초판(1977년) 이후 우주론의 발전 -COBE, 암흑물질, 진공에너지 그리고 인플레이션- 8조 2000023131 수 학 신필수 2001013092 미디어 송광민 2002013158 컴퓨터 손기석 2002011903 수 학 김지철 2002021603 수 학 한미화 2003060986 컴퓨터 한상민

개 요 우주의 확장성과 허블 상수 대폭발 이론과 그 증거 은하 형성 이론과 암흑 물질 우주의 질량을 구성하는 존재 인플레이션 이론

우주의 확장성과 허블 상수 우주 팽창 계수  허블 상수에 의해 표시 -멀리 있는 우주를 관측함에 따라 은하들이 멀어지는 속도의 증가량을 관측함으로 결정 <허블상수 측정방법> ＊허블의 법칙 : 적색편이는 그 거리에 비례함 V = H x r ＊적색편이 V와 은하 거리 r을 측정함으로 허블상수 H를 구할 수 있음

허블 상수 측정에 대한 견해 차이 허블 상수 측정의 정확도 증가 그룹에 따라 측정치가 2배 차이 - 80km/sec/Mpc  은하까지 거리 측정에 있어서 문제 특정 은하의 고유밝기, 은하 내부의 성질을 연구함으로 보완

허블 망원경과 허블 상수 측정 허블 망원경을 통한 기대  과도한 진동과 변형된 거울문제로 인해 정확한 은하의 거리 측정 불가능 최근 유인 로켓에 의한 망원경 수정  정확한 은하의 거리 측정  그에 따라 안정된 허블 상수 산출  허블 상수 : 72 ± 7 km/sec/Mpc

대폭발 이론과 증거들 우주원리 : 정상 우주론의 가정으로써 충분히 큰 규모에서의 평균을 취하면 우주의 물질이 균질함을 의미 2) 우주 배경 복사(강력한 증거) COBE의 측정 : 1/1000 오차 범위내에서 2.735K로 흑체복사의 분포와 일치 - 액체헬륨의 성질상 계속측정 불능하나 그 온도의 차이는 관측 가능 - 방향성에 따른 온도 측정의 중요성

대폭발 이론과 증거들 1977년 비등방성 발견 그러나 그것이 우주 배경복사 자체에 따른 것이 아니고 태양계의 이동에 따라 발생한 현상 - 1992년 그 비등방성을 풍선 실험을 통해 발견 - 0~7도 사이에서 우주 배경 복사를 관찰함으로은하와 은하단들의 시작을 알 수도 있음.

은하형성 이론과 암흑 물질 은하형성 이론은 아직 불투명함 은하의 질량이 중심부에 집중되어 있지 않고 보이지 않는 ‘암흑물질’의 형태로 은하의 주변에 퍼져 있음 우주에 있는 물질들의 존재량 표현 임계질량에 대한 상대적 비율로 표시하면 편리함

암흑 물질이 존재 근거 나선은하들의 회전이 은하 내의 임계질량 보다 은하의 질량이 3~10% 더 포함되어 있음  은하 밖에 질량이 존재함을 의미 은하단 내의 운동은 은하들의 질량이 임계 질량의 10~30%에 불과함  은하와 은하 사이에 질량이 존재 원자를 이루는 현재값의 추정 가능  보통물질이 임계물질의 2.3~4%에 불과

물질의 대칭성과 존재비 뉴트리노 종류의 수에 따라 초기의 가벼운 원소들의 양 결정됨 뉴트리노 종류는 3가지(z0입자 붕괴 실험에서 확증) 이런 가벼운 원소의 존재비 계산과 측정의 중요성 초기 우주에서 대칭성에 따른 쌍소멸은 불완전(광자나 뉴트리노 이외의 입자 발견) 남아있는 원자와 광자수의 비를 계산하기는 어려움

임계 밀도와 우주의 질량 밀도 우주의 질량밀도가 임계값과 같았음을 추측  폭발 후 100억년 이상 지난 현재에도 질량 밀도가 임계값의 1/10정도임 질량밀도와 임계밀도가 같았음을 아는 방법 우주 팽창이 감속하는 시간 변화율 측정 *멀리 있는 은하의 관측 시 거리 측정의 문제 ->절대 밝기는 시간에 따라 변하지만, 겉보기 크기는 변동성이 적음  이에 따라 우주 질량밀도가 임계값과 거의 같음을 도출

우주의 질량을 구성하는 것들 우주의 질량은 임계값에 비해 더 큼  그 값은 초기 핵합성에 관한 계산에서 주는 보통물질 밀도의 최대치 초과 ※결국 보통물질이 아닌 질량을 가진 어떤 존재가 있음을 시사 후보 1 : 포티노와 뉴트랄리노 - 뉴트리노보다 무겁지만 적게 존재하는 입자 - 가상의 대칭성인 초대칭성이 요구하는 입자들.

우주의 질량을 구성하는 것들 후보 2 : 액시온 -입자물리학의 다른 문제를 풀기위해 도입 -존재한다면 광자나 뉴트리노 보다 많이 남겨져 있을 것이고, 그것의 질량이 10만분의 1전자볼트만 되어도 우주의 임계질량을 채워줄 수 있음

우주의 질량을 구성하는 것들 후보 3 : 빈공간 자체의 성질 다른 장들의 끊임없는 양자적 요동에 의해 엄청난 양의 에너지를 받음 진공에너지도 중력장을 만들어냄 - 극히 작은 규모에서는 진공의 질량밀도는 계산할 수 없음

우주상수 우주상수 : 아인슈타인이 정적인 우주모형을 만들기 위해 도입한 일정한 값 인류적 원리  자연의 어떤 상수 하나하나를 알 수 없지만, 그 값은 일정한 범위가 있음 (생명체의 출현과 진화를 허용하는 범위) 따라서 우주 상수와 진공에너지의 밀도를 알 수는 없지만 두개의 합은 관측 가능

우주상수 - 보통물질의 밀도와 우주상수 사이의 다른점 *보통물질의 밀도 : 우주가 팽창함에따라 감소 *진공 에너지 밀도 : 일정 - 우주의 나이는 허블상수의 역수에 비례 ex) 허블상수가 80km/swc/Mpc 이면 우주나이 80억년 - 방사성 동위원소 존재량 연구에서 우주의 나이가 적어도 100억년은 됨을 도출  우주의 나이와 비교하여 모순 대부분의 임계 질량이 진공에너지로부터 왔다고 가정  모순 해결

진공에너지 밀도 중진 적색편이 혹은 겉보기밝기를 가진 은하들의 수나 중력렌즈의 역할을 하는 은하들의 수를 세는데 적색편이에 따라 은하의 크기가 어떻게 분포하는지를 세는데 영향을 끼침  큰 진공에너지 밀도에 불리함 총 진공에너지가 오늘날 임계밀도보다 작다면 인류적 원리에 의해서 작은 우주상수 값의 설명이 유지될 수 없음

인플레이션 이론 탄생 초기에 급격한 팽창이 일어났다는 이론 기존의 대폭발 우주론으로서는 설명할 수 없는 여러 문제들이 인플레이션 이론으로서 해결 1) 초기의 상전이에 의해 생성된 많은 수의 고립된 자기단극자들의 개수에서 오는 모순 해결 2)초단파 배경복사의 균질성에서 오는 모순 해결

인플레이션 이론 지금은 꽤 많은 수의 다양한 인플레이션 우주론이 알려짐 인플레이션이 양자요동이 공간의 한 부분에서만 일어나서 진공의 에너지밀도를 비정상적으로 밀어올리면 그 부분이 엄청난 크기로 팽창한다는 것

인플레이션 이론 우주의 질량밀도가 임계값에 매우 가깝다는 것과 우주 배경복사에 비균질성이 있다는 두 가지 특징적인 예측  실험과 일치  이 예측은 인플레이션 우주론에만 적용되는 성질이 아님 2002년 WMAP( 윌킨슨 탐사위성 ) 불균질성의 존재 자체가 아니라 불균실성의 분포를 관측함 인플레이션 우주론의 예측과 일치

입자물리학과 끈이론 약력을 전달하는 W와 Z입자를 발견  1032K에서의 물질 지배 이론의 고찰  이를 확인해줄 실험이 없음 끈 이론 : 물질을 입자에 의해 기술하는 대신 1차원의 매우 작은 끈으로 기술 끈 이론은 수천개의 다른 종류가 존재하여 무엇이 우주의 기술에 나은지 모름 끈이론의 잠재적인 중요성  숨은 차원에 대한 가능성 제시

마무리하며… 플랑크길이(고차원의 크기:10-27) 아래 공간의 미시적 구조에서는 양자요동 때문에 우리에게 친숙한 시공간 구조가 존재하지 않음 즉, 시간구조가 의미가 없으므로 시간의 시작 혹은 시작이란 말도 의미가 없음 그러므로 우리의 문제는 우주의 시작 혹은 시작이 있었는지에 대해 이해하는 것이 아니라 시간과 공간이 더 이상 의미를 갖지 않는 조건 에서 자연을 이해해야 할지도....

- The end -