우주의 구성 (일반물질, 암흑물질, 암흑에너지)우리가 눈으로 보는 별과 행성, 그리고 인간까지 포함한 모든 것이 사실 우주의 5%도 안 된다면 믿어지시겠습니까? 처음 이 수치를 접했을 때 저도 한참 멈칫했습니다. 평생 "우주는 별로 가득하다"라고 막연히 생각해 왔는데, 실제로는 우리가 아는 물질 전부가 우주라는 거대한 바다에서 물 한 방울 수준이라는 이야기였으니까요.일반물질: 우리가 아는 전부, 그런데 고작 5%별, 행성, 가스구름, 인간의 몸 — 이 모든 것을 물리학에서는 바리온 물질(Baryonic Matter)이라고 부릅니다. 여기서 바리온 물질이란 양성자와 중성자로 이루어진 원자 기반의 물질, 쉽게 말해 우리가 눈으로 보고 손으로 만질 수 있는 모든 물질을 의미합니다.그런데 현재 우주론 표준 모형..

별빛 스펙트럼 (흡수선, 적색편이, 우주팽창)별빛을 보면서 저 빛이 단순한 밝기 이상의 정보를 담고 있다고 생각한 적 있으신가요? 저도 처음엔 그냥 먼 곳에서 오는 빛이라고만 여겼습니다. 그런데 스펙트럼 분석이라는 개념을 접하고 나서 생각이 완전히 바뀌었습니다. 빛 하나로 별의 성분과 온도, 움직임까지 읽어낸다는 사실이 처음엔 믿기 어려울 정도였습니다.흡수선, 별이 숨겨둔 서명빛을 프리즘으로 분해하면 무지개처럼 색이 펼쳐집니다. 그런데 그 색의 띠를 자세히 들여다보면 특정 위치에 검은 선들이 박혀 있습니다. 이걸 흡수선(Absorption Line)이라고 부릅니다. 여기서 흡수선이란, 별빛이 별 대기를 통과하면서 특정 원소가 특정 파장의 빛을 흡수해 남기는 고유한 검은 줄무늬를 의미합니다. 마치 지문처럼..

우주의 냉각 (팽창, 엔트로피, 열적 죽음)솔직히 저는 오랫동안 "우주는 뜨겁다"는 막연한 인상을 갖고 있었습니다. 별이 핵융합으로 타오르고, 빅뱅이라는 폭발로 시작됐다고 하니 당연히 뜨거운 공간일 거라 생각했습니다. 그런데 실제 우주의 평균 온도는 현재 약 2.7K(-270.45℃)에 불과합니다. 이 수치를 처음 봤을 때 머릿속이 잠깐 멈췄습니다. 별이 저렇게 많은데 왜 우주는 거의 절대영도에 가까운 걸까, 하고요.우주는 팽창하면서 왜 차가워지는가빅뱅 직후 우주의 온도는 약 10의 32 제곱 켈빈(K) 수준으로 추정됩니다. 켈빈(K)이란 절대온도 단위로, 0K는 물질이 더 이상 에너지를 잃을 수 없는 이론적 최저 온도인 절대영도(-273.15℃)를 의미합니다. 그 상태에서 우주는 팽창을 시작했고, 지금..

암흑에너지 (우주 팽창, 암흑물질, 코스모스)우주가 점점 느려지며 수축할 거라고 생각하셨나요? 저도 그렇게 당연히 믿고 있었습니다. 그런데 실제 관측 결과는 완전히 반대였습니다. 우주는 지금 이 순간에도 점점 더 빠르게 팽창하고 있고, 그 원인을 과학자들은 아직 제대로 설명하지 못하고 있습니다. 이 불편한 사실이 저를 암흑에너지라는 주제로 끌어들였습니다.우주 팽창, 왜 느려지지 않는 걸까중력은 물질을 서로 끌어당깁니다. 그렇다면 우주도 시간이 흐를수록 팽창 속도가 줄어드는 것이 자연스럽지 않을까요? 저도 처음에는 그게 당연한 흐름이라고 생각했습니다. 그런데 1990년대 후반, 초신성(supernova) 관측 데이터를 분석하던 두 연구팀이 전혀 다른 결론에 도달했습니다. 여기서 초신성이란 항성이 수명을 다..

열적 죽음 (엔트로피, 호킹복사, 우주팽창)우주의 마지막 순간을 상상할 때, 대부분 거대한 폭발이나 충돌을 떠올립니다. 저도 한동안 그렇게 생각했습니다. 그런데 실제로 현재 가장 유력하게 논의되는 시나리오는 완전히 반대였습니다. 소리도, 빛도, 움직임도 없는 상태. 그것이 열적 죽음(Heat Death)이라 불리는 우주의 마지막 모습입니다.엔트로피가 결국 우주를 멈춘다일반적으로 우주의 종말은 무언가 극적인 사건으로 끝날 거라고 알려져 있지만, 저는 열적 죽음 이론을 처음 접하고 나서 그 생각이 완전히 바뀌었습니다. 열적 죽음의 핵심 근거는 열역학 제2법칙입니다. 여기서 열역학 제2법칙이란, 고립된 계 안에서 엔트로피는 시간이 지날수록 항상 증가한다는 법칙입니다.엔트로피(Entropy)란 쉽게 말해 '무질..

암흑에너지와 우주 팽창 (우주상수, 적색편이, 빅 립)우주가 점점 느려지고 있다고 생각하셨나요? 저도 그렇게 믿고 있었습니다. 그런데 실제 관측 결과는 완전히 반대였습니다. 우주는 지금 이 순간도 점점 더 빠르게 팽창하고 있고, 그 원인은 아직 아무도 정확히 모릅니다. 이름만 붙여놓은 존재, 암흑에너지 이야기입니다.우주상수와 팽창 가속, 무엇이 밝혀졌나중력이 있는데 왜 우주 팽창이 빨라지냐고 묻는다면, 저도 처음에 그게 가장 이상했습니다. 은하와 은하 사이에는 질량이 있고, 질량은 서로 끌어당깁니다. 빅뱅 이후 우주가 퍼져나가더라도 중력이 서서히 그 속도를 줄일 거라는 건 직관적으로 당연한 결론처럼 보였습니다. 실제로 오랫동안 많은 과학자들도 같은 예측을 했습니다.그 예측이 완전히 뒤집힌 건 1990년대..