1920년대에 들어와 우주가 실제로 팽창하고 있음을 알려 주는 증거가 나타나기 시작했다.

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이때까지만 해도 사람들은 대체로 밤 하늘에서 관찰할 수 있는 성운들(nebulae)-안드로메다자리에 있는 M31이나 오리온자리에 있는 M42 같은 것들-이 은하수(Milky Way)의 일부이며, 우리가 속한 태양계도 이 은하수 안에 자리해 있다고 추측했다.(물론 모든 사람​이 그렇게 추측하지는 않았다.)

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에드윈 허블(Edwin Hubble)은 ​캘리포니아 윌슨 산에 새로 세운 100인치짜리 망원경으로 관찰한 결과를 토대로 이런 것들(즉 안드로메다자리에 있는 M31이나 오리온자리에 있는 M42 같은 것들)이 우리가 속한 은하와 다른 은하이며 우리 은하에서 아주 멀리 떨어진 곳에 있다고 주장했다.

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​허블은 스펙트럼에 나타나는 이 은하들의 ​적색 이동​을 토대로 연구를 진행해, ​어떤 두 은하 사이의 거리가 멀면 멀수록 그들이 서로 멀어지는 속도도 더 커진다는 주장을 내놓을 수 있었다. ​우주는 팽창하고 있었다. 팽창 속도는 더 커지고 있었으며, 팽창에서 수축으로 돌아설 가망성도 분명 없어 보였다.

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​당시에는 이런 주장이 받아들이기 힘든 생각이었다. 이런 주장은 우주가 틀림없이 엄청나게 압축된 첫 상태로부터 발전해 왔다는 것-다시 말해 우주에 시작이 있다는 것-을 시사하는 것처럼 보였기 때문이다.

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그러나 허블의 이런 주장은 단지 주장으로서 관찰 결과를 설명하는 한 가지 방식에 불과했다.

달리 생각하는 것도 틀림없이 가능했다.

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1948년 프레드 호일(Fred Hoyle)과 몇몇 사람들은 '​정상' 우주론(steady state theory of the universe, 우주가 계속 팽창하긴 하지만 우주의 평균 밀도는 늘 변함이 없다는 이론)​을 펼쳐 보였다.

이 우주론은 ​우주가 비록 팽창하고 있기는 하지만 우주에 시작이 있었다고 말할 수는 없다고 주장했다. ​물질이 끊임없이 만들어져 우주팽창으로 생겨나는 빈 공간들을 채워 주기 때문이라는 것이 이 우주론의 주장이었다.

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1960년대 들어와 견해가 바뀌기 시작했는데, 무엇보다 우주배경복사(cosmic background radiation)를 발견한 것이 주된 원인이었다.

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1965년, 아노 펜지어스(Arno Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Wilson)은 뉴저지의 벨 연구소(Bell Laboratories)에서 실험용 ​극초단파 안테나(microwave antenna)​로 연구 작업을 하고 있었다.

그들은 몇 가지 어려움을 겪었다. 그들은 안테나 방향을 어느 쪽으로 돌려도 쉭쉭 소음을 내며 불쑥 끼어드는데 도통 제거할 수 없는 불청객인 ​히싱 잡음​을 발견했다.

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​처음에 그들은 이 현상을 안테나 위에 둥지를 튼 비둘기들이 안테나 전파를 방해하기 때문이라고 설명했다. ​그런데 새들을 강제로 제거해 버린 뒤에도 쉭쉭 소리는 여전히 이어졌다.

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이 골치 아픈 배경의 쉭쉭 소리가 지닌 엄청난 의미를 완전히 인식하는 것은 시간 문제였다.

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​랠프 알퍼(Ralph Alpher)와 로버트 허먼(Robert Herman)​은 1948년에 그 소리를 우주에서 일어난 첫 폭발-뜨거운 '빅뱅'-의 '​잔광'(afterglow)​으로 이해할 수 있다는 주장을 제시했다.

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이 열복사는 그 근원은 알 수 없지만 절대온도 2.7K 상태에서 우주 공간을 제멋대로 돌아다니는 ​광양자들(photons)​에 해당하는 것이었다.

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이 배경복사는 다른 증거들과 더불어 우주에 시작이 있다는 것, ​그리고 그 때문에 반대설인 정상 우주론에는 심각한 난점들이 있다는 것을 증명하는 중대한 증거 역할을 했다.

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그 뒤로 과학계에서는 ​표준우주론 모델​의 기본 요소들이 분명하게 밝혀져 이 요소들이 폭넓은 지지를 확보하게 되었다. 물론 아직도 심각한 논쟁이 벌어지는 영역이 있다. ​

하지만 학자들은 이 모델이 관찰 결과와 가장 잘 일치한다는 데 널리 동의한다. ​이제 과학자들은 우주가 약 140억 년 전에 생겨났으며, 그 뒤로 계속해서 팽창해 식고 있다고 믿는다. 이 이론을 뒷받침하는 가장 중요한 두 가지 증거는

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1. 우주 극초단파 배경복사와

2. 빅뱅 직후에 결합한 빛의 핵들[수소, 중수소(deuterium)], 그리고 헬륨 같은 것들]이 상당히 풍부하다는 사실이다.

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이는 결국 우주의 기원이 어떤 유일무이한 사건이라는 것-결코 되풀이할 수 없고, 따라서 일부 사람들이 과학적 방법의 특징이라고 주장하는 정확한 실험 분석이 불가능한 독특한 사건이라는 것-을 인정할 수 밖에 없음을 인식시켜 준다.

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-[정교하게 조율된 우주] 에서 -

브라이언 그린의 지식을 그대로 빌려 봅니다. 흥미로운 소재인 웜홀에 대해서 알아 봅시다.

영화 [인터스텔라] 등에서도 관련 지식이 활용되곤 했습니다.

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우선 킵 손이 제기했던 타임머신의 기본원리를 개괄적으로 이해한 후, 그에 수반되는 문제점과 해결책을 찾아보기로 하자.

웜홀이란, 공간에 나 있는 가상의 터널을 칭하는 용어이다.

산을 관통하는 일상적인 터널은 산의 한쪽 기슭과 반대쪽 기슭을 연결해 주는 일종의 지름길 역할을 한다.

웜홀의 기능도 이와 비슷한데, 일상적인 터널과는 중요한 차이점을 갖는다.

산을 관통하는 터널은 이미 존재하는 공간 속을 가로지르는 지름길이지만(길을 막고 있는 산과 그 산이 점유하고 있는 공간은 터널이 완공되기 전부터 존재했었다), 웜홀은 기존의 공간을 통하지 않으면서 공간상의 한 지점과 다른 지점을 연결시켜 주는 새로운 지름길이다.

일상적인 터널을 제거한다 해도 그 터널이 점유하고 있던 공간은 그대로 남아 있지만, 웜홀을 제거하면 웜홀이 점유하고 있던 공간도 사라진다.

[핵발전소와 쇼핑물을 연결한 웜홀 그림이 제시됨]

웜홀은 공간상에 표현할 수 없다. 좀 더 정확하게 표현하자면 웜홀은 양쪽 끝만 기존의 공간에 연결되어 있고 중간부분은 다른 공간에 속해 있는 통로이다. 당신이 거리를 거닐면서 아무리 하늘을 바라봐도 웜홀은 보이지 않을 것이다.

웜홀을 눈으로 확인하려면 쇼핑몰 안으로 들어가서 웜홀의 한쪽 끝(입구)를 직접 확인하는 수 밖에 없다. 그곳에서 웜홀을 바라보면 반대쪽 입구와 연결되어 있는 핵발전소 내부가 보일 것이다.

그리고 허공에 아치형으로 그림이 그려져 있는데 이 길은 분명히 직선거리보다 길다. 이 모든 것은 웜홀을 가시화시키기 위해 공간에 존재하는 것처럼 그렸기 때문에 발생한 오류다.

그래서 물리학자들이 웜홀을 표현할 때는 다른 그림을 제시하곤 한다. [말굽 자석 모양에 위 아래 극을 연결하는 통로로 이어진 듯한 그림. 검색하면 나올 것임]

이 그림에서 보면 핵발전소와 쇼핑몰을 연결하는 직선경로(지면을 따라가는 직선경로)는 새로운 공간에 나 있는 웜홀보다 확실히 길다.

그림으로 표현하기가 어렵기로 유명한 상대성이론의 기하학을 지면 위에 억지로 구현시키다 보니, 그림 15.3은 실제의 모습에서 많이 왜곡되었다.

그러나 이렇게 부정확한 그림만으로도 많은 부분을 직관적으로 이해할 수 있다.

웜홀이 정말로 존재하는지는 아무도 알 수 없다.

그러나 물리학자들은 일반상대성이론이 웜홀의 존재를 허용한다는 사실을 이미 수십년 전부터 알고 있었다.

1950년대에 존 휠러와 그의 연구동료들은 이 연구를 최초로 시도하여 웜홀이 갖고 있는 수학적 특성들을 체계적으로 규명해 놓았다.

그 후 킵 손과 그의 동료들은 웜홀이 공간을 연결하는 지름길일 뿐만 아니라 시간을 뛰어넘는 지름길도 된다는 놀라운 사실을 발견함으로써, 시간여행의 가능성을 한층 더 높여 놓았다.

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-브라이언 그린 [우주의 구조]를 인용함-​ 

*모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔습니다.*