140억 년 전 어째서 빅뱅에 의하여 우주가 태어났는가?(3/3)
140억 년 전 어째서 빅뱅에 의하여 우주가 태어났는가?(3/3)
우주팽창 최초의 순간
젊은 포스트독(Postdoctoral Researcher혹은 Postdoc/박사 연구원）이었던 알란 구스（Alan Harvey Guth、1947년 2월 27일 -, 미국 우주물리학자. 인플레이션이론 제1인자) 가 빅뱅에 대해서 생각하고 있었을 때의 일로, 척력적 중력이 있다면 우주의 귀찮은 수수께끼 하나가 풀릴는지 모른다는 것을 느꼈다. 관측에 따르면 우주는 분명히 팽창하고 있다. 아인슈타인 방정식도 그것을 인정하고 있다. 그러나 그 방정식은 140억 년 전에 시작한 이래 오늘까지 계속하는 팽창을 개시시킨 것이 어떤 힘이었는지에 대해서는 굳게 입을 닫은 채로였던 것이다. 그 문제를 수학적으로 조사해본 구스는 1979년 12월의 심야 엄청난 세력으로 계산을 한 끝에 아인슈타인 방정식에 어떻게든 입을 열 수가 있었다.
구스가 깨달은 것은 어느 종의 물질이 공간을 채우고(그 물질을 “우주의 연료“라 부르기로 하자.) 연료의 에너지가 균일하게 퍼진다면(항성이나 혹성과 같은 덩어리가 되지 않았다면) 그 중력은 확실히 척력이 된다는 것이었다.
보다 정확하게 말하면 구스의 계산은 혹시 직경이 1m의 1억분의 1의 10억분의1 정도의 소영역이 있는 종의 에너지 장에 채워지고 있다면 그리고 그 에너지장이 딱 사우나실을 균일하게 채워지고 있다면 척력적 중력이 엄청난 강함으로 작용하고 그 영역은 폭발적으로 팽창하여 거의 일순이라 할 정도의 짧은 시간 안에 관측 가능한 우주보디도 크다고는 못할 지라도 그것과 같을 정도 크게 끌려 퍼질 것을 나타낸 것이다.(그 에너지 장을 *인플레이션 /inflation장이 아니라 인플라톤/ inflaton장이라 한다. i가 빠진 것은 무엇인가 틀린 것이라고 생각할는지 모르나 이것은 명명법의 규칙에 따른 이름이다.) 이리하여 척력적 중력이 폭발을 일으키고 그 폭발은 확실히 대 폭발이었다.
1980년대 초에는 소련 물리학자 안드레이 린데(Andrei Dmitriyevich Linde、1948년 3월 2일. 러시아 이론물리학자 모스크바출신, 스탠포드대학 물리학교수) 교수와 미국 물리학자 2인조 폴 스타인하트(Paul J. Steinhardt. 1952년생 , 현재 프린스톤대학 알버트 아인슈타인 기념교수로서 물리학부문과 천체물리학부문 교수)와 안드레아스, 알프렉토가 구스가 던져서 보낸 공을 잡아서 그 아이디어를 안고 달려서 실제로 쓸모 있는 최초의 *인플레이션 우주론을 만들었다.
===*인플레이션이론은 우주탄생의 10-36초 후에서 10-34초 후라는 초단시간에 극소였던 우주가 급팽창하고 그 때 방출된 열에너지가 빅뱅의 불씨가 되었다고 설명하는 이론.===
그로부터 수십 년 간 사이에 이들 초기의 일에 촉발된 몇 천 페이지의 복잡한 수학적계산과 팽대하고 상세한 컴퓨터 시뮬레이션이 행해져서 전 세계의 우주물리학의 전문지는 과거에 인플레이션이 있었다는 가정에 기초한 설명과 예측으로 넘쳐났다. 그러한 예측의 다수는 고심 끝의 정확한 천문관측 덕분에 지금으로는 바르다는 것이 확인되고 있다.*
(번역 아오키가오르/青木 薫)
일본어원문=140億年前、なぜビッグバンによって宇宙が生まれたのか