우주의 기원

점에서 태어난 별과 우리들

빅뱅

138억 년 전, 아주 작은 점에서 우주는 시작되었습니다.

작은 점에서 응축된 힘은 폭발하고 팽창하며 우주 공간을 만들기 시작했습니다.

13.8 billion years ago, the universe began at a very small point.

At the point, the condensed power begins to explode and expand, creating outer space.

입자와 힘의 탄생

빅뱅 이후 1초가 지나는 동안, 우주에서의 첫 탄생이 이루어졌습니다.

우주의 4대 힘인 강력, 약력, 전자기력, 중력이 뭉쳐져 생겨난 뒤 분리되었습니다.

이때 ‘힉스 메커니즘’이 발생하여 우주에 존재하는 모든 존재는 질량을 갖게 되었습니다.

우주는 급격히 팽창하여 처음의 작은 점 보다 지름 1,043배, 부피 10.129배로 커졌습니다.

따라서 우주는 조금 차가워졌습니다.

One second after the Big Bang, the first birth in space took place.

The universe expanded rapidly, becoming 1,043 times the diameter and 10,129 times the volume of the first small pixel. So the universe got a little colder.

대폭발

빅뱅 이후 3분이 지났습니다. 우주 온도는 계속해서 식어 1억 ℃가 되었습니다.

이 온도가 되자 수소 폭발이 이루어지기 좋았고

양성자와 중성자에 의한 수소 핵융합이 일어났습니다.

이때 수소와 헬륨이 대량 생산되어 현재까지 우주에서 가장 많은 물질이 되었습니다.

원자의 결합

시간이 흘러 빅뱅 이후 38만 년에 다다랐습니다.

우주의 온도는 3,000 ℃ 가 되었습니다.

분리되어 있던 원자핵과 전자가 결합을 하기 시작하며 중성 원소가 되었습니다.

결합하지 못해 통행을 방해하던 전자가 사라지면서 광자도 자유롭게 우주 공간을 날아다니기 시작했습니다.

그래서 이 때부터 무언가를 볼 수 있게 되었습니다. (아직은 빛을 내는 별이 없지만요)

암흑시대

빅뱅이 있고 4억 년이 지났습니다. 우주배경복사가 퍼져나간 후 암흑물질이 우주를 채우게 됩니다.

우주는 매우 어두운 상태였지만 곧 암흑물질의 중력이 물질을 모아 초기 은하를 만들었습니다.

다양한 항성들이 강한 중력으로 생겨나고 폭발하여 사라지는 과정이 반복되었습니다.

이 과정은 탄소, 산소, 마그네슘, 철 등 무거운 원소를 만들고

우주공간에 흩뿌렸습니다.

무거운 원소들이 우주를 돌아다니며 서로 뭉치며 지구라는 행성도 생겨났습니다.

적절한 기후로의 변화는 생명체를 만들었습니다.

생명의 탄생

빅뱅 이후 138억 년이 흐른 뒤,

별의 폭발로 만들어진 지구라는 행성에 인간이 살기 시작했습니다.

인간은 신화를 만들고, 종교를 믿고, 과학적 탐구를 하며

우주를 이해하는 여정을 시작했습니다.

연구의 역사

세상을 관찰하고 이해하다

‘지구가 태양의 주위를 돌고있다’

- 니콜라우스 코페르니쿠스 -

코페르니쿠스는 종교가 과학을 억압하던 시절,

1543년 <천체의 회전에 관하여>를 통해 지구의 이중 운동에 대해 처음 주장하였습니다.

따라서 코페르니쿠스는 당대 사회와 이후 과학자들에게 매우 큰 영향을 미쳤습니다.

Nicolaus
Copernicus

Johannes 
Kepler

케플러 제1법칙 - 궤도의 법칙

- 요하네스 케플러 -

케플러는 케플러의 제1~ 제3법칙으로 이름을 알렸습니다.

그는 제1법칙 궤도의 법칙에 의해

지구 이외 여러 행성들이 태양 주위를 타원 궤도를 그리며 돌고 있음을 주장했습니다.

지동설의 주장 ‘그래도 지구는 돈다’

- 갈릴레오 갈릴레이 -

갈릴레이는 지구를 중심으로 천체가 회전하는 것이 아니라

지구가 태양을 기준으로 돌고 있음을 주장하였습니다.

그는 당시 종교재판소에 수차례 회부되어 주장을 철회하도록 강요받았습니다.

그러나 <대화-천동설과 지동설, 두 체계에 관하여>를 끝내 저술했고

노년까지 평탄하지 않은 삶을 살았지만

이로 인해 근대 과학의 문을 열었다고 평가받고 있습니다.

Galileo 
Galilei

Isaac
Newton

만유인력의 법칙

- 아이작 뉴턴 -

뉴턴은 물체에 작동하는 중력과 원심력을 설명하는 만유인력의 법칙을 발표했습니다.

발표 당시 아직 종교 기관의 눈치를 봐야 했기에

그는 우주적 힘의 논리를 만든 것은

신의 손이라는 내용으로 중력 법칙의 설명을 시작했습니다.

그가 물리학의 주요 이론을 모두 확립했기에 후대 과학자들은

‘뉴턴 경이 모든 연구를 완료해서 더 이상 할 것이 없다’라며 회의감을 느끼기도 했습니다.

중력파 가설 ‘신은 주사위 놀이를 하지 않는다’

- 알버트 아인슈타인 -

아인슈타인은 모든 것이 확립된 뉴턴 이후

과학계의 패러다임을 바꿀 수 있는 주장을 시도했습니다.

그는 <움직이는 물체의 전기역학에 대하여>에서 특수상대성이론을 발표하고

이어 일반상대성이론을 통해 중력파를 예측하였고

시공간 개념을 활용해 우주 공간과 힘에 대한 설명을 시작했습니다.

Albert
Einstein

Steven
Hawking

호킹 복사 ‘신은 주사위를 우리가 볼 수 없는 곳에 던져놓았다’

- 스티븐 호킹 -

호킹은 뉴턴과 아인슈타인을 이어

대중의 우주에 관한 인식을 바꾼 스타 학자로 꼽히고 있습니다.

블랙홀이 빛을 흡수하는 것 뿐 아니라 방출한다는 호킹복사 이론을 내놓으며

우주 공간의 가능성을 새롭게 제시했습니다.

그가 발표한 블랙홀과 관련된 이론들은 아인슈타인의 중력파 가설에 힘을 실었습니다.

힉스 입자의 발견

- Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire -

2012년 공동 연구를 진행하는 CERN(유럽 입자물리 연구소)에서 힉스입자로 추정되는 발견이 있었습니다.

그동안 입자물리학에서 물질t을 구성하는 요소들을 발견하였지만

그 요소의 질량을 결정하는 입자는 가설로만 남아있었습니다.

2012년 CERN의 노력이 빛을 발하였습니다.

힉스입자의 확인을 통해 인간은 우주 탄생 당시의 상황에

세상의 근원을 이해하는 것에 더 가까이 갈 수 있게 되었습니다.

CERN

LIGO

중력파의 검출

- Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory -

2016년 중력파가 검출되면서 아인슈타인과 스티븐호킹이 쌓아온

이론과 가설이 검증받게 되었습니다.

이로써 우리는 뉴턴의 이론 이후 세상을 이해할 수 있는

새로운 정상 과학의 패러다임으로 한 층 더 나아가게 되었습니다.