내가 살고 있는 이 세상은 광대한 우주의 아주 작고 작은 일부분입니다. 살아가면서 일평생 이 사실을 전혀 인지하지 못하고 궁금해 하지도 않으면서 생을 마감하는 이가 대부분일 것입니다. 어쩌다 저는 이 우주에 대해 궁금함이 생겨 이렇게 알아보고 있습니다. 뭐 특별히 일생의 삶에 도움이 되는 가의 관점에서는 전혀 도움이 되는 것 같지는 않습니다. 단지 어떻게 내가 여기 있고 내가 있는 이 세상이 어떻게 생기고 이렇게 존재하는 지에 대한 관심이 생겨 알아보면서 삶에 대한 이해의 폭이 더 커지는 것은 있습니다. 이 우주가 얼마나 클까요? 인간의 측정 장치로서 우주의 크기를 측정이 가능할까요? 우주의 나이와 크기는 어떤 관계가 있을까요? 우주의 나이가 지구의 공전 주기를 기준으로 하루 하루 커지면서 우주의 크기는 얼마나 커지고 있을까요? 아마도 우주의 크기는 빅뱅 이후 아직도 팽창을 하고 있다고 믿어지고 있기 때문에 어느 특정지점까지는 측정이 가능하겠지만 그 지점 이후부터는 측정이 불가능할 것이라는 생각이 듭니다. 이렇게 나의 생각을 적다 보니 궁금한 점이 또 하나 있습니다. 우주의 탄생 지점은 어디일까요? 우리 태양계는 우주의 탄생 지점에서 어느 지점에 위치해 있을까요? 한번 알아보아야 할 주제로서 다루어 봐야 하겠습니다. 이번 주제는 우주의 크기입니다. 빅뱅 이후 현재 시점에서 우주가 어느 정도까지 성장을 한 것인지 알아보겠습니다. 우주의 크기는 천체물리학 및 우주론 분야에서 지속적인 연구와 탐구의 주제입니다. 현재까지의 이해에 따르면 관측 가능한 우주는 엄청나게 광활하지만, 우주의 전체 규모는 우리가 관측할 수 있는 것보다 훨씬 더 클 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 다음은 관측 가능한 우주의 크기와 과학자들이 발견한 내용에 관한 몇 가지 핵심 사항입니다
관측 가능한 우주
관측 가능한 우주의 지름은 약 930억 광년으로 추정되며, 이는 망원경으로 볼 수 있는 가장 먼 물체가 모든 방향에서 약 465억 광년 떨어져 있다는 것을 의미합니다. 이러한 현상은 빅뱅 이후 우주가 팽창해 왔기 때문에 발생합니다. 우주의 팽창은 빅뱅 이후부터 계속되어 왔습니다. 우주가 팽창하면서 멀리 있는 물체에서 오는 빛이 우리에게 도달하는 데에는 시간이 걸립니다. 이는 빛의 속도가 빠르지만 유한하다는 사실에 기인합니다. 따라서, 망원경으로 관측 가능한 가장 먼 물체에서 발생한 빛은 오랜 시간을 거쳐 우리에게 도달하게 되는데, 이는 우주의 팽창으로 인해 그 물체와의 거리가 멀어진 결과입니다. 이러한 현상은 빅뱅 이론과 우주의 팽창 모델을 통해 설명됩니다. 이러한 역설적인 현상은 천문학의 중요한 관찰 결과 중 하나로, 빅뱅 이후 우주의 팽창이 어떻게 진행되고 있는지를 보여줍니다. 멀리 있는 물체에서 오는 빛이 우리에게 도달하는 데에는 시간이 걸리므로, 관측 가능한 우주의 한계가 존재하게 됩니다.
우주 마이크로파 배경(CMB)
우주 마이크로파 배경(CMB)은 빅뱅 이후 약 38만 년 전 우주의 스냅샷을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. 이는 빅뱅 이론에 따라 초기 우주에서 방출된 열 빛이 현재까지 우주 공간을 통과하며 냉각되어 마이크로파로 관측되는 현상입니다. CMB 관측은 우주의 구조와 성질에 대한 많은 정보를 제공합니다. CMB의 온도 분포와 규모는 우주의 초기 조건과 밀도 변동을 나타내며, 이는 빅뱅 이후 우주의 진화와 구조 형성에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 또한, CMB 관측은 우주의 곡률에 대한 정보를 제공합니다. CMB의 관측 결과는 우주가 평평하거나 큰 규모에서 평평에 매우 가깝다는 생각을 뒷받침합니다. 이는 우주의 공간이 유클리드 기하학적인 평면에 가까운 형태를 가지고 있다는 의미입니다.
관측 가능한 지평선
빛의 속도와 우주의 나이가 유한하기 때문에 우리가 관측할 수 있는 거리에는 한계가 존재합니다. 이는 빛의 유한한 속도로 인해 멀리 떨어진 물체에서 오는 빛이 우리에게 도달하는 데에는 시간이 걸리기 때문입니다. 빛은 초당 약 30만 킬로미터의 속도로 이동하며, 이는 매우 빠른 속도입니다. 하지만 우주의 거대한 규모와 비교하면 빛의 속도는 아주 작은 것으로 간주됩니다. 따라서, 우주의 특정 지점을 넘어서면 물체는 빛의 속도보다 더 빠르게 멀어지게 되어서 우리에게 도달할 수 없습니다. 이를테면, 만약 어떤 물체가 우리로부터 10억 광년 떨어져 있다고 가정하면, 그 물체에서 오는 빛은 10억 년이 걸려 우리에게 도달합니다. 이러한 현상으로 인해 우리의 관측 범위에는 한계가 존재하며, 이를 관측 가능한 지평선이라고 합니다. 관측 가능한 지평선은 우주의 나이와 빛의 속도로 결정되며, 우주의 나이가 증가하고 빛의 속도로 인해 멀리 있는 물체에서 오는 빛이 우리에게 도달하는 동안 우주의 팽창으로 인해 그 물체와의 거리가 점점 멀어지기 때문에 발생합니다. 따라서, 관측 가능한 지평선을 넘어선 영역에 있는 물체는 우리에게 영구적으로 관측할 수 없습니다.
관측 가능한 우주 너머
우주는 우리가 관측할 수 있는 범위를 훨씬 넘어서 확장될 수 있습니다. '관측 불가능한 우주'라는 개념은 우리가 관측할 수 있는 우주 바깥에 존재하는 영역으로, 우리의 관측 능력을 넘어서서 볼 수 없거나 상호작용할 수 없는 영역이라고 시사합니다. 우주의 크기와 복잡성은 우리의 관측 능력을 한계화시킵니다. 현재의 첨단 기술을 사용하여도, 우리가 관측 가능한 우주의 범위를 넘어서는 영역은 여전히 관측할 수 없는 상태로 남아 있을 수 있습니다. 이러한 영역은 빛의 도달이 불가능하거나 상호작용이 불가능한 영역으로 생각될 수 있습니다. 실제로, 현재의 기술로는 관측할 수 없는 우주의 영역에 대한 이론적인 추론과 가정들이 제시되고 있습니다. 예를 들어, 우주의 초기에 형성된 빠르게 팽창하는 영역인 인플레이션 단계에서 형성된 우주 뒤편의 영역은 우리가 관측할 수 없는 영역으로 여겨집니다.
우주론에 대한 지속적인 연구와 발전은 우주의 크기와 구조에 대한 우리의 이해를 계속 개선하고 있습니다. 우주의 대규모 구조 또한 흥미로운 주제입니다. 우주는 은하단, 초은하단, 필라멘트, 공극으로 구성되어 우주 거미줄과 같은 구조를 이루고 있습니다. 이 구조는 수십억 년에 걸친 암흑 물질과 일반 물질 사이의 중력 상호작용의 결과입니다. 결국은 우주는 무한한 상태로 계속 팽창을 하고 있으며 계속 팽창을 하는 가장 끝자락의 팽창 속도는 빛의 속도를 넘어서서 팽창을 하기 때문에 그 지역에서 발생하는 빛은 다른 방향으로 달린다 해도 다른 방향의 끝에 도달하지 못하기 때문에 결국은 우리 지구에서 결코 볼 수 없는 우주의 특정 장소가 존재할 수 밖에 없다는 게 정말 흥미롭습니다. 이 말은 우주의 크기가 무한하다는 것의 논리적 근거가 되기 때문입니다.