빅뱅 이후 빛이 제대로 통과할 수 없었던 흐린 우주에서 빛이 산란 없이 직진하며 여행할 수 있게 된 맑은(투명한) 우주로 바뀌는 시기에 대한 이야기, 그리고 우주 마이크로파 배경(Cosmic microwave background)의 시작점에 대한 이야기입니다.
Transcript(Korean)
빅뱅 이후의 초기 우주는 상상할 수 없을 만큼의 엄청난 에너지와 온도를 가지고 급격히 팽창을 하고 있었는데, 몇 단계의 큰 변화를 겪은 후에도 우주의 온도는 너무도 높아서 우리가 흔히 알고 있는 수소 및 헬륨등 전기적으로 중성인 원자들이 아직 만들어질 수 없었다고 합니다.
그리고, 모든것의 빌딩블럭인 원자조차 만들어지지 않은 상태였기 때문에 당연히 별, 은하, 행성 등은 존재하지 않았다고 합니다.
대신에 그 당시 우주를 구성하는 주요 요소로서는,
첫번째로, 빛, 즉 전자기파와,
두번째로는, 전기적 입자인 전자와 양성자,
그리고 마지막으로, 양성자와 중성자가 결합한 원자핵등이 어마어마하게 빠른 속도로 마치 기체처럼 움직이고 있었다고 합니다.
전자 및 양성자 등 전기적으로 중성이 아닌 입자들이 따로 따로 있는 상태를 플라즈마 상태라고도 하는데요. 그 당시 우주는 엄청난 에너지를 가지고 팽창하는 플라즈마와 빛, 즉 전자기파가 주요 구성요소였습니다.
그리고 이건 제 생각인데, 현재 우리가 보는 우주의 모든 별, 그리고 행성등이 원래 이 플라즈마로부터 나왔기 때문에 그 당시 초기 우주의 플라즈마의 양도 어마어마 했을 것 같습니다.
자, 그런데, 전자기파인 빛은 전기적으로 중성이 아닌 플라즈마와 많은 상호작용을 일으키기 때문에 멀리 나아가지 못하고 산란이 되어 버린다고 하네요.
따라서, 그 당시 우주는 빛들이 마음대로 공간을 통과할 수 있는 현재와 같은 맑은 우주가 아니라, 흡사 짙은 안개와 같은 플라즈마 때문에 빛이 산란을 일으켜 제대로 공간을 통과할 수 없었던 아주 흐리고 불투명한 우주였다고 합니다.
이렇게 빛과 플라즈마가 공존하던 불투명한 우주는 계속해서 열심히 팽창을 하고 있었고, 마치 팽창하는 가스의 온도가 떨어지듯이 팽창하는 우주의 온도도 계속해서 낮아져서 플라즈마 상태의 전자와 양성자, 그리고 간단한 원자핵들이 점점 그 운동 에너지를 잃으면서 서로 결합을 하기 시작했다고 합니다.
즉, 우주에서 처음으로 원자가 만들어지기 시작했고, 빅뱅이후 약 38만년, 즉 지금으로부터 약 138억년 전에 우주는 더이상 플라즈마가 아닌, 전기적으로 중성인 수소와 헬륨 원자 등이 전자기파인 빛과 함께 존재하게 되었다고 합니다.
그런데, 전기적으로 중성인 원자들은 빛과의 상호작용이 아주 특정한 파장에서만 일어나기 때문에 플라즈마 상태 때와 비교를 한다면, 원자와 빛과의 상호작용은 거의 없는 것이나 마찬가지일 정도로 미미하다고 합니다.
그렇기 때문에 우주의 온도가 낮아지면서 플라즈마가 원자들로 바뀌기 시작하고, 우주는 마법처럼 플라즈마의 안개가 걷히면서 지금처럼 빛들이 마음대로 통과할 수 있는 맑은 우주가 되었다고 합니다.
그리고, 이 때 우주의 온도는 엄청나게 많이 떨어져서 약 3000 켈빈 정도가 되었다고 합니다.
정말로 놀라운 사실은, 이렇게 처음으로 우주가 맑아지면서 우주 여행을 시작하게 된, 그당시 3000 캘빈이라는 높은 온도에서 나온 빛들이 138억년이 지난 지금도 우주의 모든 방향에서 전파 망원경으로 관측이 되고 있다고 합니다.
완전히 쇼킹한 이야기인데요! 이 138억년 된 빛을 과학자들은 우주 마이크로파 배경 이라고 부른다고 합니다. 정말로 우주는 그 자체가 타임머신인 것 같습니다!!
자, 오늘은 여기까지 하고 다음 시간에 계속해서 이야기 나누도록 할게요.
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#우주팽창 #우주역사 #재결합 #CMB