대폭발(Big Bang)

 대폭발 모형에 따르면, 극도로 뜨겁고 작은 것으로 응집되어 있던 물질이 폭발하여 우주가 만들어진 이후, 우주는 계속 팽창하고 있습니다. 일반적 추론에 따르면 공간 자체가 팽창하고 있으며 은하들 간의 거리도 부풀어 오르는 빵 속의 건포도처럼 멀어지고 있습니다.

 

 대폭발은 천문학과 물리학에서 우주의 처음을 설명하는 우주론 모형으로, 높은 에너지를 가진 작은 물질과 공간이 약 138억 년 전의 거대한 폭발을 통해 우주가 되었다고 보는 이론입니다. 우주 시간 0초의 폭발 순간에 그 작은 점으로부터 물질과 에너지가 폭발하여 서로에게서 멀어지기 시작했고, 이 물질과 에너지가 은하계와 은하계 내부의 천체들을 형성하게 되었습니다.

 

 대폭발은 에드윈 허블의 관측을 근거로 하고 있습니다. 에드윈 허블은 은하의 이동 속도가 지구와의 거리에 비례한다는 사실도 알아냈는데, 이는 은하가 지구에서 멀리 떨어져 있을수록 빠르게 멀어지고 있음을 의미합니다.

 

 1964년에는 우주의 극초단파를 연구하는 천문학자들이 우주에서 초단파 잡음이 난다는 사실을 발견했습니다. 이 초단파 잡음은 어떤 한 영역에서 나오는 것이 아니라, 우주의 모든 곳에서 발생했고, 초기 대폭발에서 남겨진 복사 잡음으로 추정되고 있습니다.

 

 현재 은하단들 사이의 거리가 점차 멀어지고 있다면, 과거에는 모두가 서로 가까이 모여있었을 것입니다. 이러한 발상은 극도로 밀집되고 극도로 뜨거웠던 시점이 과거에 존재했을 것이라는 추측으로 귀결되었고, 이 이론과 비슷한 상황을 재현하고 확인하기 위해 커다란 입자 가속기가 만들어졌지만, 입자 가속기는 고에너지 영역을 조사하는 데 기능적 한계를 나타냈습니다.

 

 대폭발 이론이 최초의 팽창 이후 우주의 일반적인 변화에 대해 설명해낼 수 있다 하더라도, 팽창 직후와 연관된 아무런 증거도 없이는 이러한 기본적인 상황에 대해 어떠한 입증도 할 수 없습니다. 우주를 통틀어 보이는 빛에 대한 관측 결과는, 대폭발 핵합성에 충분히 논리적으로 설명된 예측, 즉 우주 처음 몇 분 간의 급속한 팽창과 냉각 속에서 발생한 핵반응으로부터 형성된 빛에 대한 계산과 거의 맞아떨어졌습니다.

 

 대폭발 이론은 우주의 구조에 대한 연구와 이론적 고찰로부터 만들어졌습니다. 1912년 베스토 슬라이퍼는 한 나선 은하의 도플러 편이를 처음으로 계산해냈고, 곧 거의 모든 은하들이 지구로부터 멀어지고 있음을 발견했습니다. 그는 이 사실로부터 우주론적 의미를 찾으려 하지는 않았는데, 당시엔 이러한 성운들이 과연 우리 은하 바깥의 개별 은하인가 아닌가에 대해서 논쟁이 매우 활발했기 때문입니다.

 

 10년 뒤, 러시아의 우주론자이자 수학자인 알렉산드르 프리드만은 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 방정식으로부터, 아인슈타인이 당시에 옹호했던 정적 우주 모형에 반하는, 우주는 팽창하고 있을 수 있음을 보이는 프리드만 방정식을 도출해냅니다.

 

 1924년, 에드윈 허블이 계산해 낸 가장 가까운 성운의 엄청난 거리는, 천체들이 결국엔 다른 은하였다는 것을 알려줬습니다. 1927년, 벨기에의 물리학자이자 로마 가톨릭 교회의 사제였던 조르주 르메트르는, 프리드만의 방정식만으로 성운들의 후퇴가 우주의 팽창에 기인하고 있음을 예견했습니다.

 

 1931년 르메트르는 더 나아가, 시간의 흐름에 따른 명백한 팽창은, 과거로 갈수록 우주가 수축하고 결국에는 우주의 모든 물질이 하나의 점인 "원시 원자"로 모여, 시간과 공간이 존재하지 않는 시점이 있었다는 것을 보여준다고 언급했습니다.

 

 1924년 초, 허블은 윌슨 산 천문대에 설치된 100 인치 (2,500 mm) 구경의 후커 망원경을 사용하여 우주 거리 사다리의 시초라 할 수 있는 원거리 계산법을 개발하였습니다. 이로써 그는 대부분 슬라이퍼에 의해 이미 적색 편이가 계산된 은하들의 거리를 추산할 수 있었습니다. 1929년 허블은 허블의 법칙으로 알려진, 거리와 후퇴 속도와의 관계를 발견해냈고, 르메트르는 우주원리를 통해, 이미 이러한 발견을 예견한 바 있습니다.

 

 1930년대에만 해도 밀른 모형과 진동 우주(프리드만이 처음 제안했으나 알베르트 아인슈타인과 리처드 톨먼이 주장한), 그리고 프리츠 츠비키의 지친 빛 가설을 포함한 여러 생각들은 허블의 관측을 뒷받침하는 비정상 우주론으로 여겨졌었습니다.