도리얌 님의 블로그

천문학

우리가 사는 이 우주, 유일한 것일까?우주는 단 하나뿐일까?아니면, 우리 우주 외에도 수많은 우주가 존재할까?이 놀라운 질문은 더 이상 철학의 영역이 아니다.양자역학, 인플레이션 이론, 끈이론 등현대 물리학의 최전선에서는**다중우주(Multiverse)**라는 개념이과학적으로 제안되고 있다.다중우주 이론은‘우주’라는 말의 의미를 확장시키고,우리가 존재하게 된 우연과 필연의 문제를 다시 묻는다. 1. 다중우주의 개념1.1 다중우주는 무엇인가?**다중우주(Multiverse)**는지금 우리가 살고 있는 이 우주 외에도다른 우주가 존재하며,각기 다른 물리 법칙, 입자 조성, 구조를 가질 수 있다는 가설이다.이들 우주는우리 우주와 연결되지 않았거나,극도로 멀리 떨어져 있거나,전혀 다른 차원에 존재할 수 있다.2..

천문학

은하는 어떻게 만들어졌을까?우주에는 수천억 개의 은하가 있다.나선형, 타원형, 불규칙형…크기와 형태도 다양하고별, 가스, 암흑물질로 구성된 복잡한 구조를 가진다.그렇다면 이 거대한 은하들은언제, 어떻게 생겨났을까?그 과정을 설명하는 것이 바로 **은하 형성 이론(Galaxy Formation Theory)**이다. 1. 은하 형성의 기본 개념1.1 우주의 밀도 요동에서 시작빅뱅 이후 우주는매우 균일했지만,**아주 미세한 밀도 차이(요동)**가 존재했다.이 차이가 시간이 지나며 중력에 의해 증폭되어가스 구름이 모이고, 구조가 형성되기 시작했다.이러한 밀도 요동의 씨앗은우주배경복사(CMB)의 미세한 온도 요동으로 관측된다.1.2 중력 붕괴와 별의 탄생밀도가 높은 영역은주변 물질을 끌어당기며더 밀도가 높아지고..

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우주 최초의 ‘어두운 시대’를 보는 열쇠우주가 탄생한 후 약 38만 년 뒤,우주배경복사(CMB)가 발생하고빛은 자유롭게 퍼질 수 있게 되었다.하지만 그 이후 수억 년 동안별도, 은하도, 광원도 없는**암흑시대(Dark Ages)**가 지속된다.이 암흑을 가른 첫 번째 물질,즉 가시광 이전에 우주를 채운 원소,그것이 바로 **중성 수소(Hydrogen)**다.오늘날, 이 중성수소가 방출한**21cm 파장선(21cm line)**을 포착해우주의 초기 구조와 별의 탄생 시기를 탐사하려는 연구가**우주배경 중성수소 관측 이론(21cm Cosmology)**이다. 1. 21cm 중성수소선이란?1.1 원자 구조에서 비롯된 신호수소 원자의 전자는스핀 상태가 양자적으로 바뀌면서약 **1.42GHz (21cm 파장)**..

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우주는 정지한 공간이 아니라, 팽창하는 공간이다20세기 초까지만 해도,대부분의 과학자들은 우주는 정적인 상태라고 믿었다.은하는 고정된 위치에 있고,시간의 흐름에도 우주는 변하지 않는다는 것이 일반적인 인식이었다.그러나 1929년, 한 천문학자의 관측이우주에 대한 우리의 개념을 송두리째 바꾸었다.그는 우주가 팽창하고 있다는 증거를 수학적으로 제시했고,이는 오늘날 우주론의 출발점이 되었다.그 주인공은 에드윈 허블(Edwin Hubble),그의 발견은 **허블의 법칙(Hubble's Law)**이다. 1. 허블의 관측 배경1.1 은하가 우주에 수백만 개?1920년대 초반까지만 해도,과학자들은 은하라는 개념조차 정립하지 못했다.‘성운(nebula)’이라 불리는 희미한 천체들이우리 은하 안에 존재한다고 생각한 것..

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우주는 무슨 색으로 움직이는가?밤하늘의 별빛은 고요하게 보이지만,사실 대부분의 별들과 은하는 움직이고 있다.이 움직임은 우리가 눈으로 볼 수 없지만,빛의 스펙트럼을 통해 속도와 방향을 파악할 수 있다.이 변화는 마치 기차가 가까이 올 때 소리가 높아지고멀어질 때 낮아지는 것처럼,**빛도 파장이 바뀌는 도플러 효과(Doppler Effect)**를 겪는다.우주에서 이 현상을 우리는 **적색편이(Redshift)**라고 부른다. 1. 적색편이란 무엇인가?1.1 스펙트럼의 이동별이나 은하의 빛은 프리즘을 통해 스펙트럼으로 나뉘며특정 원소는 **고유한 파장에 흡수선(또는 방출선)**을 가진다.이 스펙트럼 선이 **원래보다 붉은 쪽(긴 파장)**으로 이동하면그 천체는 관측자에서 멀어지고 있는 것을 의미한다.반대로..

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현대 우주를 설명하는 가장 강력한 모델우주는 어떻게 진화해왔는가?무엇으로 구성되어 있는가?그 미래는 어떻게 될 것인가?이 질문에 대한 과학계의 가장 보편적인 답은바로 ΛCDM(Standard Model of Cosmology),즉 람다-CDM 우주론 모델이다.이 이론은빅뱅 이론우주 팽창암흑물질과 암흑에너지우주배경복사은하 형성 이론등을 하나의 틀 안에서 통합하며,현재까지의 관측 데이터를 가장 정확하게 설명하는 이론적 모델로 인정받고 있다.1. ΛCDM 모델이란?1.1 이름의 의미Λ (람다): 아인슈타인의 우주상수 → 암흑에너지CDM (Cold Dark Matter): 차가운 암흑물질즉, 이 모델은**우주의 팽창을 가속시키는 암흑에너지(Λ)**와**우주 구조 형성의 씨앗이 되는 냉온 암흑물질(CDM)**을 ..

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시공간의 가장 작은 구조는 무엇인가?고전 물리학은 뉴턴으로부터 시작해 아인슈타인에 이르며우주의 ‘크고 무거운 것들’을 설명해왔다.반면, 양자역학은 원자, 전자, 광자처럼‘작고 가벼운 세계’를 지배해왔다.하지만 우주의 시작점인 빅뱅이나블랙홀 중심에서는이 두 이론이 동시에 작동해야 한다.문제는, 이 둘이 같이 쓸 수 없다는 것이다.이 충돌을 극복하고,중력을 양자역학적으로 설명하려는 시도,그것이 바로 **양자 중력 이론(Quantum Gravity)**이다. 1. 왜 양자 중력이 필요한가?1.1 일반 상대성과 양자역학의 충돌일반 상대성이론: 중력을 시공간의 곡률로 설명 (연속적 공간)양자역학: 불연속적인 입자와 확률로 설명 (이산적 에너지)이 두 이론은서로 다른 수학 구조를 가지며블랙홀, 특이점 등 극단적인 ..

천문학

시간이 느려지고, 공간이 줄어들며, 질량이 에너지로 변한다?1905년, 한 무명의 특허청 직원이과학사를 뒤흔드는 논문을 발표한다.그는 빛의 속도와 물체의 운동을 근본적으로 다시 해석했고,그 결과 우리는 시간과 공간이 절대적인 것이 아니라 상대적임을 알게 되었다.그 사람이 바로 알베르트 아인슈타인,그 이론이 바로 **특수 상대성이론(Special Relativity)**이다.1. 특수 상대성이론의 배경1.1 뉴턴 역학의 한계19세기까지 과학은 뉴턴의 고전역학에 의해 설명되었다.모든 물체의 운동은 절대적인 시간과 공간 위에서 예측 가능했고,빛 역시 **이더(ether)**라는 매질을 통해 퍼진다고 여겨졌다.하지만 1887년, 마이컬슨-몰리 실험은이더가 존재하지 않음을 보여주며빛은 어떠한 매질 없이도 항상 일..

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우주를 이해하는 핵심 이론들: 일반 상대성이론 (1915년)중력은 힘이 아니라, 시공간의 굽음이다뉴턴은 말했다. “모든 물체는 서로를 끌어당긴다.”그러나 200년 뒤, 알베르트 아인슈타인은그 단순한 중력 개념을 완전히 다른 관점에서 다시 썼다.중력은 보이지 않는 끌어당김이 아니라, 시공간의 구조 변화라는 것이다.1915년 발표된 **일반 상대성이론(General Theory of Relativity)**은우주에서의 중력, 시간, 공간, 에너지의 관계를 새롭게 규정한 이론이며,현대 우주론, 블랙홀, GPS 기술에 이르기까지모든 정밀 중력 연구의 토대가 되었다.1. 특수 상대성이론에서 출발한 발상1.1 특수 상대성이론의 한계아인슈타인은 1905년,빛의 속도가 관측자에 관계없이 일정하다는 사실을 기반으로**특..

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차가운 빛이 우주를 가득 채우고 있다?지금 이 순간에도, 우리 주변을보이지 않는 빛이 가득 채우고 있다.그 빛은 눈에 보이지도, 피부에 느껴지지도 않지만,온 우주에 균일하게 분포되어 있으며,그 기원은 바로 우주의 탄생 순간,즉 **빅뱅(Big Bang)**에 있다.이 신비로운 전자기파가 바로**우주배경복사(Cosmic Microwave Background, CMB)**다.1. 우주배경복사란 무엇인가?1.1 정의 – 우주의 ‘잔광’우주배경복사는우주가 매우 뜨겁고 밀도 높았던 초기 시절에 발생한 빛이수십억 년에 걸쳐 식고 늘어나현재는 마이크로파 영역에 이른 전자기파다.그 정체는 빅뱅 이후 약 38만 년이 지난 시점,우주가 충분히 식어 전자와 양성자가 결합해 중성 원자를 형성하면서빛이 자유롭게 퍼져나가기 시작..