우주 관측 (전자기파, 다중파장, 우주정보)우주 사진이 그냥 카메라로 찍은 이미지라고 생각했던 적 있으신가요? 저는 꽤 오래 그렇게 믿었습니다. 알고 보니 허블이나 제임스웹 우주망원경이 포착하는 이미지는 눈에 보이지 않는 파장의 데이터를 색으로 변환해 합성한 결과물입니다. 우주는 생각보다 훨씬 많은 말을 하고 있었고, 우리는 그중 극히 일부만 눈으로 보고 있었던 것입니다.전자기파: 우주가 정보를 보내는 방식일반적으로 빛이라고 하면 눈에 보이는 가시광선만 떠올리기 쉽습니다. 저도 그랬습니다. 그런데 가시광선은 전자기파(electromagnetic wave) 스펙트럼 전체에서 극히 좁은 범위에 불과합니다. 여기서 전자기파란 전기장과 자기장이 서로를 유도하며 공간을 파동 형태로 전파하는 에너지를 말합니다. 파..

시간의 화살 (엔트로피, 열역학 제2법칙, 시간 비대칭성)솔직히 저는 오랫동안 "시간이 왜 한 방향으로만 흐르는가"라는 질문을 그냥 당연한 것으로 넘겼습니다. 숨을 쉬는 것처럼 너무 자연스러워서 의심할 이유가 없었던 거죠. 그런데 멀티버스 이야기를 파다가 시간의 본질에 관한 내용을 마주쳤고, 생각보다 훨씬 깊은 물음이라는 걸 뒤늦게 깨달았습니다. 과거로 돌아갈 수 없다는 건 직관적으로 알지만, 왜 그런지를 설명하려면 이야기가 꽤 복잡해집니다.엔트로피가 쌓이면서 시간이 흐른다과학에서 시간이 한 방향으로만 흐르는 현상을 '시간의 화살(Arrow of Time)'이라고 부릅니다. 여기서 시간의 화살이란, 과거에서 미래로 향하는 시간의 방향성이 물리적으로 비대칭하다는 개념입니다. 그냥 철학적 표현이 아니라, 실..

멀티버스 이론 (인플레이션, 다세계 해석, 인류 원리)우주가 딱 하나라는 게 사실 더 이상한 가정 아닐까요? 처음 멀티버스라는 말을 들었을 때 저도 그냥 영화 마케팅 용어 정도로 넘겼습니다. 그런데 물리학 이론을 들여다보면 볼수록, 우주가 단 하나여야 한다는 근거가 오히려 희박하다는 생각이 들었습니다. 멀티버스는 공상이 아니라 현대 물리학이 자연스럽게 도달하는 결론에 가까울 수 있습니다.인플레이션 이론이 열어놓은 가능성일반적으로 멀티버스는 공상과학의 영역이라고 알려져 있지만, 제가 관련 내용을 직접 찾아보니 출발점이 꽤 단단한 물리학 이론이었습니다. 그 중심에 있는 게 바로 인플레이션(Inflation) 이론입니다. 여기서 인플레이션이란 빅뱅 직후 우주가 빛보다 빠른 속도로 극도로 짧은 시간 안에 폭발적..

우주 인플레이션 이론 (지평선 문제, 급팽창, 우주배경복사)빅뱅 이후 불과 10의 마이너스 36승 초 만에 우주의 크기가 10의 26승 배 이상 폭발적으로 커졌다는 계산이 있습니다. 처음 이 숫자를 봤을 때 저는 솔직히 단위 자체를 이해하는 데 한참 걸렸습니다. 숫자가 너무 커서 현실감이 없었거든요. 그런데 이 황당해 보이는 이론이 현재 우주의 모습을 가장 잘 설명한다는 사실이, 공부할수록 더 신기하게 느껴졌습니다.지평선 문제: "왜 우주는 어디를 봐도 똑같이 생겼을까"우주를 처음 공부하면서 저를 가장 오래 붙잡아 둔 질문이 있었습니다. 밤하늘 동쪽과 서쪽을 각각 관측하면 서로 너무나 비슷한 온도와 구조가 나온다는 것입니다. 그냥 비슷한 게 아니라 10만 분의 1 수준의 오차 안에서 균일합니다. 문제는 ..

우주 균일성 (등방성, 지평선 문제, 인플레이션)밤하늘을 오래 올려다본 적 있으신가요? 저도 어릴 때 별을 보면서 방향이 달라도 왠지 비슷하게 생겼다는 느낌을 받은 적이 있습니다. 막연히 그러려니 했는데, 이게 사실 우주론 역사에서 수십 년간 풀리지 않던 진짜 수수께끼였습니다. 우주가 어느 방향을 봐도 비슷하게 보인다는 현상, 그 뒤에 어떤 이야기가 숨어 있는지 저도 알고 나서 꽤 오래 머릿속에서 맴돌았습니다.등방성, 당연한 것처럼 느껴지지만일반적으로 우주는 그냥 넓고 비슷비슷한 공간이라고 알려져 있지만, 제가 처음 우주론을 공부했을 때 이 '비슷비슷함'이 얼마나 정밀한 수준인지 알고 나서 좀 다른 시선으로 보게 됐습니다.등방성(Isotropy)이란 어느 방향에서 관측해도 동일한 성질이 나타나는 특성을 ..

우주의 모양 (기하구조, 우주배경복사, 곡률)저도 처음엔 우주가 그냥 '끝없이 넓은 공간'이라고만 생각했습니다. 그런데 우주에도 모양이 있다는 이야기를 처음 접했을 때, 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 우주 전체의 기하구조를 세 가지로 분류한다는 것, 그리고 그 형태가 우주의 운명과도 직결된다는 것. 생각보다 훨씬 깊은 이야기였습니다.우주에도 기하구조가 있다는 게 무슨 뜻일까혹시 우주가 어떤 모양인지 생각해 본 적 있으신가요? 저는 이 질문을 처음 마주했을 때 막연히 구(球) 형태를 떠올렸습니다. 그런데 우주론에서 말하는 '모양'은 우리가 눈으로 보는 겉모습이 아니라, 공간 자체가 어떻게 휘어져 있는지, 즉 공간의 곡률(curvature) 문제입니다. 여기서 곡률이란 공간이 기하학적으로 얼마나 구부러져 ..