대폭발 우주론을 지지하는 관측 결과를 설명할 수 있다. 과거의 우주론과 대폭발 우주론의 다른 점을 알 수 있다.

대폭발 우주론 밤하늘이 왜 깜깜할까 ? 들어가기 들어가기 - 밤하늘이 별빛으로 가득 채워져 환하게 보이 지 않는 까닭은 무엇인가 ? ☞ 밤하늘에서 관측되는 대부분의 외부 은하의 별빛을 스펙트럼 분석해 보면 거의 대부분 적색 편이 현상이 나타나는 것을 볼 수 있다. ‘ 적색 편 이 ’ 는 관측자로부터 멀어지는 물체에서 특징적으로 나타나는 스펙트럼 색상의 이동이다. 지금까지 관측된 대부분의 천체로부터 이러한 적색 편이 현상이 나타나므로 대부분의 천체들은 지구로부터 멀어지고 있다. 별이 지구로부터 계속 멀어지기 때문에 별빛의 세기는 점점 약해져 희 미하게 보이거나 소멸하는 경우가 생긴다. 그러나 복잡한 계산 결과 우 주 팽창에 의한 빛에너지의 손실은 매우 적다는 것이 밝혀졌다. 현재 우 주의 나이가 약 137 억년으로 유한하다는 것은 모든 별이 영원히 빛을 발하며 존재하지는 않음을 의미한다.

대폭발 우주론 살펴보기 살펴보기 팽창하는 우주에 대해 알아보자. 팽창하는 고무풍선 위의 동전 관찰 1. 고무풍선에 바람을 조금 불어넣은 다음, 양면테이프를 사용하여 적당한 간격으로 고무풍선에 동전을 붙인다. 2. 고무풍선에 바람을 불어넣으면서 동전 사이의 간격을 관찰한다. 3. 고무풍선이 팽창할 때 한 동전에서 가까운 동전과 멀리 있는 동전의 움직 임을 비교해 보자. ▲ 팽창하는 풍선 위의 동전

대폭발 우주론 살펴보기 살펴보기 ◈고무풍선이 부풀어 오를 때 동전 사이의 간격은 어떻게 변하는가 ? ◈가까이 있는 동전과 멀리 떨어진 동전 중 어느 것이 더 빠르게 멀어 지는가 ? 그 이유를 설명해 보자. ☞ 동전 사이의 간격은 멀어진다. ☞ 멀리 떨어진 동전이 더 빠르게 멀어진다. 그 이유는 고무풍선 속의 공 간이 팽창하기 때문이다. 팽창하는 고무풍선 위의 동전 관찰 팽창하는 우주에 대해 알아보자.

대폭발 우주론 알아보기 1. 팽창하는 우주 (1) 적색 편이 : 광원이 관측자로부터 멀어지는 경우에는 광원이 정지해 있 는 기준 상태에 비해 파장이 길어지고 진동수는 감소하여 스펙트럼의 에 너지 분포가 전체적으로 긴 파장, 즉 붉은색 쪽으로 쏠리게 되는 현상 ▲ 적색 편이 현상

대폭발 우주론 알아보기 1. 팽창하는 우주 (2) 허블 법칙 : 허블은 거의 모든 은하의 스펙트럼이 적색 편이를 보이고 있 음을 알아내었고, 이 사실은 거의 대부분의 은하가 우리로부터 멀어지고 있다는 것을 암시한다. 우리 은하에서 거리 인 곳에 있는 은하가 멀어지는 속력 는 다음과 같 이 나타낼 수 있다. ▲ 은하의 후퇴 속도 ( : 허블 상수 )

대폭발 우주론 알아보기 2. 대폭발 우주론 (1) 프리드만의 우주 ① 우주 전체의 밀도에 따라 ‘ 닫힌 우주 ’, ‘ 평탄한 우주 ’, ‘ 열린 우주 ’ 의 3 가지 모형을 제시하였다.

대폭발 우주론 알아보기 2. 대폭발 우주론 ② 우주의 밀도가 어떤 기준 밀도 ( 임계 밀도 ) 보다 높으면 닫힌 우주이고, 더 이상 팽창하지 않을 것이다. 또 우주의 밀도가 임계 밀도보다 낮 으면 열린 우주이고, 영원히 팽창하게 될 것이다. ▲ 세 가지 우주 모형

대폭발 우주론 알아보기 2. 대폭발 우주론 (2) 대폭발 (Big Bang) 우주론 : 우주의 팽창이 시작된 지점은 우주의 모든 질량과 에너지가 한 점에 모여 엄청나게 높은 밀도의 에너지가 있었으 며, 이것이 급격히 폭발⋅팽창한다는 이론 (3) 정상 상태 우주론 : 우주는 팽창하지만 새로 생기는 간격에 지속적으로 새로운 물질이 만들어지므로 우주는 진화하는 것이 아니라 항상 동일한 모습이라는 이론 → 우주의 은하들은 나이가 거의 비슷하다는 점이 정상 상태 우주론의 반박 증거가 된다.

대폭발 우주론 알아보기 3. 가속 팽창하는 우주 (1) 급팽창 (inflation) : 대폭발 이후 우주는 매우 빠른 속도로 팽창하였다. (2) 급팽창 이후 우주는 중력에 의해 팽창 속력이 줄어들었지만, 은하 사이 의 거리가 멀어질수록 중력의 효과가 작아져 가속 팽창이 일어난다.

대폭발 우주론 알아보기 4. 우주의 나이 (1) 우주가 허블의 법칙대로 팽창한다면 과거에는 우주의 모든 물질이 한 점에 모여 있던 때가 있었을 것이다. (2) 우주의 나이는 우주를 지금의 팽창 속도로 한 점까지 수축시키는 데 걸 리는 시간으로 구할 수 있다.

대폭발 우주론 개념 넓히기 우주 배경 복사 (1) 빅뱅이 일어나고 한 시간이 지난 후에도 우주 는 속을 들여다 볼 수 없는 불투명한 상태였다. 원자핵, 전자, 빛이 충돌을 반복하여 빛이 직 진할 수 없었기 때문이다. (2) 우주가 식어 3,000 K 에 이르면서 전자가 원자 핵에 결합하여 원자가 생성되기 시작하자, 물 질과 빛이 분리되어 우주를 직진하는 빛들이 생겨났다. (3) 우주는 더 식으면서 차가워졌고 다시 어두워지기 시작했다. 그러나 우 주가 어두워지기 전에 세상으로 나온 빛은 계속 우주를 직진하고 있어 2.74 K 의 우주 배경 복사로 검출되는 것이다.

대폭발 우주론 개념 넓히기 우주 배경 복사 (4) 우주 배경 복사의 발견은 수백억 년 전에 있었던 빅뱅으로 우주가 시작 되었다는 사실을 증명하는 결정적인 증거이다. (5) 우주 배경 복사를 통해 우주의 온도와 밀도가 어떻게 진화되어 왔는지 정확하게 알 수 있게 되었다. ▲ 우주 배경 복사

대폭발 우주론 평 가 하 기 개념 1. 우주가 팽창한다는 사실을 알 수 있는 방법은 무엇 인가 ? 2. 대폭발 우주론을 뒷받침하는 증거 두 가지는 무엇인 가 ? 창의 3. 우리 우주가 대폭발로 생성되었다면 다른 우주도 만들어질 수 있는지 생각해 보자. ☞ 외부 은하에서 오는 빛 스펙트럼의 적색 편이 현상 ☞ 외부 은하 스펙트럼의 적색 편이 ( 허블 법칙, 그러나 정 상 우주론으로도 설명할 수 있다.), 우주 배경 복사, 우주 에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비 등 ☞ 다른 우주도 대폭발로 만들어 질 수 있다는 이론이 있다. 이를 다중 우주론 ( 또는 평행 우주론 ) 이라고 한다.