광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고

AI넷

[우주의 종말에 관한 5가지 주요 시나리오가 과학계에서 논의되고 있다.] 열 죽음 시나리오, 빅 립 시나리오, 빅 크런치 시나리오, 진공 붕괴 시나리오, 바운스 시나리오

박영숙세계미래보고서저자 | 기사입력 2025/01/17 [01:37]

[우주의 종말에 관한 5가지 주요 시나리오가 과학계에서 논의되고 있다.] 열 죽음 시나리오, 빅 립 시나리오, 빅 크런치 시나리오, 진공 붕괴 시나리오, 바운스 시나리오

박영숙세계미래보고서저자 | 입력 : 2025/01/17 [01:37]

 

우주의 종말에 관한 5가지 주요 시나리오가 과학계에서 논의되고 있다.

열 죽음 시나리오

우주는 계속 팽창하며 에너지가 점차 흩어지고 있다. 이로 인해:
  • 모든 물질이 흩어지며 뭉치지 못하게 된다
  • 우주는 절대영도에 가까워지며 완전한 고요 상태로 진입한다

빅 립 시나리오

우주의 가속 팽창이 극단적으로 진행되면:
  • 은하와 행성이 찢어지고 모든 물질이 산산조각 난다
  • 공간 자체가 찢어져 물리법칙이 무의미해진다

빅 크런치 시나리오

우주 팽창이 멈추고 수축하게 되면:
  • 은하들이 서로 충돌하며 대혼돈이 발생한다
  • 모든 물질이 한 점으로 압축되어 붕괴한다

진공 붕괴 시나리오

양자 진공 상태가 붕괴하면:
  • 빛보다 빠른 속도로 진공이 붕괴된다
  • 우주의 기본 물리법칙이 완전히 바뀐다

바운스 시나리오

우주들이 서로 충돌하면:
  • 모든 것이 파괴되며 새로운 빅뱅이 시작된다
  • 우주의 순환적 재생이 이루어진다

현재 과학계는 이 중 어느 시나리오가 실제로 일어날지 확실히 알지 못하고 있다. 다만 우주의 95%를 차지하는 암흑물질과 암흑에너지가 우주의 운명을 결정할 핵심 요소이고 보고있다.

 

wonder60.com.

 

surpriser.tistory.com

 

 

post.naver.com

 

 

우주의 종말에 대한 흥미로운 탐구, 하지만...

 

제공해주신 텍스트는 우주의 종말에 대한 다양하고 흥미로운 가설들을 과학적인 관점에서 잘 설명하고 있습니다.

특히, 열사, 빅 립, 빅 크런치, 상전이, 순환 우주론 등 다양한 시나리오를 제시하며 각각의 가능성과 근거를 명확하게 설명하고 있습니다.

하지만 몇 가지 아쉬운 점도 있습니다.

  • 어려운 개념: 우주론은 전문적인 지식이 필요한 분야입니다. 암흑 에너지, 양자 중력, 상전이 등의 개념은 일반인에게 다소 어렵게 느껴질 수 있습니다.
  • 과도한 전문 용어: 텍스트에 등장하는 전문 용어들이 많아 일반 독자의 이해를 어렵게 만듭니다.
  • 주관적인 표현: "즐기다"와 같은 주관적인 표현은 과학적 텍스트에서는 다소 어색하게 느껴질 수 있습니다.

 

우주 소멸 5가지 시나리오

 

밤에 잠을 이루지 못한다면, 우주 전체의 종말을 생각함으로써 극심한 실존적 공포를 유발해 보려고 시도해 본 적이 있습니까?

그렇지 않다면, "모든 것"이 어떻게 "아무것도 없음"이 될 수 있는지 탐구하는 5가지 아이디어가 여기에 있습니다.

즐기다.

열사병

우리는 고전적인 시나리오, 즉 기본값이라고 부를 수 있는 것으로 조사를 시작할 것입니다. 그것은 우리가 우주에 대해 아는 모든 것이 대체로 정확하고 우주에 있는 모든 것들이 지난 수십억 년 동안 해왔던 대로 계속 행동한다면 올 것으로 예측되는 미래입니다. 물론 우리가 우주에 대해 아는 것은 틀릴 가능성이 높고, 우주의 내용은 시간이 지남에 따라 변하고 진화할 가능성이 있습니다. 따라서 이 시나리오가 기본값일 수 있지만, 중성자별만큼의 소금을 가지고 받아들여야 합니다. 하지만 TV 기상 캐스터가 방송 시간 5분 전에 주말 전망을 쓰려고 하는 것처럼, 이것은 우리가 사용할 수 있는 데이터에 주어진 최상의 것입니다.

우리는 확장하는 우주에 살고 있으며, 1990년대 후반에 두 개의 독립적인 천문학자 팀이 놀랍게도 확장이 가속화되고 있다는 사실을 발견했습니다. 그 확장을 주도하는 것이 무엇이든 "암흑 에너지"라고 불렸고, 25년 후에도 우리는 그것이 무엇인지 여전히 모릅니다. 하지만 우리는 그것이 무엇을 하는지 압니다. 우리는 우주의 확장이 왜 가속화되는지 모릅니다. 우리는 그것이 가속화되고 있다는 것을 압니다.

 

우리가 아는 한, 그 가속은 미래에도 영원히 멈추지 않고 계속될 것이며, 우주의 모든 물질은 점점 더 멀어질 것입니다. 지금 우리가 볼 수 있는 지평선은 약 450억 광년 떨어져 있습니다. 하지만 우리가 보는 은하계 중 약 130억 광년 이상 떨어진 은하는 이미 영원히 우리에게서 사라졌습니다. 그 은하는 빛보다 빨리 멀어지고 있으므로, 그 은하로 여행할 희망은 없습니다. 그 은하는 천천히 어두워지고 적색 편이가 일어나 결국 완전히 시야에서 사라질 것입니다.

암흑 에너지로 인해 우주의 크기가 커졌음에도 불구하고 우리의 관측 가능한 지평선은 시간이 지남에 따라 점점 더 작아집니다. 우리 은하에 이미 중력적으로 묶여 있지 않은 것은 결국 우리에게서 멀어질 것입니다. 우리에게 있어서 이는 국부 은하계 구성원만이 이 격동의 시대를 살아남을 수 있다는 것을 의미합니다. 하지만 한 변이 수십억 광년에 불과한 그 거품 밖에 있는 것은 영원히 사라질 것입니다. 따라서 안드로메다나 트라이앵글럼이라는 이름이 붙지 않은 은하계와 가깝고 친밀하다면 지금 작별 인사를 하는 게 좋습니다.

충분한 시간이 주어지면(그리고 우주는 충분히 많은 시간을 가지고 있다), 은하계는 별로 분해되고 행성은 서로 무수히 많은 상호 작용을 통해 엉뚱한 궤도로 던져진다. 시간이 더 지나면 모든 거시적 물체도 양자 터널링을 통해 증발하고 블랙홀은 호킹 복사 방출로 인해 줄어든다.

충분히 먼 미래, 예를 들어 10~ 100 년 후, 우리가 우주라고 부르는 것은 절대 영도에 도달하기 위해 천천히 식어가는 아원자 입자들의 팽창하는 욕조로 이루어졌을 것입니다.

이것을 우주의 "열사(heat death)"라고 부르지만, 대신 열의 죽음이라고 생각할 수 있습니다. 더 이상 어디에도 온도 차이가 없을 것이고, 이는 열역학이 중단된다는 것을 의미하며, 이는 더 이상 일을 할 수 없다는 것을 의미합니다. 그리고 이는 우리가 아는 생명체(정말 게으른 생명체조차도)의 잠재력이 없다는 것을 의미합니다.

 

빅립

우주의 열적 죽음은 다소 우울한 그림이지만, 암흑 에너지가 상수라는 사실에 근거하면 불가피한 듯합니다. 우주의 어디에 있든, 언제 있든 암흑 에너지는 항상 거기에 있으며, 결코 더 강해지거나 약해지지 않는 듯합니다.

하지만 지난 20년 동안 암흑 에너지의 강도를 측정한 결과, "겉보기에는" 그런 것에 대한 의문이 제기되었습니다. 대신, 그들은 위협적인 방향으로 기울어 암흑 에너지가 시간이 지남에 따라 더 강해질 수 있음을 나타냅니다. 하지만 이러한 측정만으로는 이를 관찰 사실로 선언하기에 충분하지 않습니다. 불확실성이 "여기서 볼 것이 없다"는 상수 값을 수용하기에 충분히 크기 때문입니다. 따라서 경고음은 없지만(아직은), 데이터가 이 시나리오를 선호하는 경향이 있다는 사실이 항상 흥미롭게 느껴졌습니다.

시간이 지남에 따라 암흑 에너지가 강해지면 우리는 그것에 새로운 이름을 붙입니다. 팬텀 암흑 에너지입니다. 왜냐하면 (a) 그 가능성이 우주의 에너지 본질에 대한 특정 가정을 위반하기 때문입니다. (b) 정말 멋진 이름이기 때문입니다. 팬텀 암흑 에너지가 있는 우주에서 가속된 확장은 오늘날 우리가 관찰하는 느리고 차분한 속도에서 문자 그대로 우주를 찢어놓는 통제 불능의 광란으로 전환됩니다.

적절하게도 빅 립 시나리오라고 불리는 이 사건의 타임라인은 암흑 에너지가 얼마나 강해질 수 있는지에 달려 있습니다. 최악의 경우, 재미는 불과 몇 십억 년 안에 시작될 수 있습니다(우주 자체가 불과 130억 년 이상이라는 점을 고려하면 무섭게도 곧 시작될 것입니다). 중력으로 묶인 구조조차도 그에 따른 유령의 종말을 견뎌내지 못할 것입니다. 국부군은 은하수와 함께 찢어지고, 그 다음에 태양계가, 그 다음에 행성이... 그리고 당신, 나, 우리의 세포, 우리의 분자, 우리의 원자, 우리의 모든 것이 찢어질 것입니다.

그리고 그것이 빅립이라고 불리는 이유는 물질이 찢어지기 때문만은 아닙니다. 공간은 스스로를 파괴합니다. 두 개의 무작위 지점을 선택한다면, 아무리 가까이 있더라도 충분히 짧은 순서로 선택한다면, 그들은 무한히 멀어질 것입니다. 그것은 우리가 시공간의 구조의 규칙성에 대해 알고 있는 모든 것을 무너뜨리므로, 빅립은 마치 안쪽에서 바깥쪽으로 뻗은 특이점과 같습니다. 전체 우주가 무의미해지고, 모든 거리 개념이 파괴됩니다.

빅 립을 둘러싼 몇 가지 열린 이론적 의문이 여전히 있습니다. 예를 들어, 쿼크라는 아원자 입자는 결합하는 데 정말 능숙합니다. 사실, 분리하려고 하면 너무 많은 에너지를 쏟아서 결국 더 많은 쿼크를 생성하게 되고, 그 쿼크는 분리한 쌍과 결합합니다. 빅 립이 이 과정과 어떻게 상호 작용하거나 간섭하는지 알 수 없지만, 솔직히 말해서 시나리오가 그렇게 매력적이지 않기 때문에 많은 사람이 이에 대해 연구하지 않았습니다.

우리가 결코 알아내지 않기를 바랍니다.

빅 크런치

우주는 확장되고 있습니다. 에드윈 허블은 1920년대에 이를 확립했습니다. 하지만 확장될 필요는 없었습니다. 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 처음 공식화하고 그 방정식을 우주의 진화에 적용했을 때(왜냐하면, 왜 안 되겠어요?), 그는 우주의 자연스러운 상태가 움직이는 것이라는 것을 발견했습니다. 그는 우주 상수를 추가하여 이를 수정하려고 했습니다. 당시 모든 사람이 우주가 정적이라고 생각했기 때문입니다. 하지만 그것은 또 다른 이야기입니다.

하지만 우주 자체는 팽창하든 수축하든 상관하지 않았습니다. 우주가 역동적인 한, 일반 상대성 이론은 그것이 괜찮다고 말했습니다. 러시아 물리학자 알렉산더 프리드만은 우주의 진화가 우주의 내용물에 달려 있다는 것을 발견했습니다. 초기 팽창으로 시작하면 우주 내의 모든 물질의 상호 중력이 그 물질의 구성과 양에 따라 그 팽창을 변경할 수 있습니다.

우주에 대한 현재 관찰 결과는 우주의 팽창을 늦추거나 역전시킬 만큼의 물질이 거의 없다는 것을 보여줍니다. 그리고 그것은 같은 팽창을 가속화하는 암흑 에너지는 고려하지 않은 것입니다.

 

하지만 우리는 암흑 에너지에 대해 모르는 것이 많습니다. 예를 들어, 그것이 무엇인지, 왜 그런 일을 하는지, 미래에 무슨 일을 할 것인지 말입니다. 암흑 에너지가 진화하는 것이 아니라 변화하여 다른 종류의 에너지로 붕괴되거나 심지어 입자로 붕괴되어 우리 우주의 물질을 증가시킬 가능성이 매우 높습니다(이런 종류의 일은 양자장론에서 항상 일어나므로 불가능한 것은 아닙니다).

암흑 에너지는 가속 팽창의 현재 단계가 일시적인 유행일 뿐인 방식으로 진화할 수 있으며, 미래의 어느 시점에서 우주의 팽창은 느려지고 멈추고 역전될 것입니다. 그 새로운 역전 궤적을 계속 유지한다고 가정하면, 우주는 빅 크런치라고 불리는 단계에 진입할 것입니다.

다소 설명적인 이름인 빅 크런치는 수십억 년에 걸친 우주 역사가 역전되는 것을 보게 될 것입니다. 우주의 망이 줄어들고, 은하계가 서로 충돌하고, 온도와 압력이 상승하여 물질이 플라스마로 바뀌고, 원자와 핵이 으깨지고, 아원자 입자 수프가 더 높은 에너지 상태로 바뀌고, 그런 다음...

글쎄요, 그때 무슨 일이 일어날지 우리는 확신할 수 없습니다. 우리가 빅뱅의 초기 순간을 이해하지 못하는 것처럼, 우리는 빅 크런치의 마지막 순간을 이해하지 못합니다. 답은 아마도 양자 중력의 세계에 있을 것입니다. 양자 중력은 물리학에서 풀리지 않은 문제로 남아 있습니다. 아마도 우주가 이룰 수 있는 가장 작은 양자 상태가 있을 것이고, 그것에서 다시 튀어나올 것입니다. 아마도 브레인(현의 고차원 버전)이 그 극단적인 상태에서 서로 튀어나와 새로운 빅뱅을 일으킬 것입니다.

아니면 그것이 끝일지도 모른다. 중력적 특이점, 무한한 밀도의 지점, 우리가 알고 사랑하는 우주의 유일한 묘비가 될지도 모른다.

상전이

만약 그것이 당신에게 충분히 불쾌하지 않다면, 이것을 생각해보세요: 아마도 우주는 이상한 물리학을 극단적으로 취하고 에너지의 섬광 속에서 붕괴될 것입니다. 가장 좋은 부분은? 우리는 그것이 다가오고 있다는 것을 알지 못할 것입니다.

초기 우주는 자연의 근본적인 힘이 서로 분리되면서 일련의 격동적인 상 전이를 겪었습니다. 마지막 사건은 약한 핵력을 전자기력에서 분리하여 오늘날 우리가 알고 사랑하는 입자와 복사로 가득 찬 우주를 남겼습니다.

하지만 그렇게 되지 않을 수도 있다.

분명히 마지막 전이는 다소 안정된 상태로 이어졌는데, 130억 년 이상 동안 (적어도 근본적인 양자 수준에서는) 사물이 변하지 않았기 때문입니다. 하지만 그것이 양자 진공의 현재 구성이 진정한 최저 에너지, 가장 안정된 상태라는 것을 보장하지는 않습니다. 우리는 단지 준안정 상태일 수 있는데, 즉 심각한 일이 일어나지 않는 한 진공이 안정적이라는 의미입니다.

 

불행히도, 우주에서는 항상 여러 가지 일이 일어나고, 무작위 양자 진동은 진공을 진정한 기본 상태로 돌진시킬 수 있으며, 이는 가능한 가장 낮은 에너지 구성인 힘, 입자 및 장의 집합과 함께 제공되며 현재 우주의 입자 및 힘과 관련이 없습니다. 이 위상 전이는 우주의 임의의 지점에서 시작하여 빛의 속도로 바깥쪽으로 달려가며, 그 안에 우리 우주가 만들어낸 종류의 생명, 화학, 심지어 원자 물리학과 거의 확실히 양립할 수 없는 완전히 새로운 종류의 우주를 포함합니다.

이 위상 전이 거품은 빛의 속도로 확장되기 때문에, 그것이 도착할 것이라는 경고가 없을 것입니다. 어느 날, 우리는 그저 우리의 일을 하다가 눈을 깜빡일 것입니다. 새로운 우주가 그 자리를 차지할 것입니다. 우리 몸을 구성했던 입자와 그들을 함께 붙잡았던 힘은 사라지고 새로운 양자 구성으로 대체될 것입니다.

푹 주무세요.

파티는 멈추지 않는다

아마도 우주의 종말에 대한 이 모든 압도적인 부정성은 노벨상 수상자 로저 펜로즈가 2010년에 우주의 장기적 운명에 대한 완전히 다른 메커니즘을 제안하게 된 계기가 되었을 것입니다. 이를 공형 순환 우주론, 즉 CCC라고 명명했습니다.

우주의 열적 죽음 뒤에 있는 사고의 흐름을 궁극적인 결론까지 따라가면, 우주는 너무 광대하고 너무 차가워서 각 개별 입자는 다른 모든 입자와 고립됩니다. 이러한 입자는 무엇이든 될 수 있지만 일반적으로 알려진 가장 가벼운 아원자 입자, 즉 전자, 중성미자, 아마도 암흑 물질, 그리고 0질량 광자입니다.

CCC가 작동하려면 이 모델은 모든 입자가 결국 광자로 붕괴된다고 가정합니다. 어떤 물리학자도 이것이 가능하다고 생각하지 않습니다(펜로즈도). 하지만 먼 미래의 우주가 무엇을 만들어낼지 누가 알겠습니까? 모든 입자가 광자로 변환되면 특징 없는 시공간이 남습니다. 참조점도 없고, 안내 표지판도 없고, "여기"와 "저기"를 구별할 수 있는 감각도 없습니다. 아니면 실제로 "어디에 있든" 구별할 수 없습니다.

펜로즈는 이 우주의 최종 상태가 새로운 우주의 시작 상태에 매핑될 수 있다는 것을 발견했습니다. 본질적으로 우주의 먼 미래는 새로운 우주의 빅뱅이 되고, 우리의 우주는 항상 서로 매끄럽게 나타나는 무한한 가닥 중 하나일 뿐입니다.

하지만 다음 우주를 시작하기 위해서는 여전히 각 우주의 열사멸을 헤쳐나가야 하는데, 이는 약간 실망스러운 일입니다. 그리고 알려진 물리학의 핵심 원리를 어기는 것 외에도 CCC 빅뱅의 속성이 우주 마이크로파 배경의 패턴, 우주가 38만 년 된 플라스마 상태에서 벗어나면서 남은 빛과 같은 초기 우주의 관찰된 특성과 일치하는지는 명확하지 않습니다.

CCC가 거의 확실히 틀렸지만, 우주의 종말에 관해서는 잘못된 아이디어가 여전히 유용하고 유익할 수 있습니다. 우리는 그 아이디어나 우주의 종말에 대한 다른 제안에서 무언가를 배울 수 있습니다. 불행히도(또는 다행히도, 여러분의 관점에 따라) 우리는 이러한 아이디어나 관련 개념 중 어느 것이 옳은지 직접 테스트할 수 없을 것입니다.

하지만 생각해보면 여전히 재밌습니다.

 
광고
광고
광고
광고
광고
광고
많이 본 기사