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허블 법칙의 의미
은하들은 지구가 우주의 중심에 있기 때문이 아니라 모든 은하가 서로 멀어지고 있기 때문에, 즉 모든 은하가 다른 모든 은하에서 멀어지고 있기 때문에 모든 방향으로 지구에서 멀어지고 있습니다. 이 효과를 시각화하는 간단한 방법이 있습니다. 부분적으로 부풀려진 풍선이 표면에 여러 점이 그려져 있다고 상상해보겠습니다. 풍선이 부풀어 오르면 각 지점이 인근 점에서 멀어집니다. 또한 풍선의 같은 면에 있는 한 지점에서 다른 지점까지의 거리 (풍선 표면에서 측정)는 두 지점이 서로 멀어질수록 더 빨리 커집니다. 이는 풍선의 표면에서 균등하게 확장되는 3 개의 점 (A, B, C)을 연속적으로 상상하면 알 수 있습니다. A에서 B까지의 거리는 초당 x 인치로 증가하고 B에서 C까지의 거리도 증가합니다. 따라서 관찰자가 풍선의 어디에 위치하든 풍선 표면의 다른 모든 지점이 허블의 법칙을 따르는 것을 관찰할 수 있습니다. 풍선 표면의 기본 방향, 기본 위치 및 "중심"이 없습니다. 공간적으로 3차원 우주에서 은하의 행동은 풍선의 2차원 표면에 있는 반점의 행동과 유사합니다.
이 모델에는 중요한 의미가 있습니다. 모든 은하들이 거리에 비례하는 속도로 서로 멀어지고 있다면, 모든 은하들은 이전에는 서로 더 가까웠다고 가정할 수 있습니다. 충분히 멀리 돌아 간다면 모두가 같은 위치에 있었던 때가 있었을 것입니다. 즉, 우주의 시작이 있었을 것입니다. 사실 팽창이 항상 일정하다면 우주의 나이는 단순히 허블 상수의 반대일 뿐입니다. 과학자들은 허블의 상수가 시간이 지남에 따라 변할 것이라고 예상하기 때문에 상황은 그렇게 간단하지 않습니다. 은하 사이의 중력 인력은 팽창 속도를 늦추는 경향이 있는 반면, 최근 관측에 따르면 우주의 팽창은 실제로 영향을 받아 가속화되고 있습니다.
허블의 원래 측정 값은 우주의 나이를 약 20 억년으로 보여주었습니다. 태양계의 나이는 본래 방사능 붕괴 측정을 통해 이 값의 두 배 이상이라고 알려졌었기 때문에 즉시 논쟁이 생겨났습니다. 어떻게 태양계가 우주보다 먼저 형성되는 것이 가능했을까요? 보다 최근의 연구에 의해 허블의 원래 측정값이 잘못되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 최근 연구에서는 허블 상수를 50 ~ 100 범위로 설정하여, 우주의 나이가 100 ~ 200 억 년이라는 결론이 나왔습니다. 여러 데이터를 통해 보충한 결과 우주의 나이는 약 137 억 년으로 수렴되었습니다.
기타 관련 연구
아인슈타인은 일반 상대성 이론을 개발했을 때 팽창도 축소도 아닌 정적 우주를 가정하기 위해 우주 상수라는 개념을 방정식에 추가했습니다. 그는 나중에 이것을 후회하게 되었고, 그가 저지른 최악의 실수라고 불렀습니다. 그러나 우주의 팽창이 실제로 가속화되고 있다는 최근의 발견은 아인슈타인의 우주 상수를 다시 선호하게 만들었습니다. 그럼에도 불구하고 러시아의 수학자 프리드만(1888–1925)과 벨기에 천문학 자 르메트르(1894–1966)는 팽창하는 우주를 허용하는 아인슈타인 방정식에 대한 해답을 각각 내놓았습니다. 1929년 허블 법칙의 정립 이후, 관측을 설명하는 데 사용할 수 있는 이러한 모델들도 꾸준히 개선되어 온 것입니다.
빅뱅은 새로운 데이터를 뒷받침하는 명백한 증거로 보였습니다. 우주에서 모든 것이 확장되고 있었다면 모든 것이 한 번에 함께 정리되었을 것입니다. 그러나 우주가 명확한 시작점을 가졌다는 정상 상태 모델은 허블 이후 수십 년 동안지지를 받았습니다. 더 유망한 다른 모델에서는 새로운 수소 원자가 공간 전체에 걸쳐 끊임없이 자발적으로 형성되어, 오래된 은하가 멀어질 때 새로운 은하를 위한 물질을 제공한다고 가정했습니다. 이 이론에서 우주는 항상 팽창하고, 시작이 없었으며, 항상 지금처럼 보였으며, 항상 지금처럼 보일 것입니다. 이 이론은 근처 은하들이 멀리 있는 은하들과 비슷하게 보일 것이라고 예측했지만 실제로는 멀리 떨어진 은하들이 근처 은하들과 다르다는 것이 밝혀졌으며, 이는 우주가 정상 상태에 있지 않다는 빅뱅 이론의 주장과 일치합니다. 이 정상 상태 이론의 창시자 중 한 명인 영국의 천문학자 프레드 호일(1915 ~ 2001)은 빅뱅이라는 용어를 만들었으며, 이제는 허블의 관측을 기반으로 우주 팽창 모델을 설명하는 데 사용되고 있습니다. 호일은 이론을 조롱하기 위해 표현을 선택했지만 이 이름은 아직까지도 여전히 남아있습니다.