팽창해 왔다. 전체 우주의 공간적 크기는 알 수 없지만,[3] 관측 가능한 우주의 크기를 측정하는 것은 가능하며, 그것은 오늘날에는 직경이 대략 930억 광년이다.
우주의 초기 우주론적 모형들은 중 일부는 고대 그리스인과 인도 철학자들에 의해 개발되었으며 또한 지구를 중심에 두는 지구중심적이었다.[12][13] 수세기들에 걸쳐, 보다 정확한 천문 관측들은 니콜라우스 코페르니쿠스가 태양이 태양계의 중심에 있는 태양중심적 모형을 개발하도록 이끌었다. 만유인력의 법칙을 개발하면서, 아이작 뉴턴은 코페르니쿠스의 연구뿐만 아니라 요하네스 케플러의 행성의 운동법칙과 티코 브라헤의 관측들을 기반으로 했다.
추가적인 관측적 개선들로 인해 태양은 우리은하에 있는 수천억 개의 별들 중 하나이며, 그것은 관측가능한 우주에서 수천억 개의 은하들 중 하나라는 사실이 밝혀졌다. 은하의 많은 별들은 행성들을 가지고 있다. 또한, 현재 관측된 바로는 관
측 가능한 우주의 대부분의 별들은 쌍성을 이루고 있으며, 이런 점에서 태양은 특별한 존재이다. 가장 큰 규모에서는, 은하들은 균일하게 분포되어 있으며 또한 모든 방향으로도 같으며, 이는 우주가 가장자리도 중심도 없다는 것을 의미한다. 더 작은 규모에서는, 은하단들과 공간에 거대한 필라멘트와 거시공동을 형성하는 초은하단들으로 분포되어, 한 거대한 거품 같은 구조를 형성한다.[14] 20세기 초의 발견들은 우주에 한 시작이 있었고 그 이후로 우주가 증가하는 속도로[15] 공간이 팽창해 왔음을 시사했다.[16]
대폭발 이론(빅뱅 이론)에 따르면, 처음에 존재하는 에너지와 물질은 우주가 팽창함에 따라 밀도가 낮아졌다. 약 10-32초에 급팽창 시대라고 불리는 초기 가속 팽창, 그리고 알려진 네 가지 기본 힘의 분리 이후, 우주는 점차 냉각되고 계속 팽창하여, 최초의 아원자 입자들과 단순한 원자들이 형성되었다. 암흑물질이 점차 모여서, 중력의 영향아래 필라멘트들과 거시공동들의 한 거품-같은 구조를 형성했다. 수소와 헬륨으로 이루어진 거대한 구름들은 점차 암흑 물질이 가장 고밀도인 장소들로 끌려가면서, 오늘날 볼 수 있는 최초의 은하들, 별들, 그리고 다른 모든 것들을 형성했다.
은하들의 운동을 연구한 결과, 우주는 보이는 물체가 설명하는 것보다 훨씬 더 많은 물질을 포함하어 있다는 것이 발견되었다; 별들, 은하들, 성운들 및 성간 가스. 이 보이지 않는 물질은 암흑 물질로서 알려져 있다.[17] (암흑은 그것이 존재한다는 강력한 정황증거가 광범위하게 있지만, 우리는 아직 그것을 직접적으로 발견하지 못했다는 것을 의미힌다.) ΛCDM 모형은 가장 널리 받아들여지는 우주의 모형이다. 그것은 우주의 질량과 에너지의 약 69.2% ± 1.2%는 우주 팽창의 가속을 담당하는 암흑 에너지이고, 또한 약 25.8% ± 1.1%는 암흑물질임을 시사한다.[18] 일반('중입자') 물질은 따라서 물리적 우주의 4.84% ± 0.1%에 불과하다. 별, 행성 및 가시적인 가스 구름은 일반 물질의 약 6%만을 형성한다.[19]
우주의 궁극적 운명과 또한 대폭발(빅뱅) 이전에는. 어떤 것이 있었다면, 무엇이 있었는지에 대한 많은 경쟁적인 가설들이 있는 반면, 다른 물리학자들과 철학자들은 이전 상태에 대한 정보에 언제 접근할 수 있을지 의심하며 추측하기를 거부한다. 일부 물리학자들은 다양한 다중 우주 가설들을 제안하는데, 거기서는 우리 우주가 비슷하게 존재하는 많은 우주들 중 하나일 수 있다.[3][20][21]
물리 우주론
정의[편집]Duration: 50초.0:50
허블 우주 망원경 – 허블 울트라 딥 필드 은하에서 허블 레거시 필드(Hubble Legacy Field)로 줌 아웃
(비디오 00:50; 2019년 5월 2일)
물리적 우주는 모든 공간과 시간[노트 1](총칭하여 시공간으로 지칭되는)과 그 내용으로 정의된다.[10] 이러한 내용물들은 다양한 형태들의 에너지로 구성되는데, 그것들은 전자기복사 및 물질, 따라서 행성들, 위성들, 별들, 은하들 및 은하간 공간(intergalactic space)의 내용물들을 포함한다.[22][23][24] 우주는 또한 보존 법칙, 고전역학, 상대성 이론과 같이 에너지와 물질에 영향을 미치는 물리 법칙들을 포함한다.[25]
우주는 종종 "존재의 총체" 또는 존재하는 전부, 존재한 모든 것, 그리고 존재할 모든 것으로 정의된다.[25] 사실, 일부 철학자들과 과학자들은 우주의 정의에 아이디어와 추상적인 개념들―수학과 논리와 같은―을 포함하는 것을 지지한다.[26][27][28][29] 우주라는 단어는 또한 코스모스, 세계 및 자연과 같은 개념들을 가리키도 한다.[30][31]
어원[편집]
우주(universe)라는 단어는 고대 프랑스어 univers에서 파생되었으며, 이는 차례로 라틴어 universum에서 파생되었다.[32] 라틴어 단어는 카케로와 이후의 라틴어 작가들이 현대 영어 단어와 동일한 의미로 사용했다.[33]
동의어들[편집]
피타고라스 이후로 고대 그리스 철학자들 사이에서 우주에 대한 용어는 모든 물질과 모든 공간으로 정의된 τὸ πᾶν(tò pân) '모든 것'과 τὸ ὅλον(tò hólon) '모든 것'으로, 반드시 빈 공간(void)을 포함하지는 않았다.[34][35] 또 다른 동의어는 '세계, 코스모스'를 의미하는 ὁ κόσμος(ho kósmos)였다.[36] 동의어는 라틴어 저자들(totum, mundus, natura)[37]에서도 발견되며 현대 언어(예: 독일어 단어 Das All, Weltall 및 우주에 대한 Natur)에도 존재한다. 전부(만물의 이론에서와 같이), 코스모스(우주론에서와 같이), 세계(다세계 해석에서와 같이) 및 자연(자연 법칙 또는 자연 철학에서와 같이)과 같은 동일한 동의어들이 영어에서 발견된다.[38]
연대기 및 대폭발(빅뱅)[편집]
(십억년 전)
우주의 진화에 대한 지배적인 모형은 대폭발(빅뱅) 이론이다.[39][40] 대폭발 모형은 우주의 초기 상태가 극도로 뜨겁고 고밀도인 상태였으며, 또한 우주는 이후 팽창했고 또한 냉각되었다고 진술한다. 이 모형은 일반 상대성이론과 공간의 균질성 및 등방성과 같은 단순화한 가정을 기반으로 한다. ΛCDM 모형으로 알려진, 우주상수(람다)와 차가운 암흑물질이 있는 모형 버전은 우주에 대한 다양한 관측들을 합리적으로 잘 설명하는 가장 단순한 모형이다. 대폭발 모형은 거리와 상관관계와 은하들의 적색편이, 헬륨에 대한 수소 원자들 수의 비율, 및 마이크로파 복사 배경과 같은 관측들을 설명한다.
이 도해의 다이어그램에서, 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르며, 우주는 주어진 시간에 원반 모양의 '슬라이스'로 표시된다. 시간과 크기는 축척되지 않는다. 초기 단계를 잘 보이게 하기 위해 잔광 단계(실제로는 처음 0.003%)까지의 시간이 늘려졌고 그 이후의 팽창(실제로는 현재까지의 1,100배)은 크게 억제되었다.
초기의 뜨겁고 고밀도인 상태를 플랑크 시대라고 불리는데, 이 시기는 0시부터 대략 10-43초의 플랑크 시간 단위로 이루어진 짧은 기간이다. 모든 유형들의 물질과 모든 유형들의 에너지가 한 고밀도인 상태로 집중되었으며, 또한 중력―현재 알려진 네 가지 힘들 중 가장 약한―은 다른 기본 힘만큼 강했으며, 또한 모든 힘은 통일되었던 것으로 믿어진다. 이 초기를 지배하는 물리학은 (플랑크 시대의 양자 중력을 포함하여) 이해되지 않았기 때문에, 우리는 영시 이전에 어떤 일이 일어났는지 말할 수 없다. 플랑크 시대 이후로, 우주는 현재의 규모로 팽창해 왔으며, 처음 10-32초 이내에 발생한 것으로 추정되는 매우 짧지만 강렬한 우주 급팽창 기간이 함께 한다.[41] 이것은 오늘날 우리 주변에서 볼 수 있는 것과는 다른 종류의 팽창이었다. 공간의 객체는 물리적으로 이동하지 않고 대신 공간을 정의하는 '거리 함수'가 변경되었다 시공간의 물체는 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 없지만, 이 제한은 시공간 자체를 지배하는 거리 함수에는 적용되지 않는다. 이 급팽창의 초기 기간은 왜 우주가 매우 평평하게 보이고, 또한 우주 시작 이후 빛이 여행할 수 있는 것보다 훨씬 더 커진 이유를 설명하려고 했다.
- 이상은 맛보기에 불과하다
우주 존재의 몇분의 1초 안에, 네 가지 기본 힘들은 분리되었다. 우주가 상상할 수 없을 정도로 뜨거운 상태로부터 계속 냉각함에 따라, 쿼크시대, 강입자시대(hadron epoch) 및 렙톤시대(lepton epoch)로 알려진 다양한 유형의 아원자 입자들은 짧은 시간 내에 형성될 수 있었다. 함께, 이 시대들은 대폭발 이후 10초 미만의 시간을 포함한다. 이러한 기본 입자들은 안정한 양성자들과 중성자들을 포함하여, 훨씬 더 큰 조합으로 안정적으로 결합되었고, 그것들은 핵융합을 통해 더 복잡한 원자핵을 형성했다. 이 과정은, 대폭발 핵합성으로 알려졌는데, 단지 약 17분 동안만 지속되었고 또한 대폭발 후 약 20분 동안 종료되었으므로, 가장 빠르고 간단한 반응들만 발생했다. 우주에 있는 양성자와 모든 중성자의 약 25%가, 질량 기준으로, 소량의 중수소(수소의 한 형태)와 미량의 리튬과 함께 헬륨으로 변환되었다. 어떤 다른 모든 원소는 매우 적은 양만 형성되었다. 다른 75%의 양성자는 영향을 받지 않고 수소 핵들로 남아 있다.[42][43]:27-42
핵합성이 끝난 후 우주는 광자시대(photon epoch)로 알려진 시기에 들어섰다. 이 기간 동안에는, 우주는 여전히 물질이 중성 원자들을 형성하기에는 너무 뜨거워서, 그것은 음전하를 띤 전자들, 중성의 중성미자들 및 양의 핵들로 구성된 한 뜨겁고, 고밀도인, 안개가 자욱한 플라즈마를 포함하고 있었다. 약 377,000년 후, 우주는 전자들과 핵들이 최초의 안정한 원자들을 형성할 수 있을 만큼 충분히 냉각되었다. 이것은 역사적 이유로 재결합으로 알려져 있다; 사실 전자들과 핵들은 처음으로 결합하고 있었다. 플라즈마와 달리, 중성 원자들은 많은 파장의 빛에 투명하므로, 처음으로 우주도 투명해졌다. 이러한 원자가 형성될 때 방출된("디커플링된") 그 광자들은 오늘날에도 여전히 볼 수 있다; 그들은 우주 마이크로파 배경(CMB)을 형성한다.[43]:15-27
우주가 팽창함에 따라, 광자의 에너지는 파장에 따라 감소하기 때문에 전자기 복사의 에너지 밀도는 물질의 에너지 밀도보다 더 빠르게 감소한다. 약 47,000년경에, 물질의 에너지 밀도는 광자들과 중성미자들의 에너지 밀도보다 커져서 우주의 대규모 거동을 지배하기 시작했다. 이것은 복사-지배 시대의 끝과 물질-지배 시대의 시작을 나타냈다.[44]
우주의 초기 단계들에서, 우주의 밀도 내의 작은 요동들은 암흑물질의 농축들을 점차 형성하기에 이르렀다. 중력에 의해 이것들에 끌어당겨지는, 일반 물질은 큰 가스 구름들을 형성하고 또한 결국에는, 암흑물질이 가장 밀도가 높은 곳에서, 별들과 은하들을 형성하고, 또한 가장 밀도가 낮은 곳에서 거시공동들을 형성했다. 약 1억 ~ 3억 년 후에, 종족 III 별들로 알려진 최초의 별들이 형성되었다.[44]:333 이것들은 아마도 매우 거대하고, 빛나고, 비금속성이며 또한 단명했을 것이다. 그들은 약 2억 ~ 5억 년에서 10억 년 사이에 우주의 점진적인 재이온화와 또한 항성 핵합성을 통해서 헬륨보다 무거운 원소들로 우주에 씨를 뿌리는 것을 담당했다.[45] 우주는 또한 암흑 에너지라고 하는 신비한 에너지―아마도 스칼라장일 수도 있음―가 포함하고 있는데, 그 밀도는 시간이 지나도 변하지 않는다. 약 98억 년 후, 우주는 물질의 밀도가 암흑 에너지의 밀도보다 낮을 정도로 충분히 팽창하여, 현재의 암흑 에너지-지배시대의 시작을 나타냈다.[46] 이 시대에는, 암흑 에너지로 인해 우주의 팽창은 가속화하고 있다.
물리적 특성들[편집]
이 부분의 본문은 관측 가능한 우주, 우주의 나이 및 우주팽창입니다.
네 가지 기본 상호작용들 중 중력은 천문학적 길이 규모에서 지배적이다. 중력의 효과는 누적된다; 대조적으로, 양과 음 의 전하들의 효과는 서로 상쇄되는 경향이 있어서, 전자기학을 천문학적 길이 척도들에서는 상대적으로 중요하지 않게 만든다. 나머지 두 상호작용들, 즉 약한 핵력과 강한 핵력은 거리에 따라 매우 빠르게 감소한다; 그들의 효과들은 주로 아원자 길이 축척에 국한된다.[47]:1470
우주에는 반물질보다 훨씬 더 많은 물질이 있는 것으로 보이며, 이는 아마도 CP 위반과 관련된 어떤 비대칭일 수 있다.[48] 물질과 반물질 사이의 불균형은 오늘날 존재하는 모든 물질의 존재에 부분적으로 책임이 있는데, 그것은 물질과 반물질이, 만일 대폭발(빅뱅)에서 동등하게 생성되었다면, 서로를 완전히 소멸시키고 그것들의 상호 작용의 결과로 광자들만을 남겼을 것이기 때문이다.[49] 우주는 또한 순 운동량이나 각운동량을 갖고 있지 않은 것으로 보이며, 그것은 만일 그 우주가 유한하다면 허용되는 물리 법칙들을 따른다. 이 법칙들은 가우스의 법칙과 응력-에너지-운동량 유사텐서(stress–energy–momentum pseudotensor)의 비발산이다.[50]
크기 및 영역들[편집]
en: Observational cosmology 문서를 참고하십시오.
지구에서 방송되는 텔레비전 신호는 이 이미지의 가장자리에 결코 도달하지 않을 것이다.
일반 상대성이론에 따르면, 공간의 먼 영역들은 유한한 빛의 속도와 지속적인 우주팽창으로 인해 우주의 일생 동안에도 우리와 결코 상호 작용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 지구에서 보낸 무선 메시지는 우주가 영원히 존재하더라도 우주의 일부 영역에 결코 도달하지 못할 수 있다: 공간은 빛이 횡단할 수 있는 것보다 더 빠르게 팽창할 수 있다.[51]
망원경으로 관측할 수 있는 공간적 영역은 관측 가능한 우주라고 불리며, 그것은 관측자의 위치에 의존한다. 지구와 관측 가능한 우주의 가장자리 사이의 고유거리―현재를 포함하여, 특정 시각에 측정할 수 있는 거리―는 460억 광년[52](140억 파섹)이며, 그것은 관측 가능한 우주의 지름을 약 930억 광년(280억 파섹)으로 만든다.[52] 관측 가능한 우주의 가장자리에서 빛이 이동한 거리는 우주의 나이 곱하기 빛의 속도인 138억 광년(4.2×109 파섹)에 매우 가깝지만, 그러나 관측 가능한 우주의 가장자리와 지구가 그 이후로 더 멀어졌기 때문에 이것이 주어진 시각에서의 거리를 나타내는 것은 아니다.[53] 비교를 위해서, 전형적인 은하의 지름은 30,000광년(9,198 파섹)이고. 또한 두 개의 인접한 은하들 사이의 전형적인 거리는 300만 광년(9,198 파섹)이다.[54] 예를 들어, 우리 은하의 지름은 대략 100,000-180,000 광년이고,[55][56] 또한 우리 은하에 가장 가까운 자매 은하인 안드로메다 은하는 대략 250만 광년 떨어져 위치한다.[57]
인간은 관측 가능한 우주의 가장자리 너머의 공간은 관찰할 수 없기 때문에, 전체 우주의 크기가 유한한지 무한한지는 알 수 없다.[3][58][59] 추정치에 따르면, 전체 우주는, 만일 유한하다면, 한 허블 구보다 250배 이상 커야 한다.[60] 우주의 전체 크기에 대한 일부 논쟁의 여지가 있는 추정치는, 만일 유한하다면, 101010122
메가파섹만큼 높게 도달하며,[61] 그것은 무경계 제안(No-Boundary Proposal)의 한 제시된 해상도에서 의해서 암시되어 있는 것과 같다.[62][노트 2]
나이 및 팽창[편집]
ΛCDM 모형이 옳다고 가정하면, 수많은 실험들에 의한 다양한 기법들을 사용하는매개변수들의 측정치들은, 2015년 기준, 우주의 나이의 한 최선의 값을 137.99 ± 0.21 억년으로 산출했다.[2]
천문학자들은 우리 은하에서 거의 136억 년 된 별들을 발견했다.
시간이 지남에 따라, 우주와 그 내용물은 진화했다; 예를 들어, 퀘이사들과 은하들의 상대적인 개체수가 바뀌었고,[63] 또한 공간 자체가 팽창했다. 이 팽창으로 인해서, 지구상의 과학자들은 300억 광년 떨어진 은하의 빛이 130억 년 동안만 이동했음에도 불구하고 그 빛을 관찰할 수 있다; 그들 사이의 바로 그 공간이 팽창했다. 이 팽창은 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛이 적색편이되었다는 관찰과 일치한다; 방출된 광자는 이동하는 동안 더 긴 파장과 더 낮은 주파수로 늘어난다. Ia형 초신성에 대한 분석들은 공간적 팽창이 가속화되고 있음을 나타낸다.[64][65]
우주에 물질이 많을수록, 물질의 상호 중력적 당김은 더 강해진다. 만일 우주가 너무 고밀하다면 그것은 중력 특이점으로 재붕괴할 것이다. 그렇지만, 만일 우주에 물질이 너무 적으면 자체-중력이 너무 약해서, 은하들이나 행성들과 같은 천문학적 구조들을 형성할 수 없다. 대폭발(빅뱅) 이후 우주는 단조함수적으로 팽창했다. 아마도 놀랍지 않게, 우리 우주는 단지 입방 미터당 약 5개의 양성자들에 해당하는 적절한 질량-에너지 밀도를 가지고 있으며, 이것은 우주가 지난 138억 년 동안 팽창할 수 있게 허용했고, 오늘날 관측되는 것 같은 우주를 형성할 시간을 주었다.[66][67]
팽창 속도에 영향을 미치는 우주의 입자에 작용하는 역학적인 힘들이 있다. 1998년 이전에는, 우주 안의 중력 상호작용의 영향으로 시간이 지남에 따라 팽창률이 감소할 것으로 예상했다; 그리고 따라서 우주에는 감속 매개변수라고 불리는 추가적 관측 가능한 양이 있는데, 대부분의 우주론자들은 이 매개변수가 양수이고 또한 우주의 물질 밀도와 관련이 있을 것으로 예상했다. 1998년에, 감속 매개변수(deceleration parameter)는 두 개의 다른 그룹들에 의해 음의 값인 약 -0.55로 측정되었는데, 이것은 기술적으로 우주 척도인자의 2차 도함수 ä는 지난 50-60억 년 동안 양수였음을 시사한다.[15][68]
시공간[편집]
로런츠 변환 문서를 참고하십시오.
현대 물리학은 사건들을 시공간으로 조직되는 것으로 간주한다.[69] 이 아이디어는 특수 상대성이론에서 비롯되었는데, 이것은 만일 한 관측자가 동시에 다른 장소에서 일어나는 두 가지 사건을 본다면, 첫 번째 관측자에 상대적으로 움직이는 두 번째 관측자는 다른 시간에 일어나는 사건을 보게 될 것이라고 예측한다.[70]:45–52 두 관측자들은 사건들 사이의 시간 �
에 대해 동의하지 않을 것이며, 또한 사건들을 구분하는 거리 �
에 대해 동의하지 않을 것이나, 빛의 속도 �
에 대하여 동의하고, 또한 그들은 �2�2−�2
조합에 대해 동일한 값을 측정할 것이다.[70]:80 이 수량의 절대값의 제곱근을 두 사건들 사이의 간격이라고 불린다. 그 간격은 사건들이, 단지 공간이나 시간뿐만 아니라, 결합된 시공간 설정에서 얼마나 넓게 분리되어 있는지를 표현한다.[70]:84,136[71]}
특수 상대성이론은 중력을 설명할 수 없다. 그 후속인 일반 상대성이론은 시공간이 고정된 것이 아니라 동적인 것임을 인식함으로써 중력을 설명한다. 일반 상대성이론에서, 중력은 시공간의 곡률로 재해석된다. 궤도와 같은 한 곡선의 경로는 신체를 이상적인 직선 경로에서 벗어나게 하는 힘의 결과가 아니라, 오히려 다른 질량의 존재에 의해 그 자체가 휘어진 한 배경을 통해서 그 몸체가 자유롭게 낙하하려는 시도의 결과이다. 물리학자들 사이에서 속담이 된 존 아치볼드 휠러의 언급은 그 이론을 요약한다: "시공간은 물질이 어떻게 움직이는지 알려주고, 물질은 시공간이 어떻게 휘어지는지 알려주며."[72][73] 또한 따라서 다른 것 없이 하나만을 고려하는 것은 의미가 없다.[16] (뉴턴의 중력 이론은 중력 효과가 약하고 물체가 빛의 속도에 비해 느리게 움직이고 있을 때 일반 상대성이론의 예측들에의 한 좋은 근사치이다.[74]:327[75]) 물질 분포와 시공간 곡률 사이의 관계는 아인슈타인 방정식에 의해 제공되는데. 이것은 표현하기 위해 텐서 미적분학(tensor calculus)를 필요로 한다.[76]:43[77] 이러한 방정식들에 대한 해는 특수 상대성이론의 시공간인 민코프스키 시공간뿐만 아니라, 또한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 시공간; 팽창하는 우주를 설명하는 FLRW 시공간; 또한 그 이상도 포함한다.
우주는 3개의 공간 차원과 1개의 시간적(시간) 차원으로 구성된 매끄러운 시공간 연속체로 나타난다. 따라서, 물리적 우주의 시공간에서 한 사건은 4개의 좌표 집합으로 식별될 수 있다: (x, y, z, t). 평균적으로, 공간은 거의 평평한(곡률이 0에 가까운) 것으로 관찰되며, 이는 경험적으로 대부분의 우주는 유클리드 기하학을 통해 높은 정확도로 묘사될 수 있음을 의미한다.[78] 시공간은 또한 한 단일 연결된 [[위상수학]을 것으로 보이는데. 적어도 관측 가능한 우주의 길이 척도에서 구체와 유사하지하다. 그렇지만, 현재의 관측들은 우주가 더 많은 차원을 갖고 있고(이는 끈 이론과 같은 이론에 의해 가정됨) 또한 그것의 시공간이, 2차원 공간의 원통형 또는 원환체 위상수학들 유사하게, 한 다중 연결된 대역적 위상수학를 가질 수 있다는 가능성들을 배제할 수 없다.[79][80]
모양[편집]
이 부분의 본문은 우주의 모양입니다.
우주의 모양에 대한 세 가지 가능한 옵션
일반 상대성이론은 시공간이 질량과 에너지(중력)에 의해 어떻게 휘어지고 구부러지는지를 설명한다. 우주의 위상수학 또는 기하학에는 관측 가능한 우주의 국소적 기하학과 대역적 기하학이 모두 포함된다. 우주론자들은 종종 공변 좌표들이라고 불리는 시공간의 한 주어진 공간꼴space-like 조각을 가지고 작업한다. 관측될 수 있는 시공간의 단면은 후방 광추이며, 그것은 우주론적 지평선(cosmological horizon)의 범위를 정한다. 그 우주론적 지평선(입자 지평선 또는 빛의 지평선이라고도 불림)은 우주 시대에 입자들이 관측자에게 도달할 수 있는 최대 거리이다. 이 지평선은 우주의 관측 가능한 영역과 관측할 수 없는 영역 사이의 경계를 나타낸다.[81][82] 우주론적 지평선의 존재, 속성, 중요성은 특정한 우주론적 모형에 의존한다.
우주 이론의 미래 진화를 결정하는 중요한 매개변수는 밀도 매개변수인 오메가(Ω)이며, 이것은 우주의 평균 물질 밀도를 해당 밀도의 임계값으로 나눈 값으로 정의된다. 이것은 Ω이 1과 같은지, 적은지, 큰지 여부에 따라 세 가지 가능한 기하학들 중 하나를 선택한다. 이것들은, 각각, 평평한, 열린 우주 및 닫힌 우주라고 불린다.[83]
우주배경 탐사선(COBE), 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐색기(WMAP)외 플랑크 위성의 CMB 지도를 포함한 관측들은, 프리드만-르메트르-로버트슨-워커(FLRW) 모형들에 의하여 기술된 것처럼, 우주는 유한한 나이를 가지며 범위에서는 무한함을 시사한다.[84][79][85][86] 따라서 이러한 FLRW 모형들은 암흑 물질과 암흑 에너지에 의하여 현재에 지배되는 평평하고, 균질한 우주를 기술하는 급팽창 모형들과 우주론의 표준 모형을 지지한다.[87][88]
생명 유지[편집]
이 부분의 본문은 미세조정 우주입니다.
미세 조정 우주 가설은 우주에서 관측 가능한 생명의 존재를 허용하는 조건은 특정 보편적 기본 물리 상수들이 한 매우 좁은 범위의 값들에 속할 때만 발생할 수 있다는 명제이다. 이 가설에 따르면, 만일 몇 가지 기본 상수 중 어떤 것이라도 조금만 다르면, 그 우주는 물질, 천체 구조들, 원소 다양성, 또는 그것이 이해되는대로의 생명의 성립과 발달을 촉진하지 않았을 것이다. 이것이 사실인지, 그리고 논리적으로 질문할 의미가 있는지 여부는 많은 논쟁의 주제들이다.[89] 이 명제는 철학자들, 과학자들, 신학자들 및 창조론 지지자들 사이에서 논의된다.[90]
구성