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여러분 빅뱅이라고 들어보셨죠? 가수 빅뱅은 아니고 100억 년 전에 일어난 것으로 추정되는 우주 대 폭발입니다. 우주의 일부분은 이 빅뱅 이후 그 폭발로 방출된 빛이 지구까지 도달하는데 지금도 충분한 시간이 흐르지 않은 만큼 아주 멀리 있기 때문에, 우리가 현재의 기술로 관측이 가능한 우주의 바깥에 자리하고 있다고 합니다. 미래에는 은하에서 오는 빛이 지구에 더 이르게 될 것이므로 현재 관측 가능한 우주의 바깥 부분 중 추가적으로 일부가 더 관측 가능한 우주의 영역이 될 것이라고 합니다. 하지만 허블의 법칙에 의하면 지구로부터 멀리 떨어져 있는 영역은 빛의 속도보다 더 빨리 멀어지고 있으며, 더욱이 암흑에너지로 인하여 우주의 팽창 속도가 더 가속되고 있는 것처럼 보인 다고 합니다. 로그 스케일로 표현한 관측이 가능한 우주영역, 태양계를 중심에 두고 내행성, 외행성, 카이퍼 벨트, 오르트 구름, 센타우루스 자리 알파, 페르세우스자리 팔, 우리 은하, 안드로메다 은하, 가까운 은하들, 우주 그물, 우주 배경 복사 그리고 가장자리에는 빅뱅 직후 불투명한 플라스마로 뻗어나간답니다. 이론적으로 미래에 많은 은하들이 관측 가능하게 될 것임에도 불구하고, 실제로 증가하고 있는 은하의 수는 우주의 팽창으로 인해 극도로 적색 편이화 될 것입니다. 그래서 이들은 관측 시 사라진 것처럼 보이게 되어, 결국 볼 수 없게 된답니다. 추가적으로 묘한 점은, 만약 우리가 빅뱅 이후에 어떤 은하로부터 방출된 신호를 탐지할 수 있다면, 주어진 공변 거리 상의 그 은하는 "관측 가능한 우주"에 위치한 것으로 표현되지만, 그 은하가 관측 가능한 우주의 공변 반경보다 작은, 일정한 공변 거리상에 남아있다 하더라도, 우주의 팽창 때문에 얼마 정도 시간이 흐른 뒤의 시대에 동일한 은하로부터 방출된 신호는 지구에 무한한 시간이 흐른 미래까지 절대 도달할 수 없다는 점입니다. 도대체 뭔 소리인지 모르겠지만, 그렇답니다. 이런 사실은 시간에 따라 반경이 변하는, 우주론적 사건의 지평선의 한 유형을 표현하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 현재 이 지평선의 거리는 약 160억 광년으로, 현재 일어나는 사건에서 발생하는 신호가 160억 광년보다 짧은 거리에서 발생한 것이라면 미래의 어느 순간에 지구에 도달할 수 있음을 의미한다. 하지만 그 사건이 160억 광년보다 멀리 떨어진 곳에서 발생하였다면 신호는 지구에 절대 도달할 수 없다는 것입니다. 어떻게 생각하면 이해가 될 것 같기도 합니다. 우주론에서 유명하거나 전문적인 연구 기사에서 흔히 "우주"라는 용어는 "관측 가능한 우주"를 의미하는 데 쓰입니다. 누구나 알고 있는 사실입니다. 이는 신뢰할 만한 이론들이 관측 가능한 우주보다 훨씬 더 거대한, 전우주를 필요로 함에도 불구하고, 우리가 지구와 인과적으로 단절된 우주의 어떤 부분에 대해서든 직접적인 실험을 통해 어떤 것도 알아낼 수 없는 이유로 정당화될 수 있습니다. 우주를 멀리서 떨어져서 볼 수 있다면 가능하겠지만, 태양계도 벗어나지 못하는데 어떻게 전우주를 바라볼 수가 있겠습니까? 관측 가능한 우주의 경계가 우주 전체의 경계가 된다거나 아니면, 일부 모형들은 우주가 면적은 유한하나 가장자리가 없는 구의 2차원 표면과 같이, 고차원 유사체처럼 유한하지만 무한하다는 것을 주장하긴 하나, 이게 말이나 되는 소리인지 궁금합니다. 어떠한 주류의 우주론 모형도 제시하지 못한, 애초에 우주가 어떠한 물리학적 경계선이었을지도 모른다는 것을 시사하는 증거는 존재하지 않습니다. 당연한 거 아닙니까 이건 수학적으로 풀 수 있는 문제가 아닌 것 같다는 생각이 계속 드네요. 하지만 왠지 그럴 것 같습니다. 우리의 관측 가능한 우주 내부의 은하들이 전우주의 극히 일부분에 해당한다는 생각은 그럴듯해 보입니다. 아마 티끌보다 작을 것이라는데 제 블로그를 걸겠습니다. 앨런 구스가 최초로 제창한 우주 인플레이션 이론에 따르면, 빅뱅 약 10-37 초 후 인플레이션이 시작되었다고 가정할 때, 인플레이션 발생 이전 우주의 크기는 우주의 나이와 동일한 시간만큼 광속으로 움직인 거리와 거의 같으므로, 아주 위험한 단어가 등장하네요. 거의 같다 거의란 엄청난 변수를 의미합니다. 하지만 이런 답이 없는 문제에서는 허용되기도 합니다. 현재 전우주의 크기가 최소한 관측 가능한 우주의 반경의 3 ×1023 배라는(109543 광년) 치수가 나온다. 뭐 상상도 안되네요. 또한 전우주가 관측 가능한 우주의 250 배(3,450 십억 광년) 이상이라는 낮은 측정치도 있고, 관측 가능한 우주보다 101010122 배 크다는 높은 측정치도 있다. 만약 우주가 (구의 표면처럼) 유한하지만 무한하다면, 우주는 관측 가능한 우주보다 작을 수도 있다. 도대체 유한하지만 무한하다는 어느 나라말인지 정말 궁금하네요. 이런 경우에서, 우리가 매우 먼 은하로 보이는 것으로 포착한 것이 실제로는 빛이 우주를 일주하면서 만들어진, 가까운 은하의 복제 영상일 수도 있다는 것입니다. 이러한 가설을 실험적으로 검증하는 것은 매우 어렵습니다. 실험을 하려고 해도 엄두가 나지 않습니다. 한 은하의 여러 영상이 서로 다른 시기의 모습을 보여주며, 그 결과 현재와는 상당히 다른 모습을 보여주기 때문입니다. 뭐 인터넷 검색의 힘을 좀 빌리기는 했지만, 우주의 크기라는 검색 자체가 무모한 것 같습니다. 이건 뭐 가늠이 되질 않습니다. 그래서 그만큼 과학자들이 매달리고, 관심 가지고, 몰두하는 것이겠지요. 밤하늘을 바라보면 우리 모두 무언가 생각을 하게 됩니다. 언제 가는 영화처럼 스폿과 스폿을 이동하는 것처럼 우주도 이동할 수 있기를 바라봅니다. 결론은 우주의 크기는 지구가 백사장의 모래알 한알이라면 우주는 지구만 하겠네요. 뭔 소리죠? 하하, 어쨌든 그보다 더 클 수도 있죠. 누군가 끝을 본 사람이 있어야지 해결이 날텐 데요. 언제나 미지의 세계는 호기심을 자극하는 것 같습니다. 이번 스토리는 이만.