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¶ 빅뱅(대폭발) 우주론
약 억 년 전 온도와 밀도가 매우 높은 상태의 한 점에서 빅뱅(대폭발)이 일어나 우주가 탄생하였고,
현재까지 우주가 계속 팽창하고 있다는 이론이다.
빅뱅 우주론에서 우주의 전체 질량은 일정하므로 우주가 팽창함(부피가 커짐)에 따라 우주의 밀도는 감소한다.
- 빅뱅 우주론에 따른 시기별 우주:
빅뱅으로부터 약 초 후:
우주의 온도는 약 으로 매우 높은 상태이며,
원자핵과 전자가 결합하지 않은 상태로 뒤섞여 있어 빛이 자유롭게 진행할 수 없는 불투명한 우주였다.
양성자(수소 원자핵)와 중성자의 개수비는 이다.
빅뱅으로부터 약 분 후:
시간이 지남에 따라 우주의 온도가 감소하여 양성자 개와 중성자 개가 결합하여 헬륨 원자핵이 되었다.
그 결과 수소 원자핵(양성자)과 헬륨 원자핵의 질량비는 이 되었다.
원자핵과 전자는 여전히 결합하지 않은 상태로 뒤섞여 있어 불투명한 우주였다.
빅뱅으로부터 약 만 년 후:
우주의 온도가 약 으로 충분히 낮아져 수소 원자핵과 헬륨 원자핵이 각각 전자와 결합하여 중성 원자가 되었다.
이로 인해 빛이 자유 전자에 의해 흩어지지 않고(산란되지 않고) 일직선으로 우주를 자유롭게 진행할 수 있게 되면서 투명한 우주가 되었다.
이때 자유롭게 전파되기 시작한 빛을 우주 배경 복사라 한다.
우주 배경 복사는 우주가 팽창하면서 파장이 길어지고 온도가 낮아졌다.
현재 온도는 약 로 온 우주에서 마치 배경처럼 관측된다.
현재 우주에 있는 망원경(우주 망원경)으로 관측한 우주 배경 복사
우주 배경 복사의 온도 분포는 대체로 균일하지만, 미세한 차이가 있다.
위 사진에서 빨간색은 상대적으로 높은 온도, 파란색은 상대적으로 낮은 온도를 의미한다.
¶ 빅뱅 우주론이 받아들여진 이유
온 우주에서 관측되는 우주 배경 복사는 과거 우주의 온도가 매우 높았음을 보여주는 직접적인 증거이며,
빅뱅 직후 형성된 수소와 헬륨의 질량비 예측값(약 )이 실제 스펙트럼 관측 결과와 일치하기 때문에,
빅뱅 우주론이 받아들여지게 되었다.
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $3$
빅뱅 우주론에서 우주의 전체 질량은 일정하므로 우주가 팽창함(부피가 커짐)에 따라 우주의 밀도가 감소한다.
그러므로 ㉠, ㉡, ㉢은 각각 밀도, 질량, 부피이다.
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $3$
ㄱ. 수소와 헬륨의 원자핵에서 양성자는 각각 개, 개이므로 ㉠, ㉡은 각각 양성자, 중성자이다. (O)
ㄴ. 빅뱅으로부터 약 만 년 후에 우주의 온도가 약 으로 충분히 감소하였고,
이에 따라 수소와 헬륨 원자핵이 전자와 결합하여 중성 원자가 되었으므로 우주의 나이는 만 년이다. (O)
ㄷ. 우주의 나이가 만 년일 때 우주의 온도는 약 이다. (X)
따라서 정답은 번이다.