빅뱅이론에 오류가 존재한다? 아직 밝혀지지 않은 빅뱅이론의 비밀 ㅣ과학자 이정모가 알려주는 쉬운 과학 이야기💡

우주가 점차 팽창하고 있다는 천문학적인 증거가 발견되고 이런 생각을 하게 됐어요 우주가 팽창하는 비디오가 있다고 해보자 이것을 거꾸로 돌리면 어떻게 [음악] 될까 안녕하세요 펭귄 각정 과학관의 이정모 있니다 아 이런 질문 정말 힘듭니다 빅뱅 이전에는 무엇이 있었을까요 그리고 우주의 끝은 어디일까요데 정말로 빅뱅 이전에는 무엇이 있었을까요 아니 빅뱅을 우리가 보지 못했잖아요 순전히 수학적으로 그 존재를 출연하는데 아 그전에 빅뱅 이전을 누가 보겠어요 빅뱅은 수수께끼 같은 사건입니다 우주의 기원은 우리 인간의 이해의 한계를 뛰어넘는 광대하고 복잡한 이야기죠 그런데 우리는 왜 빅뱅 이전을 궁금해할까요 헤아릴 수 없는 점에서 공간이 탄생한 빅뱅의 순간은 우주의 무한한 신비를 이해하고자 하는 열망과 같은 깊은 매혹을 불러일으키기 때문일 겁니다 우주의 끝은 어디인가요 이런 질문도 마찬가지입니다 아이 태양계 은커녕 바로 옆에 있는 화성도 못가본 인류가 이런 질문을 합니다 우주는 합니다 우리 우주에는 억에서 3억 정도의 별이 있어요 강한 우주는 우리의 존재를 초라하게 만듭니다 하지만 우리는 우주의 물질과 에너지가 추는 우주의 추에 단지 경만 하는게 아니라 질문하고 탐구하고 있죠 빅뱅 이전에는 무엇이 있었을까요 그리고 우주의 끝은 어디인가라는 질문은 우리 인류가 얼마나 진 생명체인 스스로 심을 느끼게 하는 것들입니다 빅뱅 한 현대과학의 주요 이론입니다 아주 간단한 아이디어에서 출발했죠 우주가 점차 팽창하고 있다는 천문학적인 증거가 발견되고 대부분의 과학자들이이 증거를 받아들이게 되자 이런 생각을 하게 됐어요 야 그렇다면 우주가 팽창하는 비디오가 있다고 해보자 이것을 거꾸로 돌리면 어떻게 될까 결국 끝에는 한계의 점으로 모이지 않을까라는 아이디어가 바로 그것입니다 우주가 한 점에 모인다면 점은 어떤 상태일까요 엄청나게 뜨겁고 밀도가 높겠죠이 상태에서 우주가 팽창하기 시작했고 에너지와 물질이 형성되었습니다 빅뱅과 함께 시간이 시작되었으며 별과 은하 그리고 광화랑 우주를 가로지르는 우주 그물망이 형성되었습니다 즉 시간과 공간이 탄생했다는 것입니다 빅뱅 이전에 대해 이야기를 하자면 먼저 우주의 시작 근처의 초기 우주에 대해 이야기를 해야만 합니다 빅뱅 우주론 즉 우주가 팽창하고 있다는 우주론을 설명하기 위해서는 공간과 시간 그리고 중력을 설명하 필요한 일반상대성 이론과 초기 우주를 구성하고 있던 물질의 성질을 이해하기 위해 꼭 필요한 양자 이론을 바탕으로 합니다 현대의 과학적인 핵심적인 내용이나 최신의 결과를 이해하기 위해서는 저 일반 상대성 이론과 양자 이론에 대한 이해가 필요하죠 여러분만큼이나 저도 여기에 대한 사전 지식이 부족합니다 제 물리학자 친구들이나 천문학자 친구들이라고 해서 크게 다르지 않더라고요 빅뱅이론은 현재 가장 널리 인정받고 연구되는 우주 기원에 관한 이론입니다 빅뱅을 지지하는 무수히 많은 관측과 계산이 있죠 하지만 빅뱅 이론에는 몇 가지 약점이 있습니다 암흑 물질과 암흑 에너지에 대한 설명을 충분히 하지 못하고 있고 무엇보다도 빅뱅 이전에 대해 아무 설명을 못한다는 겁니다 빅뱅 이후에 급속한 우주의 팽창을 설명하지만 그 이전에 어떤 것의 존재에 대해서는 아무것도 말해주지 않죠 아니 아예 설명할 수가 없습니다 여기는 과학적인 이유가 있어요 주 화 한 모델을 찾아내기 위해 일반 상대성 이론 방정식을 풀면 항상 우주의 온도가 무한대가 되는 빅뱅 특이점에 도달합니다 문제는 온도가 무한게 되는 그 지점에서는 물리학 방정식들이 아무런 의미를 갖지 못한다는 거예요 모든 의미를 상실해 버립니다 수학 방정식이 무한대의 값을 갖는 시점이 시간의 시작이나 끝이 될 수는 없거든요 빅뱅 이전의 한계가 드러나는 것이 바로 빅뱅의 시작점이 쉽게 말하면 빅뱅 이전에 무엇이 있었느냐는 질문은 질문 자체가 성립하지 않는다는 겁니다 일반 상대성 이론으로 빅뱅의 시작점을 설명하면 무한대로 높아지는 온도와 밀도로 인해 별의 모든 질량이 붕괴하고 우주의 부피가 사라지는 시간 자체의 종말이라는 특이점과 만나게 되기 때문입니다 그런데 빅뱅 이전 문제를 이야기할 수 있다고 주장하는 물리학자가 있더라고요 바로 마르틴 보요 2입니다 그런 독일 출생의 미국 펜실베이니아 주립대학 물리학과 교수입니다 마르틴 보요 2는 일반 상대성 이론과 양자 이론을 결합하는 방식으로 등장한 끝 이론과 그루프 양자 중력 이론으로 빅뱅 이전 문제를 해결할 수 있다고 주장합니다 좀 어렵습니다 하지만 그의 주장을 인용해 보겠습니다 일반 상대성 일원이 보여준 특이점으로 붕괴가 세상의 종말을 뜻하는 것인지 아니면 이론의 불안정성에 기인한 것인지는 누구도 확언할 수 없다 만약 특이점이 이론의 불안정성에 기인한 것이라면 빅뱅 이전에도 뭔가가 존재했을 것이다 이것이 그의 주장의 핵심입니다 빅뱅 이론이 안전하다면 빅뱅 이전에도 뭔가가 있 있다는 겁니다 결국 뭡니까 빅뱅 이론을 받아들인다면 빅뱅 이전에 무엇이 있었는지 알 수 없다 또는 그런 질문 자체가 성립하지 않는다 하지만 빅뱅 이론이 틀렸다면 그 이전에 뭔가가 있었을 것이다라는 겁니다 저는 여러분과 마찬가지로 그리고 수많은 물 약자들 빅뱅 이론을 받아들입니다 따라서 빅뱅 이전은 그 무엇도 있을 수가 없습니다 간단합니다 시도 없고 간도 없고 에너지와 물질도 없습니다 그래도 궁금하신 분은 마르틴 모여가 짓고 과경 직 교수가 옮기고 김형사가 펴낸 빅뱅 이전이라는 책을 보시기 바랍니다 책은 다른 물약 책처럼 일반 상대성 이론을 잘 설명합니다 양자 이론도 친절하게 설명해 줍니다 물론 그런다고 해서 다 이해가 되지는 않습니다 저는 그 책을 읽고도 빅뱅 이전에 대해 아무런 궁금증에 해결되지 않았습니다 [음악] 우주의 끝은 어디인가라는 문제는 빅뱅 이전에는 무엇이 있었는가 보다는 쉽게 설명할 수 있습니다 물론 빅뱅 이론을 받아들일 때 가능한 일입니다 우리는 끝없는 우주라는 말을 많이 씁니다 하지만 우리가 끝없는 우주라고 말한다고 해서 정말로 우주의 끝이 없다는 뜻은 아니고요 무지막하게 넓다는 의미로 쓰는 거죠 우주는 무한에 가까운 유한한 크기를 가지고 있다는 말입니다 137억년 전에 빅뱅이 일어났고 이때부터 우주는 확장되고 있습니다 빅뱅 이후 우주는 막대한 에너지로 빛의 속도를 뛰어넘는 속도로 팽창 이것을 인플레이션이라고 합니다 그 힘이 아직도 영향을 미치고 있어서 우주는 계속 팽창하고 있는 겁니다 빅뱅 이론이 정말로 맞다면 우주의 끝은 반드시 어 가 있어야 합니다 한 점에서 시작해서 점점 넓어지고 있으니 그 우지의 끝이 반드시 있어야 되는 거죠 그런데 따질게 있죠 아니 아인슈타인이 빛보다 빠른 것은 없다고 했잖아요 맞습니다 빛보다 빠른 물질은 없어요 아 그런데 어떻게 초기 우주가 빛보다 더 빠르게 팽창할 수 있을까요 또 물어봅니다 이것은 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 모순되는게 아닌가요라고 따지는 거죠 모순되는게 아닙니다 우주는 자체가 팽창하는 것이기 때문에 특수 상대성 이론에 구해지 않습니다 물질이 이동하는게 아니거든요 우주에는 끝이 있습니다 하지만 우리가 보지는 못하죠 우주 끝에서 온 빛이 우리까지 미치지 못하기 때문입니다 왜요 우주가 계속 팽창하고 있기 때문이죠 지금까지 우리가 관측한 가장 멀리 떨어져 있는 천체는 지구에서 약 134억 광년 떨어진 n z1 은하입니다 빅뱅이 일어난 후 불과 3억년 후에 만들어진 가장 오래된 원시 은하적 그렇다면 우주의 크기는 얼마나 될까요 과학자들은 우주의 크기가 적어도 940억 광년은 될 거라고 생각합니다 아니 우주의 역사가 137억 년 밖에 안 되는데 어떻게 940억 년짜리 우주가 존재하냐 요라고 따질 수 있어요 아까 말씀드렸잖아요 우주의 팽창 속도가 빛보다 빠르 때문이었죠 우리는 우주의 넓이를 빛으로만 측정할 수 있습니다 빛의 속도를 넘어가는 곳에 있는 물질을 볼 수는 없습니다 빛의 속도는 유한합니다 빛은 1초에 2억 9979 2458 m 날아갑니다 대략 초속 30만 km J 우리는 빛이 137억년 날아간 곳까지만 볼 수 있는 거예요 거기를 바로 사건의 지평선이 합니다 그렇다면 우주의 끝은 어디이고 거기에는 무엇이 있을까요 어딘지는 알 수 없습니다 하지만 아주 먼 곳에는 의사와 우주초기 방사선 그리고 빅뱅 시대의 흔적인 우주 배경 복사 고리가 있겠죠 바로 그 넘어가 우주의 끝입니다 그 너머에는 아무것도 아니에요 우주 바깥이 빅뱅 이론을 받아들인다면 빅뱅 이전에는 무엇이 있었느냐는 질문은 성립하지 않습니다하지만 우주에는 끝이 분명히 있습니다 240억 년 떨어진 [음악] 곳입니다