빅뱅 우주론

 
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1. 개요[편집]

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빅뱅(Big Bang) 우주론은 오늘날 관측되는 우주의 팽창성을 토대로 추정되는 우주의 기원 가설로, 이를 되짚어 태초에는 모든 에너지가 한 점에 모여 있었으며, 이것이 137억 9900만 년(±210만 년) 전 대폭발을 일으켜 우주를 형성했을 것이라는 이론이다.

1920년 러시아의 수학자 프리드만이 최초로 주장한 이래 이를 지지하는 많은 증거가 관측되며 정상우주론을 제치고 정설로서 자리잡았다. 오늘날의 빅뱅 우주론은 초기의 빅뱅 우주론을 토대로 탐사선을 통한 정밀한 관측과 물리학계의 검토를 토대로 보완되었으며, '표준 우주 모형(Standard model)' 또는 '우주상수-차가운 암흑 물질 우주론(Lambda-Cold Dark Matter Cosmology, LCDM)'으로 불린다. 대략 우주 밀도의 70%를 차지하는 우주상수와 25%를 차지하는 '암흑 물질'이 우주의 주된 구성 물질이라는 뜻이다.

현재 관측되는 우주 팽창 속도는 1메가파섹당 초속 68~74km[2]다. 즉, 관찰자로부터 1메가파섹(326만 광년) 떨어져있는 물체는 약 초속 70km의 속도로 멀어지는 것으로 보인다는 의미이다. 관찰자로부터 먼 물체일수록 더 빨리 멀어지는 것으로 보이는 것은 우주 전체가 팽창하므로 당연한 일이며 지구에서 뿐 아니라 어디에서든 마찬가지다. 여기서 "물체가 멀어지는 것으로 보인다"는 표현을 썼지만 실제로는 공간(우주 자체)이 팽창하는 것이다.[3] 그래서 "멀어지는" 속도가 광속을 넘어설 수도 있다. 질량이 있는 물체는 빛보다 빠를 수 없는 거 아닌가? 라고 생각할 수 있으나, 빛이 지나가는 공간 자체가 늘어나며 상대속도가 늘어나는 거라서 물리법칙을 거스르지 않는다.[4]

2. 역사[편집]

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모든 것의 최초에 상상할 수 없을 만큼 아름다운 불꽃놀이가 있었습니다. 그 후에 폭발이 있었고, 그 후에는 하늘이 연기로 가득 찼습니다.

조르주 르메트르(Georges Lemaître), 1933년 윌슨산 천문대 세미나 발표.

1927년, 벨기에 뢰번 가톨릭 대학교의 조르주 르메트르(Georges Lemaître)[5]라는 물리학자 겸 신부가 처음으로 주장하였고, 이것이 현재의 빅뱅 이론으로 발전하였다.[6] 빅뱅 우주론이 정설로 자리잡은 현재와는 달리, 당시 르메트르가 처음 이 이론을 주창할 당시에는 빅뱅은 마치 그리스도교에서 말하는 절대자의 천지창조, 곧 창세기의 “빛이 있으라”를 연상케 하는 부분이 있어서 과학계로부터 심정적인 저항을 상당히 받았다. 하필이면 르메트르가 가톨릭 사제였던 것 역시 과학계에서 편견을 가지기에 좋은 조건이었다.[7]

그러다보니 당연히 처음부터 수용된 것은 아니며, 빅뱅 이론과 반대되는 정상우주론, 곧 우주가 예전부터 그 상태 그대로 유지되고 있다는 이론과 한때 팽팽하게 대립했었다. 르메트르도 이와 같은 사정을 모르지 않았기에, 과학으로서의 우주론과 신앙으로서의 창조는 전혀 연관이 없으며 연관 짓지도 말아달라고 교황청과 과학계를 설득하는 한편, 본인도 물리학자로서 빅뱅 우주론에 관해 말할 때는 성직자로서의 자신을 최대한 드러내지 않으려고 애썼다.[8]

'빅뱅(Big Bang) 이론'은 원어로 들어보면 그럴 듯하게 들리지만 의미를 풀어 보면 '대폭발', '큰 쾅 이론'이란 뜻이며, 초기엔 태초의 화염구(primitive fireball) 정도로 불렸다. '빅뱅'이라는 단어는 정상우주론을 지지했던 물리학자 프레드 호일이 1949년 라디오 토크쇼에 출연해 빅뱅이론을 약간 까는 어조로 "그럼 우주가 맨 처음에 꽈광!(Big Bang)하고 생겨났다는 말이군요?"라고 한 데서 유래했다. 최초의 사용이 조롱의 목적이었는지 아닌지에 대해서는 논란이 있으며 훗날 호일은 조롱할 의도 없이 그저 팽창우주론을 쉽게 설명하기 위해 사용한 말이라고 주장했다.

2.1. 빅뱅 우주론을 지지하는 증거의 발견[편집]

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• 우주배경복사

• 우주 초기에 관측되는 퀘이사를 비롯한 생성 중인 은하들

• 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비

• 대부분의 은하에서 관측되는 적색편이 및 허블-르메트르 법칙

• 올베르스의 역설

• 엔트로피의 법칙

2.2. 한계와 보완 가설의 등장[편집]

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양자 역학[9]과 상대성 이론의 통합 등, 빅뱅의 원인과 빅뱅 시작 후 초기를 설명하는 이론들이 아직 완성되지 않았기에 완전히 설명할 수는 없다. 또, 현재까지 관측할 수 있는 우주배경복사가 어디까지나 가시영역 내의 우주(Observable universe, 볼 수 있는 영역의 우주)이기 때문에, 그 바깥쪽 영역(Invisible universe)에서 벌어지고 있는 사건과 현상은 밝혀낼 수 없다. 설명 불가능한 부분은 플랑크 시간이라고 불리는 시간의 최소단위인데 <math>10^{-43}</math>초 사이의 진정 찰나의 순간이다. 이 이하의 시간은 관측 불가능하다는 양자역학의 이론에 따라 현재로는 규명이 불가능하다.

"빅뱅 이전에는 무엇이 있었나요?" 또는 "빅뱅이 일어나기 5분 전에는 무슨 일이 있었나요?" 등의 질문에 대해서는 아직 과학자들도 설명할 수 없는 부분이다. 상대성 이론으로 설명하자면 시간과 공간은 둘이 결합한 단일한 구조를 이루며 그런 구조가 물리법칙의 영향을 받는 것인지라 공간이 없으면 시간 역시 없으므로 설명이 불가능하다.

'빅뱅 순간에 시간이라는 개념이 생겼으므로 처음부터 질문이 성립되지 않는다'라는 말도 맞거나 틀리다고 할 수 없다. 그렇기에 어떤 학자도 빅뱅 전의 상태에 대해 '알 수 없다'라고 대답하는 것이다.

일부 과학자들은 허수시간 단위의 도입을 통해서 이 특이점을 회피하려고 노력한다. 플랑크 시간 이전에는 허수 시간이 흘러서 t=0인 시점이 아예 존재하지 않는다라는 가설인데, 이 해석으로는 무에서 우주가 탄생한 직후 어째서 사라지지 않고 우주가 확장을 시작했는지에 대해서 해석이 가능해지지만[10] 이건 이것대로 허수 시간이 흐르다가 갑자기 실수 시간으로 넘어가는 이유를 설명할 수 없다보니 해석이 분분하다. [11]

폭발이 일어난 원인을 비롯해 빅뱅이라는 개념만으로 우주의 시작을 알기에는 너무나 불확실한 것들이 많기에 그를 보완할 수 있는 가설들이 많이 나왔는데, 대표적인 것을 꼽자면 다음과 같다.

• 인플레이션 우주론

• 거품 우주 가설

• 충돌 우주 가설

• 우주론적 자연 선택 가설

• 진동 우주 가설

2.3. 표준 우주 모형의 정립[편집]

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3. 빅뱅 우주론 이후[편집]

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3.1. 빅뱅 이전에 대한 가설[편집]

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"빅뱅 이전에는 무엇이 있었나?", "빅뱅으로 만들어진 우리 우주 밖에는 무엇이 있나?"와 같은 질문에 대해서는 주류 과학자들도 설명하지 못하고 철학적인 면으로 해석해야 한다.[12]

빅뱅이 시간의 시작이 아니라 대칭의 순간이었다는 의견도 있다. 쉽게 말해, 빅뱅은 모든 것의 시작점이 아니라, 이전의 우주가 어떠한 이유로 수축된 뒤에 다시 재팽창했던 사건에 불과하다는 주장이다. 이것은 빅바운스라 한다.

빅 크런치로 빅뱅을 설명한 문장을 인용한다.

"대붕괴는 단순한 물질의 끝이 아니다. 그건 모든 것의 끝이다. 그 다음에 무슨 일이 일어났냐라고 묻는 건 '빅뱅 전에 무슨 일이 있었나'라고 묻는 것과 마찬가지로 아무 의미가 없다."

폴 데이비스 -「마지막 3분」 218쪽

"빅뱅이라는 과정에서 우린 더 이상 잘 정의된 시공간을 생각할 수 없고, 시공간이 완전히 사라진 확률들의 구름만 생각할 수 있습니다. 빅뱅 때의 세계는 확률 구름으로 녹아있는데...(후략)"

카를로 로벨리 -「보이는 세상은 실재가 아니다」 205쪽

또한 칼 세이건은 빅뱅 이전의 현상을 과학이 설명하지 못한다는 점을 종교에 의존하는 것에 대해서 이런 말을 하였다.

우주 팽창과 대폭발 이론이 전적으로 옳다고 한다면, 우리는 좀 더 심각한 문제에 직면하게 된다. 대폭발의 순간은 어떤 상태였는가? 대폭발 이전의 상황은? 그 당시 우주의 크기는? 어떻게 물질이라고는 아무것도 없이 텅 비어 있던 우주에서 갑자기 물질이 생겨났는가? 이러한 물음은 우리를 곤혹스럽게 만든다. 사람들은 보통 특이점에서 벌어진 상황에 대한 설명을 신의 몫으로 떠넘긴다. 이것은 여러 문화권에 공통된 현상이다. 하지만 신이 무(無)에서 우주를 창조했다는 답은 임시변통에 지나지 않는다. 우리가 근원을 묻는 이 질문에 정면으로 대결하려면 당연히 "그렇다면 그 창조주는 어디에서 왔는가?"라는 질문을 해결해야 한다. 만일 이 질문에는 답이 없다라는 식의 결론밖에 내리지 못한다면, 차라리 우주의 기원 문제에는 답이 없다 하고 한 단계 일축하는 것이 어떨까? 또 한편으로, 신은 항시 존재했다는 결론을 내린다면, 역시 한 단계 줄여, 우주가 항시 존재했다고 하면 어떻겠는가?

칼 세이건, 「코스모스」 418쪽(번역본 기준)

3.2. 우주 멸망에 대한 가설[편집]

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우주에는 시작이 있었듯이 끝 또한 존재한다. 빅뱅 이론이 정립된 후 뉴턴, 아인슈타인, 프레드 호일 등이 믿었던 고전적인 영원불변의 우주관은 붕괴했고, 현대 물리학에 따르면 우주는 어떤 방식으로든 종말을 맞게 된다. 우주 멸망의 시나리오는 대표적으로 다음 세 가지가 거론된다.

3.2.1. 빅 크런치[편집]

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Big Crunch - 대붕괴, 大崩壞 / 대함몰, 大陷沒

빅뱅이 한 점에서 무한히 팽창했다는 우주의 기원 이론이라면, 빅 크런치는 자체적으로 우주 전체의 질량에 의해 발생하는 중력 위치에너지가 우주가 팽창하는 에너지보다 클 경우, 우주는 그 자신이 가진 중력에 의해 일정수준까지 팽창한 뒤 팽창을 멈추고 다시 한 점으로 모일 때까지 수축한다는 세계멸망 이론이다. 빅뱅이론을 세운 초창기 연구자 중 하나인 프리드만이 먼저 제안했다.

이것이 가능한가는 아래 두 가지 요소에 달려 있다.

• 우주를 수축시킬 수 있을 정도의 중력을 만들어낼 충분한 질량이 있는가?
• 암흑에너지라는 중력에 대항하는 척력의 근원이 존재하는가? 존재한다면 우주의 팽창을 유지시킬 만큼 강한가?

간단하게 설명하자면 우주를 빅뱅 이전의 밀집 상태로 유지시킬만한 강력한 중력원이 중심에 존재하는 상태에서, 현재는 빅 뱅이 일으킨 엄청난 폭발력으로 인해 우주가 일시적으로 팽창하는 상황이라고 가정하는 것이다. 완전히 일치하진 않으나 이해하기 쉽게 비유하면, 절대 찢어지지 않는 고무 풍선 속에서 다이너마이트를 터뜨리면 일시적으로는 폭발력에 의해 엄청난 속도로 가속 팽창을 하겠지만, 폭발력이 소멸하는 순간 팽창 속도는 0이 되고 결국 고무 풍선은 다시 빠른 속도로 수축하여 원래의 모양으로 돌아갈 것이다. 결국 우주의 중심에 현재의 팽창 속도를 이루는 근원 물질 (보통 암흑 에너지라 가정한다)의 힘을 이겨낼만한 중력원이 존재한다면 가속 팽창은 언젠간 멈추고 다시 수축으로 이어질 것이라는 이론.

빅 크런치가 일어날 우주의 팽창 속도는 특정 지점에서 0에 도달하게 되고, 그 이후부터는 팽창이 진행된 기간과 동일한 시간 동안 반대 방향으로 팽창, 즉 수축이 진행된다. 더 작은 우주는 더 뜨거운 우주를 의미하므로, 우주배경복사의 온도는 점차 증가하면서 결국 우주는 빅뱅 당시의 불덩어리와 같은 모습으로 돌아가게 된다. 만일 누군가 이때까지 생존했다면 하늘 전체가 태양의 표면만큼 밝게 빛나는 것을 볼 수 있을 것이다.

최근의 연구에 의하면 우주 팽창은 느려지는 것이 아니라 오히려 빨라지고 있어 빅 크런치의 가능성은 거의 없다고 한다. 위에 언급된 암흑에너지가 우주를 밀어내고 있다는 것. 다만 암흑 에너지나 암흑 물질은 아직 이론적으로만 논해지고 실체가 증명되지는 않았으며 때문에 그 정확한 성질도 알 수 없으므로, 우주가 빅 크런치로 끝날지 빅 프리즈로 끝날지는 현재로 우리로서는 알 수 없다.

진동 우주 가설에 의하면 빅 크런치 이후 다시 빅뱅이 발생하는 과정이 반복된다.

3.2.2. 빅 프리즈[편집]

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"For the first time in its life, the universe will be permanent and unchanging. Entropy finally stops increasing because the cosmos cannot get any more disordered. Nothing happens, and it keeps not happening, forever."
"생애 처음으로 우주는 영원하고 불변하게 됩니다. 우주는 더 이상 무질서해질 수 없기 때문에 엔트로피는 마침내 증가하길 멈추게 됩니다. 아무 일도 없을 것이고, 일어나지도 않을 겁니다. 영원히."

- 브라이언 콕스, 영국의 물리학자

Big Freeze - 대동결, 大凍結 / 대냉각, 大冷却

빅 크런치와 반대되는 개념의 우주 종말로, 열적사멸이라고도 불린다. 우주가 끝없이 팽창하며 엔트로피가 극도로 높아진 끝에 결국 모든 입자가 붕괴하고[16] 광자, 중성미자 등의 아원자 입자만 남게 되는 종말을 뜻한다. 현재 정설로서 가장 지지받는 우주 종말 시나리오이다.[17]

이명으로 빅 칠(Big Chill, 대냉각) 또는 열적사멸(Heat Death/Thermal Death)이 있다. 열적사멸이라는 이명이 붙은 이유는 열 때문에 죽는다는 의미가 아니고, 열 자체가 죽는다는 것이다. 우주가 팽창하는 만큼 평균 온도와 밀도는 계속 내려가며 절대영도(0K)에 근접할 것이기에 빅 프리즈, 빅 칠이라는 이름이 붙었다.

특히 이 시나리오가 열역학에서 말하는 열적사멸으로도 불리는 이유는 빅 프리즈와 열적사멸의 진행과정이 상당히 유사하기 때문이다. 열적사멸은 우주의 물질이 점차 흩어지고 섞여서 어디나 다 같은 균일한 우주가 되는 것으로 별도, 은하도, 블랙홀도 없이 우주 전체가 동일한 거시적 상태인 최대 엔트로피 상태가 되는 것을 말한다.

그렇지만 우주가 진정으로 랜덤한 운동을 한다면, (즉 Ergodic하다면) 아주 긴 시간을 거치며 우주는 모든 가능한 상태를 전부 경험하게 될 것이고 그 중에는 모든 물질과 에너지가 중력에 의해서가 아니라도 푸앵카레의 재귀정리에 의해 우연히 원래 상태인 한 점에 모이는 상태도 언젠가는 거치게 되며 이를 통해 재차 빅뱅이 일어날 수 있다. 이전 우주에서 빅뱅이 일어나 다시 우주가 태어나고 이런 상태가 지속된다는 이론은 등각순환우주론 참조. 이런 상태가 반복되는 우주의 푸앵카레 재귀시간은 대략 [math(10^{10^{10^{56}}})][18]년 정도이다. 이건 현재 수준의 팽창률을 유지할 때 이야기고 팽창속도가 천체의 이동속도를 넘어선다면 재귀시간이 훨씬 길어지게 된다.

중력이 다른 요인보다 강할 경우에도 빅 프리즈는 완전한 정지가 아닐 수 있는데, 확률적으로 엔트로피가 최대인 균일 분포가 중력 입장에선 최대가 아니기 때문이라고 한다. 즉 중력에 의해 다시 뭉치기 시작하고… 다만 중력이 제일 약하다는 게 문제다.[19]

현재의 관측 결과로는 우주가 빅 프리즈로 끝날 가능성이 높다. 실제로 먼 거리에 있는 Ia형 초신성을 관측한 결과 암흑에너지에 의해 우주의 팽창 속도가 느려지기는 커녕 점점 빨라지고 있다는 것이 밝혀졌다. 이 추세가 유지된다면 시간이 지날수록 우주의 팽창 속도는 계속 증가하여 우리 은하와 안드로메다 은하가 포함된 국부 은하군[20]을 제외한 현재 인류가 관측 가능한 모든 은하들이 보이지 않게 될 것이다.

우리 우주가 빅 프리즈로 끝날 가능성이 높다는 점 때문인지 유독 빅 프리즈를 막을 방법에 대한 이야기가 상당히 자주 거론되지만, 우리 우주 내부의 존재가 빅 프리즈를 막는다는 것은 곧 기존의 물리법칙을 뒤집는다는 것과 같다. 즉, 제2종 영구기관이 존재해야 한다는 말인데, 과거에 흔히 생각하던 형태의 영구기관은 사실상 유사과학의 영역에 있다는 것이 학계의 정설이다. 더군다나 아래에 언급될 빅 립과 달리 명칭이 빅 "프리즈"로 되어 있다는 점 때문에 그다지 주목을 받지 못 하는 사실이지만, 상술했듯이 빅 프리즈 역시 단순히 우주가 얼어붙기만 하는 게 아니라 기본입자가 점점 붕괴하면서 물질 구조를 더 이상 이루지 못 하고 끝나는 상황이다. 빅 립과 물질 구조의 붕괴 과정은 다르지만 물질 구조를 더 이상 이룰 수 없다는 점에서는 다를 게 없다. 설령 양성자가 붕괴하지 않는다고 하더라도 10⁴⁰년 부터는 가용 에너지 부족으로 인해 문명이 더 이상 생존하기 어려울 것이며, 이후 충분히 긴 시간([math(10^{10^{26}})]년 이상)이 주어지면 남은 천체들이 양자 터널링 현상으로 인해 점점 압축되어 블랙홀로 붕괴한 뒤 호킹 복사가 나타나고 열적사멸에 이를 것이라고 한다.

그리고 매체에서는 빅 프리즈가 꿈도 희망도 없는 암울한 미래[21]인 것처럼 말하지만, 어차피 멸망하는 것은 어느 쪽이든 매한가지라면 인류가 그나마 오래 살 수 있는 것은 빅 프리즈다. 우주 전체가 태양보다도 뜨겁게 타오르다 결국엔 원자핵 하나보다도 작은 크기로 뭉쳐지는 빅 크런치나 생명체는 물론이고 모든 원자핵, 쿼크까지도 갈기갈기 찢어버리는 빅 립과 달리 빅 프리즈에서는 우주가 서서히 죽어가면서 아주아주 오랫동안 유지된다. 과학기술이 발달해서 생명을 유지할 물질과 에너지만 충분히 확보할 수 있다면 다른 두 시나리오에 비해 압도적으로 오랜 시간동안 문명을 지속할 수 있을 것이다.

그런데 과학자들은 양성자가 붕괴한 이후에도 포지트로늄과 같은 입자들이 다시 모여서 물질 구조를 형성할 수 있으며 이 새로운 물질 구조로 이루어진 생물체가 발생할 수 있다고 추측하기도 한다. 만일 존재한다면 지금 우리의 입장에서는 가장 단순한 단세포 생물도 수천만 광년에 걸쳐 퍼져 있는 소립자의 안개처럼 보이리라고 추측한다. 이러한 생물체가 다시 뭉쳐서 이성을 지닌 지적인 생물체를 이루려면 천문학적이라는 말로도 모자랄만큼 까마득한 시간이 걸릴 것이다. 사실 양성자와 중성자가 붕괴했을 정도라면 지금의 우주에 대해 알아낼 방법조차 없을 것이다. 그러한 생명체에게 우리의 존재는 마치 우리에게 빅뱅 후 10^-12초 시점에 아주 작은 물질로 이루어진 지적 생명체가 존재했다고 말하는 것이나 마찬가지이다.

위의 유튜브 영상에서 물리학자 미치오 카쿠는 우주의 열적죽음이 오기 전에 고도로 발달한 문명이 한 점에 막대한 양의 에너지를 집중시켜 새로운 아기 우주를 창조하고 그 우주로 탈출할 수 있을 것이라 예상한다.

이 파트에서 소개된 영상은 양성자 붕괴가 일어난다는 전제하에 나온 시나리오이다. 만약, 양성자 붕괴가 일어나지 않는다면, 상황은 굉장히 달라질 수 있고, 다음과 같이 전개된다. 제4천년기 이후 문서로.

• 서기 1정(10⁴⁰) 년: 인류 또는 다른 문명이 우주 공간에서 생존 가능한 마지막 시간대[22]
  다른 에너지원을 찾지 못했다는 전제 하에
  이다. 이 시간대 이후로 사실상 블랙홀 에너지조차 사용이 불가능해지면서 모든 생명체는 완전한 종말을 맞게 된다. 물론 시간 규모가 규모다보니 그 종말의 과정은 아무리 짧아도 최소 수 조년 이상은 걸릴 것[23]
  1조 년은 1040년에 비하면 1028 분의 1이다.
  이고 그 시간동안 수 억 세대 이상에 걸쳐 굉장히 완만하게 개체수와 가용 에너지가 줄어드는 형태로 나타날 것이다.
• 서기 10불가사의(10⁶⁵) 년: 암석 같은 단단한 물체를 이루는 원자와 분자들이 양자 터널 효과에 의해 재배열된다. 이 정도로 긴 시간이 지나면 모든 물질은 유리와 같은 비결정질 고체가 되어 유체의 속성을 띠게 된다.
• 서기 10¹⁵⁰⁰년: 남아있는 천체를 구성하는 원자들이 철-56으로 붕괴하는 데 걸리는 시간이다. 이때 흑색왜성은 철 별(Iron star)이 된다. 빛은 사라진 지 오래고, 이 별들은 암흑뿐인 우주를 그 뒤 붕괴될 때까지 떠돌게 된다.
• 서기 [math(10^{10^{26}})]년: 철 별이 양자 터널링을 통해 중성자별이나 블랙홀로 붕괴하는 데 걸리는 시간이다.
• 서기 [math(10^{10^{76}})]년: 남아 있는 모든 물질이 블랙홀이 되는 가장 오래 걸리는 시간이다.
• 서기 [math(10^{10^{120}})]년: 마지막 블랙홀이 소멸하고 열적사멸을 맞는 가장 오래 걸리는 시간이다.

3.2.3. 빅 립[편집]

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Big Rip - 대열구, 大裂口 / 대파열, 大破裂

빅 프리즈 이론과 비슷하지만, 암흑에너지의 양이 과도하게 높아질 경우 일어나는 종말 시나리오다.

빅 립이 일어날 조건은 현재 밝혀진 것이 거의 없는 암흑에너지의 성질에 좌우된다. 암흑에너지가 우주의 크기에 상관없이 밀도가 변하지 않는 우주상수의 형태로 존재한다면 우주는 빅 프리즈로 끝나게 된다. 현재까지의 관측 결과에 의하면 꾸준하게 우주상수가 지지받고 있으므로 표준 우주론에서는 암흑에너지의 밀도가 불변한다는 가정 하에 세워졌다. 그러나 이 가정에 대한 관측상의 증거가 아닌 이론적 근거는 현재 전무한 상태이다.

만일 암흑에너지의 성질이 우주가 팽창할수록 밀도가 증가하는 것이라면, 빅 립이라는 훨씬 더 놀랍고도 끔찍한 결말이 기다리고 있다.

이 척력 에너지는 이미 물리학의 기본 상호작용 중 중력보다 큰 상태로, 우주는 산산히 흩어지고 있다. 시간이 흐를수록 입자 간의 척력이 점점 강해져서, 중력을 제외하고 실질적으로 제일 약한 약한 핵력부터 시작해 전자기력, 강한 핵력까지 다 이기면서 은하와 별은 물론, 원자와 원자핵까지 모든 물질이 죄다 뜯겨져 소멸하는 종말이다.

현재 우주의 암흑에너지는 엄청나게 멀리 떨어진 은하단 사이를 갈라놓는 수준[24]에 머무르고 있는데, 빅 립은 별이나 행성을 찢어놓는 것도 모자라 결국 원자핵과 핵자까지 분해시켜 버릴 것이다. 특정 시점에 도달하면 (계산상으로) 암흑에너지의 양은 무한대로 발산하고 반대로 우주의 밀도는 0으로 수렴하며, 공간의 팽창 속도가 광속을 넘어서게 되면서 최종적인 우주의 종말이 이루어진다.

일부 천문학자 및 물리학자들은 빅 립과 빅뱅 직후의 인플레이션 사이의 유사성에 주목하여 어쩌면 이전 세대의 우주가 빅 립을 일으킨 결과 우리 우주가 탄생했을 수 있다는 가설을 내놓기도 한다. 그랬다면 지금 우주의 중력이 이전 세대 우주의 핵력 정도 되는 위치의 기본 상호작용이었을지도 모른다.

빅 립 이론은 암흑에너지 상태방정식이라 부르는 w값에서 출발한다. w값은 암흑에너지의 총량이 우주 부피의 w제곱에 반비례함을 의미한다. 이 w값이 얼마냐에 따라 우주의 운명을 추측할 수 있다.

• w가 -1보다 작으면, 암흑에너지는 '유령 에너지'(phantom energy)라고 불리는 형태가 되며 우주 팽창이 극도로 가속화되어 원자까지도 찢어지고, 마지막에는 시공간 자체가 찢어져버려 입자와 입자 사이의 거리가 ∞가 되어 결국 無가 된다.
• w가 정확히 -1이면, 우주 상수와 동치이므로 절대로 빅 립으로 끝나지 않는다.
• w가 -1보다는 크고 0보다는 작으면, 우주가 팽창할수록 암흑에너지의 양은 증가하지만, 가속 팽창으로 인해 밀도가 낮아져서 결국 빅 프리즈로 끝난다.

현재 관측을 통한 가장 최신 측정치는 -0.99로서, 이는 우주가 빅 립으로 끝나지 않을 가능성이 매우 높음을 보여주고 있다.

다음은 w값이 -1.5일 경우 시나리오이다. w=-1.5이면 지금으로부터 약 220억 년[25] 뒤에 빅 립이 발생하게 된다. 제시된 시간은 빅 립 발생 시점으로부터 n년 전임을 의미한다.

• 빅 립 2억 년 전: 이 시점부터는 척력이 중력보다 강해져 은하들이 흩어진다.[26]
  즉 은하군이 해체된다는 것이다
• 빅 립 6000만 년 전: 은하계의 중력이 천체들을 붙들어두기에 너무 약해지면서 결국 은하계가 해체된다. 이것은 빅 프리즈에서는 무려 1000경 년이 지나야 발생할 것으로 추측되는 일이다.
• 빅 립 3개월 전: 항성의 중력이 행성들을 붙들어두기에 너무 약해지면서 행성계가 해체된다.
• 빅 립 30분 전: 항성, 행성들이 해체된다. 이 시점에서 만약 문명이 남아 있었다면 갈기갈기 찢어지면서 순식간에 멸망을 맞이하게 될 것이다.
• 빅 립 10^-19초 전: 원자핵에 이어 핵자가 해체된다.
• 빅 립 발생: 시공간 자체가 찢어지면서 입자와 입자 사이의 거리가 무한대가 되어, 시간의 의미를 상실한 세계가 된다.

4. 대중매체에서의 묘사[편집]

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4.1. 빅 크런치가 묘사된 작품[편집]

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• 가면라이더 빌드의 외전작인 빌드 NEW WORLD 가면라이더 크로즈의 메인 악역 킬바스가 자신의 목적을 설명하는데 판도라 박스를 사용해 빅뱅을 일으켜 우주를 리셋시키는 게 목적이라고 한다.
• 요정대전쟁 ~ 동방삼월정에서 키리사메 마리사가 스펠카드로 들고 나온다.
• 아나크로녹스에 등장하는 적대 세력은 우리 우주가 빅 크런치로 소멸한 다음 생겨난 우주에서 온 이들로, 우리 우주의 빅 크런치를 앞당겨 자기네 우주의 빅뱅이 좀 더 먼저 발생하게 만들려는 목적을 갖고 활동하고 있다. 이는 자기네 우주의 수명을 늘리려는 목적이다.
• 천원돌파 그렌라간의 스파이럴 네메시스는 빅 크런치의 범주에 속할 것이라는 설이 있다.
• 갤럭시 엔젤2 시리즈에서 평행 세계 간의 관문 역할을 하는 절대영역의 초고대 유적 '글로브'의 정체가 빅뱅과 빅 크런치를 순환시키는 장치이다. 갤럭시 엔젤 시리즈에서 일어난 전쟁의 흑막에 있는 두 허수존재가, 그동안 모든 음모가 실패하자 실패한 우주들을 몽땅 리셋하겠다면서 글로브를 이용해 빅 크런치를 일으키려고 시도했다.
• 은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서의 '우주의 끝에 있는 레스토랑' 밀리웨이스 씬에서 묘사되는 우주의 종말도 빅 크런치로 보인다. 자포드의 "그냥 뱅빅" 이라는 말로 거의 확인사살.
• 죠죠의 기묘한 모험 6부 스톤 오션의 최종보스 엔리코 푸치의 스탠드인 메이드 인 헤븐의 능력 시전의 시간을 가속하여서 "시간가속 → 우주멸망 → 특이점 → 새우주 재창조" 으로 성립되는 세계인 일순 후의 세계가 빅 크런치의 "빅 크런치 → 특이점 → 빅뱅" 과 같은 원리이다.
• Fate 시리즈의 룰러(3차)의 보구명은 트윈 암 빅 크런치.
• 소닉 X의 악의 조직인 메타렉스의 계획이 숲밖에 없는 세계, 일명 죽음의 세계이다. 말 그대로 숲만 무성하고 새나 벌레와 같은 동물은 하나도 없는 세계인데, 이는 동물들을 모두 삼화(森化)하여 숲의 일부로 바꾸는 계획이기 때문.
• 아이돌 마스터 밀리언 라이브의 2016년 만우절 이벤트에선 전 인류 1인당 1아카네인형 계획이 폭주. 인형이 전 우주의 질량의 7할을 차지하면서 빅 크런치가 발생해 우주가 붕괴되고, 리셋 된 우주에서 다시 이 계획이 진행되는 무한루프 엔딩이 나온다.
• 용자왕 가오가이가 FINAL의 솔 11 유성주가 삼중련 태양계 복구를 위해서 시공을 비틀어 우리우주의 암흑물질을 빨아 들이기 시작했고 그로 인하여 우주 수축현상이 발생하였다. 그러나 과학적으로 따지면 암흑물질을 흡수한다면 우주상수가 바뀜으로 팽창의 가속도가 지금보다 빨라져 빅립이 이루워져야 한다.
• 가즈나이트 R에서는 '하얀 우주'에서 탄생한 '검은 우주', 즉 물질구조가 있는 현실의 우주들은 모두 빅 크런치로 종말을 맞는다. 기묘하게도 우주파괴가 가능할 정도로 강대한 존재들은 보통 뭔가 다른 수단으로 우주를 부수며 '자연적인 종말'은 어디까지나 빅 크런치에 의해서만 일어난다. 하지만 하이볼크가 소속한 '검은 우주'는 쉬프터들이 신의 활동으로 발생하는 마이너스 에너지를 수확하여 영원한 팽창을 유지한다. 이 '검은 우주'는 무수한 우주를 내포한 인플레이션 멀티버스로서 내재된 우주의 수가 작중 시점에서 10⁸⁰⁰개에 이르며 매 순간 계속해서 늘어난다고 한다. 이렇게 영원히 팽창하는 '검은 우주'를 소멸시키기 위해 '하얀 우주'에서 '검은 우주'로 침투시킨 존재가 사냥꾼이다.

4.2. 빅 프리즈가 묘사된 작품[편집]

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• 아이작 아시모프의 단편소설 《최후의 질문》에서 이 빅 프리즈로 우주가 멸망한다. 이후 나오는 종교와 과학을 결합한, 기발하면서도 충격적인 반전이 인상적.
• 판타지 RPG인 위쳐 3의 재앙인 백색 서리도 일종의 빅 프리즈와 유사한 것으로 설명되고 있다. 다만 단일우주가 아니라 여러 다원우주에 걸쳐 퍼져나가고 있는 게 특이한 점.
• 어드벤처 게임 아우터 와일즈는 빅 프리즈로 인한 우주 종말의 직전 시점에 탄생하고 지성체로 진화한 불운한 종족의 이야기를 그리고 있다.
• 닥터후에서도 빅 프리즈를 최종적인 우주 종말로 설정하고 있다.
• 이요와의 곡 열이상에서 열죽음 및 빅 프리즈에 대한 내용을 다루고 있다.

5. 관련 문서[편집]

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• 정상우주론
• 우주/역사
• 우주배경복사
• 바운스볼/월드/빅뱅