팽창하는 우주 The Expanding Universe

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1 팽창하는 우주 The Expanding Universe
과학철학 보충 자료 팽창하는 우주 The Expanding Universe

2 팽창하는 우주 20세기 가장 중요한 발견의 하나: 우주가 팽창하고 있다, 즉 겔럭시들이 서로 서로 멀어져 가고 있다는 것이다.
이 발견은 이것이 일어날 수 있는 시스템에 관한 많은 모델들을 생각토록 함, 그 중 두 가지 모델이 실재 우주의 구조를 표현하는 데 유력시 됨. (1) 대 폭발 모델(explosion model) (the Big Bang theory) 모든 물질이 하나로 응축, 이것이 폭발함. (2) 정상 모델(steady-state model): 아원자(subatomic particle)들이 무(Nothing) 에서 만들어 져서, 외부로 이동함. 물질의 총량은 언제나 변함이 없다 (steady). 만약 우주가 대폭발 시스템이라면, 물질의 밀도는 점점 적어질 것이다. 만약 우주가 정상 시스템이라면, 어디서나 물질의 밀도는 동일할 것이다. 이 두 모델 중 어느 모델이 실재 우주에 적합한지는 광범위한 영역을 걸친 물질의 밀도 조사에 달려 있다. 오늘날, 전파 망원경(radio telescope)의 발달로 이의 측정들이 가능해졌다. 측정들의 결과는 가장 멀리 관측되는 겔럭시들의 밀도에는 분명한 감소가 있음을 보여주고 있다.

3 “태초에 수소가 있었다.” “우주와 생명을 기획한 신의 마음은 150억년 수소의 역사에 모두 들어 있다.”

4 태초에 수소가 있었다 신은 수소원자를 만들기 위해 전하의 분배를 통해 세 종류의 입자(전하량)를 만들었다.
신은 수소원자를 만들기 위해 전하의 분배를 통해 세 종류의 입자(전하량)를 만들었다. 양성자(+1), 중성자(0), 전자(-1) 양성자와 중성자를 만들기 위해 두 종류의 쿼크(전하량)를 만들었다: 업 쿼크(u)(+2/3), 다운 쿼크(d)(-1/3) 양성자는 업 쿼크(u) 2개와 다운 쿼크 (d)1개로: {+2/3, +2/3, -1/3} = {+1} 중성자는 업 쿼크(u)1개와 다운 쿼크(d) 2개로 : {+2/3, -1/3, -1/3} = {0} 성질: 양성자들 사이에는 서로 배타적인 힘(거리의 제곱)을 부여 (쿨롱 법칙) 중성자들 사이에는 강하게 융합하는 힘(강한 핵력, 쿨롱의 힘의 100배)을 부여 이렇게 최초로 수소를 만듬. 수소와 수소끼리 합쳐 해륭이 생김(랭뮤어의 공유결합){공유결합:전자의 공유) 여기 까지 3분 소요 46억년 전: 탄소, 산소, 질소, 인이 생겨, 지구에 자리 잡음.(생명의 탄생 조건)

5 우주의 역사 - 년대기 (150억년 나이) 0~3분: 전자, 쿼크, 양성자, 중성자, 수소, 헬륨 탄생(최초의 핵융합)
급격한 우주의 팽창, 온도와 입자의 밀도가 떨어짐. 30만년: 신은 지금까지 따로 놀던 양성자와 전자를 모아 중성원자를 만듬. 수억년 후: 별과 은하가 생김, 별의 내부에서 원소의 합성이 재개. 태양과 같은 주 계열성 별은 대부분 수소와의 융합으로 보냄. 별은 주계열성을 거쳐 적색거성으로 됨, 이때 탄소에서 철까지의 원소들이 생김 적색거성의 다음 단계인 초신성에서 나머지 무거운 원소가 생김. 초신성 폭발로 우주 공간으로 퍼져 나감 약 46억년 전: 탄소, 산소, 질소, 인 등 생명체를 구성하는 입자들이 지구상에 자리 잡음. 40만년(?) 전: 인류의 탄생

6 Stephen Hawking: Universe in a Nutshell

7 감마선으로부터 전자(녹색)와 양전자(빨간색)가 만들어 지는 모습
양성자 둘이 만나면 거리가 가까워질 수록 반발력(쿨롱법칙)이 커져 합쳐질 수 없다. 하지만 핵속의 중성자(여자)끼리의 강한 결속력(강한핵력)은 양성자(남자)끼리의 반발력을 무마하고도 남는다. 감마선으로부터 전자(녹색)와 양전자(빨간색)가 만들어 지는 모습