빅뱅이론과 발달사 박형민

빅뱅이론의 발달  우주관  표준빅뱅이론  인플레이션 우주론  기타 우주론  맺음말

우 주 관 뉴턴의 우주관 – 우주는 무한히 뻗어있으며 임의적으로 흩어져 있음 – 모든 방향에서의 중력 – 우주구조의 변화없이 영원히 존속가능

올버스의 역설 밤하늘은 왜 어두운가 – 우주가 무한하면 시선은 별에 부딪혀야함 – 우주는 평균적 밝기로 빛나야 함 설명하기 위한 가설들 – 일정거리에 존재 – 성간먼지에 의한 흡수 ( 올버스 ) – 팽창에 의한 적색이동 – 볼수있는 우주의 끝 존재

아인슈타인의 실수 일반상대론을 이용한 우주론 계산 우주는 영원히 변하지 않는다고 생각 – 우주상수 도입 프리드만의 지적 – 우주는 팽창하든지 수축한다 – 르메트르의 발표 일생일대의 최대의 실수

우주론의 발전 로버트슨 - 워커 – 프리드만의 이론 일반화 – 세가지의 결론 – 특이점 포함 – 펜로즈, 호킹 허블 – 우주팽창의 발견 르메이터의 고찰 호일에 의한 명명

세가지 결론 우주의 탄생시기 문제 – 빛의 속도의 유한성 – 우주배경복사 인플레이션 우주 – 우주의 편평성 오메가 문제 – 우주는 팽창하는가, 수축하는가

올버스의 역설의 답 우주의 나이가 유한하다 –150 억 광년 밖에선 빛이 도달하지 못함 – 볼 수 있는 대부분의 은하는 흩어져 있음 적색이동 – 입자의 지평선 근처에서의 빛의 속도

우주배경복사 가모브의 예언 – 5K 디키의 예언 – 피블스의 계산 (10K), 디키, 롤의 관측 펜지아스, 윌슨의 발견 –3K 약간의 편차 - 지구의 이동경로 파악 정상우주론의 폐기

우주의 나이를 알아내는 단서 1. 우주의 팽창사실 2. 우주 배경 복사 3. 우주 구성 성분 4. 천체의 나이 ( 구상성단 )

표준 빅뱅이론 특이점에서 시작 – 대폭발로 시간과 공간형성 – 물질과 반물질 형성 플랑크 시간 : 초 1/10 6 초 – 무거운 입자, 반입자들의 상호소멸 – 쿼크, 반쿼크, 전자, 양전자 (15 초후 ) 의 소멸 – 남은 쿼크들은 양성자와 중성자, 전자 형성 – 계속 팽창함 ( 에너지 지배시대 )

2~3 초후 : 원자핵 형성 빅뱅후 100 만년 : 물질지배시대 –3000K : 원자형성 – 재결합의 시대 (era of recombination) – 그 이전은 플라즈마 상태 : 원시화구 천체의 형성 : 초기의 밀도요동 – 생성순서의 문제 – 양자역학의 응용 - 짧은 시간에 입자와 반입 자의 생성 소멸가능 – 에너지 큰 광자에서 질량 큰 물질생성 가능 – 우주탄생에 적용 : 급격한 팽창으로 멀어짐

대칭성의 파괴 ( 과거 어느순간 ) –10 억개의 반양성자에 대해 양성자가 10 억 1 개 생성, 전자도 마찬가지 – 우주배경복사속의 광자수가 우주에 존재하 는 양성자와 중성자의 수보다 10 억배 많다 는 사실 뉴트리노의 존재 – 초기에 중성자와 양성자의 수 같음 – 중성자에서 양성자로의 붕괴 -14:86 – 남은 중성자는 중수소 형성 - 핵융합으로 헬 륨형성 – 빅뱅 1 초후 우주의 투명함으로 퍼짐,2K 예측

표준빅뱅 이론의 결점 우주의 편평성 문제 초기의 밀도요동 우주배경복사의 등방성 자기단극자의 문제 엔트로피 문제 반물질 문제

인플레이션 우주론 1980 년대 알렌구스 제창 – 첫 이론의 결함 : 시정이론이 미국, 소련에서 1 주일 간격으로 제창 – 초동안 우주는 배 커짐 – 상전이로 인한 대칭성의 파괴 – 우주상수의 부활 – 대통일 이론의 도입

표준이론의 문제해결 우주복사의 등방성 우주의 평편성 – 국부적으로 평면 ( 우리가 볼 수 있는 부분 ) 밀도 요동 – 자연발생적인것 자기단극자 문제 – 우주지평선내에서 1 개 - 찾을확률 0

대통일이론에 따른 우주역사 초 : 중력분리 초 : 강력의 분리, 인플레이션 시작 초 : 약력과 전자기력분리, 인플레이 션 종료, 중력자의 생성, 열적 평형 상태

10 -6 초 : 쿼크의 결합 1 초 : 우주가 뉴트리노에 대해 투명해짐 15 초 : 전자, 반전자의 소멸, 남은전자 1 분 : 수소보다 무거운 원자 형성 3 분 : 원시헬륨생성 1 백만년 : 우주가 광자에 대해 투명해짐

인플레이션 우주론의 문제점 코브 위성의 측정 –10 만분의 6 의 밀도요동 – 우주나이 101 만년일때 우주섭동 존재 – 이 정도로는 별, 은하가 자라기엔 짧은 시간 – 우주나이 100 조년 – 우주의 광역구조 형성에 관한 문제 (the structure formation problem) 암흑물질의 존재 – 암흑물질의 성분에 대한 미해결

현대우주론의 흐름 초기의 미세섭동에서 100~200 억년간 은 하, 은하군으로 진화되었는지의 연구 암흑물질의 분포 입자우주론 – 일반상대론, 입자물리학적 통일장 이론을 우주론으로 접목

새로운 이론 새로운 급팽창이론 ( 린데, 스타인하트 ) – 우리우주는 거품우주중의 하나 혼돈 급팽창이론 ( 린데 ) 추정통계우주론 ( 스타로빈스키 ) 양자우주론 – 휠러와 드위트의 우주파동함수 – 호킹 신 정상우주론 ( 호일 )

다른 이론들 진동우주론 광피로 우주론 ( 리차드톨만, 허블 ) 차가운 빅뱅이론 – 우주배경복사 설명못함 플라즈마 우주론

맺 음 말 10 여년간의 지적 전투 기기들의 개발 ( 망원경, 컴퓨터 ) TOE 이론의 완성 새로운 관측사실들을 설명할 이론