우주의 모양은 어떨까?

일반상대성이론에서 우주는 종이처럼 평평한 모양의 공처럼 닫힌 형태의 안장처럼 벌어진 형태의 세 가지 형태 중 하나를 취합니다 이 천문기하학은 우주의 운명은 그것에 달려 있습니다. 프린스턴 대학의 우주학자 데이비드 스페겔 씨가 말하는 것처럼 '우주의 형태는 우리에게 우주의 과거와 미래에 대해 가르쳐 준다.' 우주는 영원히 팽창하는 것인지, 이윽고 붕괴하는 것인지, 유한한 것인지 무한한 것인지, 모든 것은 그 형태와 관련된 문제이다. 이처럼 중대한 문제가 있는 문제에 대해, 그 구조는 매우 단순하며 우주의 최종 구조는 밀도와 팽창률이라는 두 가지 요인에 의해 결정됩니다. 

 

닫힌 우주냐, 열린 우주냐, 편평한 우주냐. 우주의 약 68%는 다크 에너지이고 27%는 다크 매터입니다 나머지는 정상적인 물질이고 행성이나 항성등의 물질입니다 우주의 밀도란 이 물질의 어느 정도가 공간에 채워져 있는가 하는 것입니다.만약 우주의 밀도가 팽창의 힘을 극복하기에 충분한 크기라면, 우주는 둥글게 되어 공 모양이 될 것이다. 이것은 클로즈드 모델이라고 불리며, 정의 곡률을 가진 공과 비슷합니다. 이 우주의 놀라운 특성은 유한하면서도 한이 없다는 것이다. 은하계 사이의 페르디난드 마젤란은 벽에 부딪치거나 가장자리에서 떨어지지 않고 우주를 영원히 횡단할 수 있었습니다. 한편, 우주의 밀도가 낮아, 팽창을 멈출 수 없는 경우는, 공간은 반대 방향으로 젖혀 버린다. 이것은 안장과 같은 부의 곡률을 가진 열린 우주를 형성합니다.

 

3가지 가능한 우주 기하학입니다. 고르디록스라고 하는 우주의 시나리오도 있습니다 과학자들은 이것이 가장 타당하다고 말합니다 우주학적 증거의 대부분은 우주의 밀도가 딱 좋은 것을 나타내고 있습니다 1.3입방야드 당 약 6양자에 상당합니다 그리고 정면으로 굽어지지 않고 모든 방향으로 팽창하는 것을 나타내고 있습니다 다시 말해 우주는 평평하다. 평평한 우주는 무슨 뜻일까요? 이 평면성은 우리가 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 2차원적인 것은 아니지만 몇 가지 유사한 점에서 상상할 수 있습니다.예를 들어 당신이 네모난 방의 한 구석에 서 있다고 칩시다. 벽을 따라 10피트 걸어서 다음 모퉁이까지 가서 1미터 더 걸어가면 다시 90도 방향을 바꾸세요 이것을 두 번 더 실행하면 처음 시작할 때의 자신 자신이 되돌아옵니다사각형이 완성되었습니다. 이것은 우리가 고등학교에서 배운 표준 유클리드 기하학으로, 한가지 차원을 더 추가하면 평평한 우주가 됩니다. 그러나 이 실험을 폐우주를 대표하는 바로 굽은 공간에서 실시하는 것은 다른 결과를 낳겠지요. 이번에는, 지구의 적도로부터 출발하여, 북극까지 걸어 주세요. 그리고 나서 90도 방향을 바꾸어 적도로 돌아가 주세요 다시 한번 90도 회전하여 원점으로 돌아갑니다. 평평한 우주의 예에서는 제자리로 돌아오는 데 네 번이 걸렸지만 닫힌 우주의 예에서는 세 번밖에 없습니다.아직 혼란스러운 경우는 다른 예를 다음에 나타냅니다. 평평한 우주에서는, 이웃해서 날고 있는 2개의 로켓은 항상 평행한 채로 있다. 이것은 닫힌 우주와는 달리 2개의 로켓의 경로가 분리되어 우주의 곡률을 따라 이동하고 최종적으로 주회하여 로켓이 출발한 장소에 도달합니다 부담스럽게 만곡된 개방적인 우주에서는 로켓은 분리되고 다시는 교차하지 않습니다.

 

우주 위기. 우주의 형태를 아는 최선의 단서는, 모든 방향으로부터 우리에게 방사하는 빅 뱅의 여운인 우주 마이크로파 배경(CMB)에 포함되어 있다. 과학자들은 수십 년간 CMB의 온도 변동을 반복 측정해 왔습니다만, 기본적으로 최대한 큰 규모로 삼각법을 사용하고 있지만 곡률은 거의 보이지 않았습니다. 평평한 우주는 Lambda Cold Dark Matter(ΛCDM; 람다 콜드 다크매터) 모델이라고도 불리는 표준 우주 모델의 중요한 요소입니다. (Λ은 그리스어로 람다를 뜻하며, 다크 에너지를 뜻합니다.) 그러나 2019년 후반 로마 사피엔자 대학의 알렉산드로 메르쿄리 씨와 동료는 플랑크 우주 관측소의 CMB 측정치가 폐우주를 나타낸다고 결론지은 논문을 발표했습니다.이들은 중력렌즈의 양을 분석해 CMB에서 나오는 빛이 그 경로상의 물질인 중력에 의해 얼마나 편향됐는지 살펴본 뒤 Λ CDM 모델의 예측보다 더 높은 수치를 발견했다. 데이터를 잘못된 모델에 적합하려고 하는 것이 아니라 평평한 우주의 가정을 제거하면 편차는 사라진다고 그는 말합니다. 플랑크의 공동연구(메르키오리도 그 일부)도 렌즈 이상을 검출했지만, 그것은 중요하지 않았다. '그것은 매우 간단하게 살아갈 수 있는 것입니다'라고 영국 브라이튼에 있는 서식스 대학의 우주학자이자 플랭크 팀의 멤버이기도 한 안토니 루이스씨는 말한다. "그는 대부분의 연구자들과 마찬가지로, 통계적 혼동 때문이라고 생각하고 있어. ""큰 데이터 세트를 입수해서 기묘함을 찾는다면 분명 그것을 발견할 수 있을 겁니다.""라고 루이스 씨가 말합니다. 메르쿄리 씨는 자신이 약간의 악덕론자임을 인정하지만, 과학자들은 계속 겸손하며 플랭크의 데이터를 완전히 무시해서는 안 된다고 믿습니다. 그의 주장은 우주는 닫혀 있다는 것이 아니라 이 모순이 우리에게 무엇인가 중요한 것을 가르치고 있다는 것입니다 그는 그 발언의 의미도 인식하고 있다. 그와 공저자들은 그것을 우주학적 위기로 간주했다. "닫혀진 우주를 상상해 보면, 그것은 작은 재앙이라고 생각합니다. 왜냐하면 플랭크의 데이터와 긴장하기 시작하는 데이터 세트가 많이 있기 때문입니다."라고 그는 말합니다.

 

보이는 대로 평평하다. 만약 사실이라면 수십 년에 걸친 천문학적 발견을 뒤엎는 일이 되겠지요 그러나 이 데이터를 제외하면 우주가 평평한 것을 의심할 이유는 조금도 없습니다 칠레의 아타카마 우주망원경(ACT)이나 윌킨슨 마이크로파 이방성 프로브와 같이 CMB의 다른 측정치는 모두 평탄도와 일치하고 있습니다. 다른 소스로부터의 데이터, 특히 바리온 음향 진동--빅뱅 후에 일어난 원시 음파의 은하에 남겨진 흔적--또한 평탄함을 나타내고 있습니다. "메르키올리의 논문은 그러한 압도적인 증거에 대부분의 과학자들이 유일무이한 선례를 두고 회의를 불러일으킬 것입니다."라고 슈파겔이 말합니다" 플랭크의 데이터 특징은 긍정적인 곡률을 지지합니다 「그러나, 보다 많은 데이터를 입수하면, 매우 일관되고 평평한 우주의 모습을 볼 수 있습니다」라고 그는 덧붙이고 있습니다. 12월에 발표된 논문에서는 Spergel 씨와 ACT에 관련된 다른 연구자 수십 명이 자체 데이터와 다른 데이터 셋을 플랭크 데이터와 결합하였습니다. 그들은 '평탄성으로부터의 일탈의 증거는 없으며, [플랭크 편차]는 통계적인 변동이라는 해석을 뒷받침하는 것이다'는 것을 발견했다. 멜키올리의 논문 발표 이후 케임브리지대 우주학자 조지 예프스타치오 씨와 스티븐 글래튼 씨의 지난해 2월 분석도 비슷한 결론에 도달했다. 그들에 관한한 ΛCDM 모델을 갱신할 필요가 없습니다. 적어도 현재 우주는 3차원의 종이처럼 보이지만 메르쿄리가 실제로는 폐쇄적이라고 주장하지 않는 것처럼 모든 과학자가 평면적이라고 주장하는 것은 아니다.우리의 관점에서는 그렇게 보인다. 우리의 관측 체계는 정의상으로는 관측 가능한 우주에 한정되어 있어서 무언가가 결여되어 있을 수도 있습니다. 그러나 만약 우주가 굽어 있다면 거대할 것이 틀림없기 때문에 930억 광년 전체는 곡률을 밝히기에 충분한 크기가 아닙니다 지구의 예를 들면, 우리는 안개 속에 서 있어서 작은 평평한 땅 너머를 볼 수 없는 것일지도 모른다고 그래튼 씨는 말합니다.그러나 지평선은 우리가 구체 위에 살고 있는 것을 증명하고 있는 것입니다. "우주가 평평하다는 것은 우주의 일부분이 평평한 표면의 3D 아날로그의 일부라는 것입니다. "라고 그는 말합니다.