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우주

(universe ; cosmos)

모든 물질과 복사(輻射)를 포함하는 공간과 시간의 전체. 우주라는 말은 시공(時空)을 뜻할 때에는 이 세상에 존재하는 모든 물질 · 공간 · 시간을 포괄하고 지구 밖의 공간을 뜻할 때에는 지구를 둘러싼 원우주(遠宇宙)를 가리켰다.

우주에 관한 최근에 관심은 시공(時空)의 구조가 밝혀지면서 아직도 해명되지 않은 부분에 대한 궁극적 해답이다.

〔과학적 우주관〕 ① 팽창우주의 발견 이전 : 중세 유럽까지의 우주관은 그에 앞선 그리스에서 집대성된 우주였다.

그것은 태양과 행성의 규칙적인 운행을 이해하기 위한「하늘」의 모형으로 그려져 지구를 중심으로 하여 천구와 주천원(周天圓)으로 이루어지는 유한의 우주이며 하늘과 땅은 절대적으로 구별되었다.

16세기 중엽, 천체운행의 규칙성을 둘러싸고 제시된 N. 코페르니쿠스의 태양중심모형(太陽中心模型)은 17세기에서 18세기에 걸쳐 G. 갈릴레이, I. 뉴튼에 의한 천체의 운동을 지상의 운동법칙과 동일한 법칙으로 기술하는 근대과학의 개막으로 발전했으며 이로써 하늘과 땅의 절대적 구별은 없어졌다.

이리하여 태양을 중심으로 행성이 회전하는 태양계가 사람들에게 인식되는 동시에 항성에 대한 관심도 높아져 사람들의 시야는 그 범위가 수만분의 1광년에 지나지 않는 태양계로부터 수 광년 내지 수백 광년이라는 항성계로 확대되었다.

18세기말에 F. W. 허셜에 의해 비롯된 항성계의 연구와 관측의 진보 속에서 광대한 우주공간에는 우리가 속하는 은하계와 똑같은 은하가 무수히 산재한다는 우주상을 그릴 수 있게 되었다.

② 팽창우주와 우주흑체복사(宇宙黑體輻射)의 발견 : 광대한 우주에 산재하는 은하까지의 거리를 실제로 측정하여 은하계 외 공간의 넓이를 알게 된 것은 20세기에 이르러서의 일이다.

멀리 있는 은하의 거리를 측정할 수 있게 된 얼마 후인 1929년 E. P. 허블은 팽창하는 우주를 발견했다.

은하로부터의 빛의 스펙트럼선에 의한 적색이동(赤色移動 ; 도플러 효과로 빛의 파장이 길어지는 것)의 관측으로 먼 곳의 은하는 그 거리에 비례하는 속도로 우리로부터 후퇴하고 있다는 것을 발견한 것이다.

그리고 65년에는 미국의 두 물리학자 A. A. 펜지어스와 R. W. 윌슨이 천공에서 등방적으로 입사(入射)하는 마이크로파를 관측했으며 이에 의해 과거의 우주는 우주흑체복사가 충만해 있을 정도로 고밀도였다는 것이 직접적으로 확인되었다.

③ 현대의 우주상 : 이 팽창우주와 우주흑체복사라는 관측상의 두가지 발견을 기초로 묘사되는 현대의 우주상이 팽창우주론 또는 대폭발설이다.

이 우주론에 의하면 현재의 이 우주는 백수십억년 전에 대폭발을 일으켜, 그 폭발의 여파로서 지금도 팽창을 계속하고 있다는 것이다.

우리는 이 팽창하는 거대한 계(系)의 한계를 찾아내지 못하고 있다.

우리는 팽창하는 계 속에 있으면서 팽창을 인식하고 있으므로 팽창우주를 하나의 유한(有限)한 크기를 가진 천체처럼 생각하는 것은 적당하지 않다.

현재 우주의 크기는 명확하지 않지만 우리가 과학적으로 인식하고 있는 우주는 1,000억 개 이상의 은하를 포함하는 100억 광년의 공간적 범위를 가지며, 과거 100억 년간에 걸친 시간의 범위내에서는 팽창을 계속하고 있는 우주이다.

또 이 공간의 영역에서는 우주는 대략 한결같다.





< 우주_1 >
< 우주_2 >

  <우주>라는 말은 원래는 <시간과 공간>이라는 뜻으로, 지구나 태양 전체를 싸고 있는 큰 공간의 호칭으로서 생긴 말이다. 이것이 <공간과 물질의 모든 것을 포함하는 존재>(universe)라는 뜻과, <지구밖의 공간>(space)이라는 뜻의 2가지로 쓰이게 되었다. 후자의 용법에서는 <원우주>가 지구로부터의 거리 수십∼백만㎞인 데 대하여, 전자의 의미의 우주에서는 <가까운 은하>의 거리가 수백만 광년이라는 모순이 생기고 있는 것은 그 때문이다. 우주에 관한 최근의 화제는, 우주(모든 존재)의 시간 공간에 걸치는 구조가 밝혀지기 시작한 것과, 인간의 우주(지구 밖)로의 진출이라는 2가지일 것이다.
  ● 우주의 다이나믹한 변화
  우주가 무한한 시간의 흐름 속에서 항상 일정한 모습을 유지하고 있는 것은 아니고, 전체적으로 크게 진화하고 있다는 것은, 우주의 원자조성, 전파원의 측정, 우주 흑체방사의 존재 등으로 밝혀졌는데, 불덩어리 우주(빅뱅)에서 비롯되어, 현재의 우주에 이르는 시나리오가 제시되었다.
  우주를 구성하고 있던 균일하고 고온인 가스가 우주의 팽창과 함께 온도가 내려가, 쿼크 등의 고에너지의 소립자에서 양성자·중성자와 같은 소립자로 전환하여, 다시 온도가 내려가 불균일해지고 그 속에서 은하 등의 천체가 생겨났으며, 별이 태어나고, 원자핵반응에 의하여 무거운 원소가 만들어졌으며, 그런 무거운 원자를 모아서 지구가 만들어졌고 그 다음에 물질 진화, 생물의 발생, 생물 진화 끝에, 문명을 지닌 생물인 인간이 탄생하였다 라는 것이 그 줄거리이다.
  우주론은 불덩이에서부터 현재까지의 줄거리를 밝혀냈지만, 불덩어리의 성인, 우주의 종말 등에 대해서는 아직 명확한 것을 제시하지 못하고 있다.
  ● 우주의 시초
  불덩이 우주, 즉 빅뱅의 성인에 대해서는, 최근 연구의 큰 진전이 있었다.
  진공 속에서, 어떤 우연에서, 에너지가 높은 상태가 발생하여, 이것이 급속히 팽창하여 현재의 우주가 되었다는 생각이다.
  현재 우리가 알고 있는 인력, 전기의 힘 등 4가지의 힘이 원래는 똑같은 것이었다는 증거가 차츰 밝혀져 가고 있다. 블랙 홀이 둘레의 진공에 에너지를 빼앗겨서 증발할 가능성이라든가, 극단적으로는 타임머신이 이론적으로 불가능하지 않다든가, 여러 가지 새로운 생각이 나오고 있다.
  진공의 에너지의 흔들림에서 빅뱅이 발생했다는 이 생각을, 그 뒤의 급속한 팽창을 설명한 의미에서 <인플레이션 우주론>이라 부르고 있다. 인플레이션 우주의 생각에서는, 바로 그 옆의 진공에 또 다른 우주가 발생해도 무방하다는 것이 되는데, 우리의 우주에서는 그것을 관측할 수는 없다.
  ● 우주의 <죽음>
  우주 팽창이 계속되어 천체의 거리가 확대되면, 가장 가까운 천체에서도 빛은 거의 오지 않는다. 천체간의 상호작용은 제로가 되고 만다. 각각의 천체의 진화는 있더라도, 우주로서의 진화는 끝이다. 어느 의미에서의 우주의 <죽음>이다.
  더욱 명확한 우주의 죽음의 예언도 있다. 열은 반드시 고온에서 저온으로 흐른다. 또, 가스는 진한 쪽에서 엷은 쪽으로 흐른다. 우주는 항상 한결같은 온도, 밀도의 분포로 흘러간다.
  엔트로피라는 말이 있다. 온도나 밀도, 열량이나 물질이 어떻게 흐르는가를 생각한 개념이다. 고온에서 저온으로 열이, 고밀도 에서 희박으로 물질이 흐른다. 모든 이동에 있어서, 엔트로피는 증대한다. 자연이 완전히 균일해졌을 때, 모든 이동이 멎는다. 최대엔트로피의 실현이다. 우주에는 그 이상 아무런 변화도 일어나지 않는다. 엔트로피라는 열역학의 개념에 입각한 생각인데서, 이것을 우주의 <열사>라 부른다.
  열역학의 기초를 세운 연구로 알려진 볼츠만은 엔트로피 증대의 법칙을 발견하여, 우주의 열사라는 생각에 도달하여 절망한 나머지 자살했다고 한다.
  천체는 모두 움직이고 있다. 언젠가는 충돌이 일어난다. 그 충돌의 상대가 블랙 홀이었다면, 그 천체는 블랙 홀에 빨려 들어가고 말 것이다. 그 다음에는 충돌할 상대도 없으므로, 더 이상 아무런 변화도 없다. 이것도 어떤 의미에서는 우주의 <죽음>이다.
  이와 같은 우주의 <죽음>의 논의는 하나의 현상에 착안하여 그 나름의 설득력이 있다. 그런데 전체를 바라보고 있지 않는 느낌이 드는 것도 확실하다.
  예컨대, 불덩이시대에서 본다면, 현재의 우주는 소립자간의 거리가 길어져버려 거의 상호전환이 없는, 말하자면 <죽음>의 세계이다. 그러나 거기에는 원자와 분자, 천체와 생물이라는 다채로운 <살아 있는> 우주가 있다. 앞에 말한 것과 같은 우주의 첫 번째 <죽음>은, 현재의 우주에서 본 편견이라 할 수 있을 것이다.
  제2, 제3의 우주의 <죽음>이 예언하는 세계는, 한없이 균일해진 세계로, 우주의 시초인 불덩이의 내부를 연상케 한다. 거기에서 현재의 살아 있는 우주가 탄생했다는 것을 생각하면, 한마디로 <죽음>의 세계라고는 생각하기 어려운 것이 아닐까?
  우주의 시초에, 많은 은하가 어떻게 만들어졌는가는 잘 알려져 있지 않다. 은하의 대국적인 분포에, 큰 불균형이 있다는 것이 밝혀지고 있다. 또 우주흑체방사의 고르지 않음을 측정하는 정밀도가 인공위성을 씀으로써 비약적으로 향상되었다. 우주 초기의 밀도의 흔들림이 어떻게 은하의 탄생으로 이어졌는지, 실마리가 잡힐지도 모른다.
  ● 미래를 향하여
  인간의 활동은 지구의 대부분을 커버하고 있다. 이대로 한동안 인류가 멸망하지 않는다고 한다면, 지구만으로는 부족해질 것이 예상된다. 현재는 인간의 지상에서의 활동을 돕기 위한 주주에서의 활동이 주가 되어 있지만, 장래를 지향하는 첫걸음이라는 의미도 간과할 수 없다. 이와 같은 개발에는 대규모의 국제협력이 필요한데, 우주에서의 천문 관측, 궤도 천문대의 건설 등의 국제협력이 시작되려 하고 있다.

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