풍선의 팽창 도플러 (Doppler) 효과 – 기차의 경적, 빛의 색 변화 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY )

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1 풍선의 팽창 도플러 (Doppler) 효과 – 기차의 경적, 빛의 색 변화 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY )

2 연주시차 (p) 1 pc ( 파섹 -parsec) : 연주시차가 1” 가 되는 별까지의 거리 tan p ≒ sin p ≒ p ≒ 1 AU/r r where r = 206265 AU = 1 pc = 3.26 ly( 광년 ) (tan p = 1AU/r = 1AU/206265AU = 0.000004848 p = arc tan(0.000004848) = 0.000277769 = 1/(60 x 60) = 1/3600 = 1”) 은하의 후퇴속도 v = H r H = 70.8 ± 1.6 km/s/Mpc 허블 (Hubble) 상수 : 1 Mpc 떨어진 은하가 멀어지는 속도가 70.8 km/s 임 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY )

3 Age of University( 우주의 나이 ) T ~ ≒ 137 억 years After “big bang” → 가속팽창 (inflation) ~10^30 → 팽창속력 감소 ( by 중력 ) → 가속팽창 ( 은하 사이 거리증가, 중력효과 감소 ) : Einstein 의 “ 우주상수 ”( 암흑 에너지 밀도에 의한 음의 압력이 팽창을 가속 ) 우주의 미래 ~ by Friedmann 팽창 지속 평균밀도 < 임계밀도 팽창 후 stop 평균밀도 = 임계밀도 팽창 후 수축 평균밀도 > 임계밀도 ※ 임계밀도 – 우주가 열린 우주에서 닫힌 우주로 넘어가는 밀도의 경계값 임계밀도 ( ρ ) ~ 10^-29 g/cm^2 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY )

4 대폭발우주론 – 빅뱅 (Big bang) 이론 by Friedmann, Gamow, Alpher, Herman… “ 우주는 물질과 에너지가 모인 초고온, 초고밀도의 한 점에서 대폭발로 팽창하여 현재의 저온, 저밀도의 상태가 되었다는 이론 ” 질량비 - 수소 원자핵 : 헬륨원자핵 = 3 : 1 우주배경복사 (cosmic background radiation) ~ 2.73 K

5 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY ) 수소와 헬륨의 비 - 대폭발 이후 쿼크의 강작용 → 양성자와 중성자 합성 ( no of p : no of n = 1 : 1 ) - 중성자 (unstable) 붕괴 ! → no of p : no of n = 7 : 1 - 양성자와 중성자의 결합 → 헬륨원자핵 형성 수소와 헬륨 원자핵의 질량비 = 12 : 4 = 3 : 1 “Big Bang” 우주론 증거

6 * Big Bang 우주론과 정상상태우주론 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY ) 구분 Big Bang 우주론정상우주론 man Gamow Lemaitre( 르메트르 ) Hoyle, 본디, 골드 질량 (mass) 일정 (constant) 증가 (increase) : 빛 → 물질 생성 밀도 (density) 감소 (decrease) 일정 (constant) 온도 (temperature) 감소 (down) 일정 (constant) 증거 (proof) H : He = 3 : 1 ( 질량비 ) 우주배경복사 골고루 분포한 늙은 은하와 젊은 은하 우주배경복사 (cosmic background radiation) by Penzias, Wilson micro wave 잡음 (noise) 측정 – by 위성 COBE, WMAP ( 최대파장 ~ 7.3 cm) T ~ 2.73 K 불균일성 ( 미세한 온도차 ) ~ 1/10^ 5 오차 ( 잡음 속의 잡음 - 최대 파장 ~ 2mm 의 흑체 복사 스펙트럼 ) → 중력 차 → 부분적 물질 (H) 모임 → 별 (star), 은하 (galaxy) 탄생 ! “ 오늘날 우주의 구조 ”

7 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY ) 대폭발 우주론과 우주의 역사 t ~ 0 s “BIG BANG” 초고온 초고밀도 – 빛과 입자의 경계 x t ~ 10^-43 s 플랑크 시기 T ~ 10^32 K 우주의 크기 ~ 10^-26 cm t ~ 10^-35 s 대통일이론 시기 T ~ 10^27 K 중력 분리 쿼크 (quark), 경입자 (leption) t ~ 10^-32 s 급팽창 – 인플레이션 (inflation) 중력을 제외한 힘 분리 t ~ 10^-4 s 하드론 시기. T ~ 10^13 K strong interaction – 쿼크 → 양성자 (proton), 중성자 (neutron) 형성 ( 양성자수 : 중성자수 = 1 : 1)

8 대폭발 우주론과 우주의 역사 t ~ 10^-1 s T ~ 10^10 K 중성자 (unstable) 붕괴 (n → p) ( 양성자수 : 중성자수 = 7 : 1) low Temp. → no creation of p, n t ~ 1 s 입자 (particle) 와 반입자 (anti-particle) 생성 t ~ 3 min 빅뱅 핵융합 시기 T ~ 10^9 K p + n → He 원자핵 형성 mass of 원자핵 : H : He = 3 : 1 t ~ 38 만 years T ~ 3000 K H, He 원자 형성 ( 낮은 온도에서 전자 포획 ) - recombination ! 빛 → 방출 (radiation) : 빛과 물질이 분리 ( 우주배경복사 !) t ~ 4 억 년 암흑 시대 t ~ 10 억 년 star, Galaxy 탄생 (by 중력 ) oxygen( 산소 ), nitrogen( 질소 ), carbon( 탄소 )..... 형성 t ~ 137 억 년 (NOW!) T ~ 2.73 K 우주배경복사 온도 우주팽창 (E XPANSION O F U NIVERSITY )

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