¶ 지식 정보

¶ 빅뱅 우주론(대폭발 우주론)

약 $138138$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:

$1.1.$ 빅뱅으로부터 약 $11$초 후:
우주의 온도는 약 $1\times 10^{10}\mathrm{K}1\; \backslash times\; 10^\{10\}\backslash ,\backslash mathrm\{K\}$으로 매우 높은 상태이며,
원자핵과 전자가 결합하지 않은 상태로 뒤섞여 있어 빛이 자유롭게 진행할 수 없는 불투명한 우주였다.
양성자(수소 원자핵)와 중성자의 개수비는 $7:17:1$이다.

---

$2.2.$ 빅뱅으로부터 약 $33$분 후:
시간이 지남에 따라 우주의 온도가 감소하여 양성자 $22$개와 중성자 $22$개가 결합하여 헬륨 원자핵이 되었다.
그 결과 수소 원자핵(양성자)과 헬륨 원자핵의 질량비는 $3:13:1$이 되었다.

원자핵과 전자가 여전히 결합하지 않은 상태로 뒤섞여 있어 불투명한 우주였다.

---

$3.3.$ 빅뱅으로부터 약 $3838$만 년 후:
우주의 온도가 약 $3000\mathrm{K}3000\backslash ,\backslash mathrm\{K\}$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 $2.7\mathrm{K}2.7\backslash ,\backslash mathrm\{K\}$으로 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 온도를, 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 $3:13:1$)이 실제 스펙트럼 관측 결과와 일치하기 때문에,
빅뱅 우주론이 받아들여지게 되었다.

¶ 적용 문항

¶ 1번 문항

¶ 2번 문항