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녹색아카데미

더 나은 앎으로 푸른 미래를 가꾸는 사람들의 공부모임

새 자연철학 세미나

Re) 빅뱅 우주론의 개요와 몇 가지 오해

질문 및 토론
작성자
푸름
작성일
2023-06-30 09:16
조회
1389

부족하지만 몇 자 적어봅니다.


본문을 봤을 때 대체로 맞지만 몇 개를 좀 잘못 알고 계신 것 같습니다.


1. 빅뱅은 공간의 팽창 자체를 말하는 것이 아니라 공간의 팽창을 거슬러 올라갔을 때 모든 것이 한 곳에 뭉쳐져 있어야 한다는 사건을 말하는 것입니다. 모든 것이 한 곳에 뭉쳐져 있으면 당연히 온도와 압력이 높을 것이고 마치 폭발과 비슷하게 생각할 수 있습니다.

2. 관측할 수 있는 우주의 크기에 대해서 그렇게 단순하게 말하시면 안 되고, 빛이 지나온 거리는 정확히 137억 년이 맞습니다. 이 거리를 광행거리라고 하는데 단순하게 시간과 빛의 속도를 곱한 것입니다. 다만 보통 관측할 수 있는 우주의 크기에 대해서 말할 때는 광행거리가 아니라 동차거리를 사용합니다. 왜냐하면 137억 년 동안의 팽창이 고려된 거리를 사용하고 싶어하기 때문입니다. 이 동차거리가 465억 광년입니다. 만약 팽창이 없다면 광행거리와 동차거리가 동일합니다.

 

3. 마지막 (6)에서 은하단의 크기는 은하들로 정의되는 것이 아닙니다. 은하단과 같은 collapsed structure의 크기는 virial radius와 같은 물리량으로 정의됩니다. 이 크기는 우주의 팽창과 정확히 비례하지는 않지만 우주가 팽창함에 따라서 조금씩 커지는 것이 당연합니다. 좀 어려운 개념인데 우주가 팽창할 수록 중력적으로 뭉치는 물질이 많아지고 배경 밀도가 낮아져서 스스로 중력적으로 뭉칠 수 있는 경계면이 점점 성장해서 그렇습니다.

하여튼 우주가 팽창함에 따라 은하단의 크기는 커지는 것이 맞습니다. 해당 답변에 맞는 질문은 은하나 은하단의 크기가 아니라 가까운 은하끼리의 거리가 무조건 멀어지나요? 가 더 좋을 것 같습니다.

 

마지막으로 은하를 계속 바라보고 있어도 멀어지는 것을 확인할 수 없다고 하셨는데 전혀 아닙니다. 우주의 팽창에 따른 멀어짐은 관측가능하고 물리적으로 확인할 수 있는 물리량입니다. 멀어질 수록 크기도 작아질 것이고 (좀 복잡해서 너무 멀면 커질 수도 있습니다), 밝기도 어두워집니다. 이론적으로는 충분히 오랫동안 은하를 보면 크기와 밝기의 변화가 보입니다. 우주공간 팽창에 따른 거리 변화는 확인할 수 없는 물리량이 아니라 실제로 physical distance가 증가하는 실체가 있는 물리량임을 아셔야할 것 같습니다.

전체 2

  • 자연사랑 자연사랑
    2023-06-30 12:02

    아마 "빅뱅 우주론의 개요와 몇 가지 오해"에 대한 논평이신 것 같습니다. 논평을 달아 주셔서 고맙습니다.

    이 글의 질문과 대답은 Charles H. Lineweaver and Tamara M. Davis (2005) https://www.scientificamerican.com/article/misconceptions-about-the-2005-03/" target="_blank" rel="noopener">Misconceptions about the Big Bang. Scientific American에 있는 것을 요약하여 적은 것입니다. [사이언티픽 어메리컨]의 필진이 해당 분야의 전문가들이긴 하지만, 잡지 자체는 전문가를 대상으로 한 것이 아니라서 곧잘 부정확한 내용도 실릴 때가 있습니다. 어떤 경우는 더 정확하게 하다 보면 너무 깊이 들어갈 것을 우려하여 적당히 '생략'하거나 '축소'하기도 합니다. 일반 독자를 대상으로 하는 잡지에서는 어쩔 수 없는 면도 있을 듯 합니다.

    저는 물리학을 공부했고 우주론도 나름 관심을 가지고 공부해오고 있긴 하지만 우주론 전공은 아닙니다. 우주론의 철학적 문제와 우주론 연구의 역사에 더 많은 관심을 갖고 있습니다.

    마지막 논평에서 다소 과학철학적인 질문을 드린다면, "바라보면", "보면" "확인할 수 있는" 등의 표현에서 우리가 은하와 관련한 '관찰'을 한다고 말할 때, 정말 보고 있는 것은 무엇일까 하는 것이 늘 궁금한 문제였습니다. 갈릴레오가 장난감 같은 스파이글래스(Dutch spyglass)을 가지고 목성의 위성을 발견했다는 책을 발표하자, 보헤미아의 자연철학자 마르티누스 호르키(Martinus Horký)가 여기에 대해 적극적인 반론을 폈습니다. 그 새로운 장치가 보여주는 것이 장치에서 만들어진 것인지 정말 목성 주변에서 일어나는 일인지 어떻게 확신할 수 있는가 하는 것이었습니다.

    Strebel, C. (2006). Martinus Horky und das Fernrohr Galileis. Sudhoffs Archiv, 90(1), 11–28. http://www.jstor.org/stable/20778010" target="_blank" rel="noopener">http://www.jstor.org/stable/20778010

    과학의 역사를 휘그주의적으로 진보를 향한 쉼 없는 전진으로 여긴다면 호르키의 반론은 낡은 관념을 고수하는 어리석은 보수주의자의 생각으로 여겨질 수 있지만, 더 깊이 고민한다면, 정말 우리가 우주와 지구 밖의 일에 대해 무엇을 '볼' 수 있는 것일까 궁금해지기도 합니다.


  • 자연사랑 자연사랑
    2023-07-01 12:43

    우주론에서 다루는 여러 거리 개념은 꽤 혼동스럽습니다. 아래의 논문에서 여러 거리 개념을 명확하게 해명하고 있습니다.

    Davis, T., & Lineweaver, C. (2004). Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe. Publications of the Astronomical Society of Australia, 21(1), 97-109. doi:https://doi.org/10.1071/AS03040" target="_blank" rel="noopener">10.1071/AS03040

    대중과학서들은 물론이고 심지어 파인만이나 와인버그 같은 대가급의 물리학자들도 이 문제에서 혼동을 일으킬만한 서술을 하거나 옳지 않은 이야기를 하고 있어서 유의해야 한다고 지적하고 있습니다.

    첨부파일 : davis-lineweaver2004_expanding-confusion-common-misconceptions-of-cosmological-horizons-and-the-superluminal-expansion-of-the-u


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N "겹실틈 실험의 실제 실험과 올바른 해석"(https://bit.ly/3ZeRBNv)에 인용한 Bach et al. (2013)의 실험은 겹실틈을 만든 뒤 가림막을 만들어 이동시킵니다. 그렇게 함으로써 두 실틈에 대해 (1) 둘 다 닫힌 경우 (2) 첫 번째 실틈만 열린 경우 (3) 두 실틈 모두 열린 경우 (4) 두 번째 실틈만 열린 경우 (5) 다시 두 실틈 모두 닫힌 경우에 차례로 스크린에 찍히는 점들의 분포를 보여줍니다. Bach, R. et al. (2013) Controlled double-slit electron diffraction. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/15/3/033018 "In 1965, Richard Feynman presented a thought experiment to show these features. Here we demonstrate the full realization of his famous thought experiment. By placing a movable mask in front of a double-slit to control the transmission through the individual slits, probability distributions for single- and double-slit arrangements were observed. Also, by recording single electron detection events diffracting through a double-slit, a diffraction pattern was built up from individual events." 리처드 파인만이 1965년에 이 이야기를 할 때만 해도 그냥 사고실험이었지만, 이제는 직접 실험해서 확인할 수 있는 시대가 되었습니다. 위에 인용한 실험도 발표된 지 벌써 12년이 지났습니다.
15:27
불편을 드려서 죄송해요. 최근 정비에 들어가서 짬짬이 홈페이지에 불필요한 파일들을 덜어내고 있어요. 여유를 좀 확보해서 편하게 이용하시도록 해볼께요. 참, 당분간 게시판 글에 첨부되었던 파일과 사진이 잘 보이지 않을 수 있습니다. 용량 확보 작업을 하면서 일부 파일들을 옮겨두어서 그런 건데요, 소실된 것 아니고 잠시 옮겨두어서 그런 거니 당분간의 의도된 에러라는 점 양해해주세요~.
2025.05.13
^^;; 꼭 필요한 문서는 첨부하셔야지요. 책 원문 파일은 용량이 커서 그렇게 말씀드렸어요. 링크를 달면 좋은데 그게 안 되는 경우도 있고 그러네요. 양해 부탁드려요. ㅎㅎ;;;
2025.05.12
전화, 라디오, TV 등에 사용되는 전자기파는 매질이 없어도 존재하는 파동입니다. 파동이 항상 '무엇인가'의 파동이어야 하는 것은 아닙니다. 여기에서 말하는 '무엇인가'를 파동의 매질이라 부릅니다. 매질이 없어도 파동이 존재할 수 있다는 것은 신기한 일입니다. 2015년에 처음 검출된 중력파도 매질 없이 존재하는 파동입니다. 빛의 파동도 매질 없이 존재합니다. 19세기에는 빛의 매질을 '에테르'라고 부르면서 당연한 것으로 여겼지만, 대략 1905년 아인슈타인의 논문 이후로는 빛의 매질로 여겨졌던 '에테르'는 존재하지 않는다는 것이 주류의 이론입니다.
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