우주의 지름 관측이 가능할까?

천문학자들은 망원경으로 얼마나 멀리까지 볼 수 있을까요? 천문학자들이 볼 수 있는 한계는 그들이 사용하는 장비 때문이 아니에요. 아무리 좋은 망원경을 만들어도 더 이상 볼 수 없는 한계가 있어요.

우주의 지름

그 한계는 우주 탄생의 성격에서 비롯된 것인데요. 우주 초기 38만 년 동안에는 우주가 전자와 양성자가 결합해 원자를 형성할 수 없을 정도로 온도가 높았어요. 그동안에는 수많은 전자와의 충돌로 빛이 조금도 앞으로 나갈 수 없었어요.

우주의 지름 관측이 가능할까?

전자와 원자핵이 결합하여 중성 원자를 형성할 수 있을 만큼 온도가 내려간 후에야 빛의 일부가 후에 천문학자가 망원경으로 그 빛을 관측하게 될 지구가 형성될 지점을 향해 달리기 시작했어요. 이 우주 초기의 빛이 우주 마이크로파 배경 복사다. 우주 배경 복사는 우리가 볼 수 있는 가장 멀리 있는 것으로, 지구를 중심으로 구형의 경계를 형성하고 있어요. 이를 관측 가능한 우주라고 해요. 관측 가능한 우주는 전체 우주의 일부다.

중심 그리고 우주

관측 가능한 우주의 정의에 의하면, 우리는 관측 가능한 우주의 중심에 있지만 우리가 있는 곳이 우주의 중심은 아니에요. 우주에는 중심이 따로 없기 때문인데요.

쉽게 생각하면 우주에는 중심이 있어야 하는 것 같다. 우주는 빅뱅과 함께 시작되었고 그 후 계속 바깥쪽을 향해 팽창해 왔다. 그렇다면 우주에 빅뱅이 시작된 점이 있는 것이 논리적으로 맞는 이야기일 듯싶어요. 예를 들어 방에서 폭탄이 터졌을 때 수사관은 파편들을 조사하여 어느 지점에서 폭발이 일어났는지를 알아낸다.

최근의 관측 자료에 의하면 빅뱅은 138억 년 전에 있었어요. 따라서 CMB 포톤은 우주 공간을 134억 년 동안 달렸습니다. 다시 말해 현재 우리에게 도달하는 우주 배경 복사는 134억 광년 떨어진 곳에서 출발한 빛인데요. 그러나 이 거리는 빛이 우리를 향해 출발할 때 빛이 출발한 지점까지의 거리다.

빛이 우리를 향해 오고 있는 동안에도 우주는 계속 팽창해 그지점이 이제는 우리로부터 훨씬 멀어지게 되었어요. 우주 팽창 모델에 따르면, 그 지점까지의 현재 거리는 465억 광년인데요. 이것이 관측 가능한 우주의 반지름인데요. 따라서 관측 가능한 우주의 지름은 이 거리의 두 배인 930억 광년인데요.

그런데 빅뱅과 폭탄이 터지는 사건 사이의 핵심적인 차이는 폭탄이 폭발하기 전에방이 있었다는 것인데요. 빅뱅을 폭탄의 폭발로 가정하다 보면 이 폭발이 일어나기 전에는 방이 없었어요.

폭발하면서 방도 만들어졌어요. 따라서 현재 우주의 어느 지점이 빅뱅이 일어날 당시엔 어디에 있었는지 묻는다면 그 답은 항상 모든 것이 시작된 최초의 점이라고 할 수밖에 없어요. 빅뱅은 모든 곳에서 동시에 일어났어요 따라서 우주에는 특별한 하나의 중심점 같은 것이 없어요.

3차원 과 우주

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