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物理 宇宙論
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主題 歷史 宇宙 마이크로파 背景 複寫의 發見(Discovery of CMBR) 大爆發 理論의 歷史(History of the Big Bang) 大爆發理論의 宗敎的 解釋 宇宙論 年表
分類 天文學 포털
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宇宙의 終末 (宇宙의終末, 英語 : Ultimate fate of the universe )은 天體物理學 에서, 宇宙의 마지막 段階에 對한 論議다. 다양한 科學理論을 통해 多樣한 終末이 豫想되고 있고, 宇宙의 壽命도 有限과 無限 모두 提示되어있다.

宇宙는 大爆發 에서 始作되었다는 빅뱅 宇宙論 은 많은 科學者들의 支持를 받고있다. 宇宙의 終末은 宇宙의 質量과 에너지의 比率, 宇宙의 平均 密度, 宇宙의 膨脹率과 같은 物理的 性質에 影響을 받는다.

宇宙의 終末에 對한 몇 가지 理論 [ 編輯 ]

20世紀 初盤까지만 하더라도 正常 宇宙論 이 主流였다. 그러나 1920年代에 허블이 宇宙가 膨脹한다는 것을 發見하여, 宇宙의 始作과 끝이 科學的 硏究의 重要한 對象이 되었다.

宇宙의 始作에 對한 主要 理論은 大爆發 宇宙論 이다. 宇宙의 終末에 對한 理論은 크게 세 個로 나눌 수 있다.

終末은 없다.

現在의 觀測結果와 달리, 宇宙는 現在 狀態 그대로 永遠히 存在한다.

正常 宇宙論

宇宙의 膨脹, 收縮이 永遠히 反復된다.

빅 바운스

永遠히 죽음을 맞는다.

宇宙 自體의 終末은 아니지만, 宇宙 內部의 모든 存在가 永遠한 平衡 狀態에 到達한다.

열죽음 , 빅 립 , 빅 프리즈

언젠가 重力이 宇宙의 膨脹을 克服하고 宇宙는 收縮한다.

빅 크런치

一時的으로 죽음을 맞이한다.

大爆發 과 빅 크런치 가 永遠히 繼續된다.

現代의 理論은 一般 相對性 理論 을 바탕으로 하고있다. 위의 理論들은 大部分 一般 相對性 理論的 方程式의 結果이며, 宇宙의 平均 密度와 宇宙常數 의 값과 같은 媒介變數만 다르다. 爐底 펜로즈 의 等角循環宇宙론 에서는 빅 크런치 없는 永久的인 循環을 主張하기도 한다.

두 種類의 終末 [ 編輯 ]

空間의 曲率이 0이거나 音囚人 열린 宇宙와, 曲率이 陽數인 닫힌 宇宙에서 宇宙의 終末은 크게 달라진다.

열린 宇宙 [ 編輯 ]

열린 宇宙는 永遠히 膨脹하면서 烈士 를 맞이한다. 이러한 宇宙 모델에서 먼 未來에 일어나는 現象을 時間順序臺로 正確히 豫測하는 것은 어렵지만, 다음과 같은 現象이 일어날 것으로 豫測된다.

恒星 形成 停止 [ 編輯 ]

現在 宇宙의 物質 中, 陽性子 와 中性子 等의 重粒子 의 大部分은 天體, 特히 恒星과 星間物質 의 形態로 存在하고있다.

恒星은 時間이 흐름에 따라 進化한다. 가벼운 恒星은 白色矮星 으로 一生을 마무리한다. 무거운 恒星은 超新星 爆發로 物質의 大部分을 放出하여 星間物質로 돌아가며, 放出되지 않은 部分은 質量에 따라 中性子星 이나 恒星 블랙홀 이 된다. 星間物質의 密度가 높아지면 다시 恒星이 形成된다.

이렇게 重粒子는 再活用되지만, 恒星 進化 過程에서 白色矮星, 中性子星, 恒星 블랙홀 等의 密集性 의 形態로 固定되는 質量이 있기 때문에, 時間이 지날수록 再活用되는 重粒子의 量은 漸次 줄어 星間物質이 枯渴될 것이며, 그에 따라 새로운 恒星 形成 이 일어나지 않게 된다. 恒星 形成이 停止되기까지는 10 ¹⁴ 年 程度가 所要될 것으로 推定된다.

恒星形成이 停止될 境遇, 宇宙에는 可視光線을 放出하는 天體가 漸次 減少하게 된다. 그리하여 이 時期의 宇宙에서는 主로 식어가는 密集性의 熱에 依해 放出되는 赤外線과 電波가 觀測될 것이다.

블랙홀의 成長 [ 編輯 ]

銀河 하나에서 超新星 爆發은 100年에 한 番 꼴로 일어나며, 여기에서 하나의 銀河에 約 10 ⁸ 個 程度의 恒星 블랙홀이 있을 것으로 推測할 수 있다. 또한 많은 銀河의 中心에는 招待質量 블랙홀 이라는 巨大한 質量의 블랙홀이 存在한다는 것이 밝혀졌다.

블랙홀은 周圍의 物質을 吸收하며 成長한다. 그리고 質量이 큰 天體는 系의 中心으로 모이는 傾向이 있다. 블랙홀이 成長하면서 銀河의 中心을 向해 모여들어 結合하여 더욱 커지게 된다. 結局에는 銀河 中心의 招待質量 블랙홀이 銀河 全體의 質量을 모두 吸收하게 된다. 이러한 狀態에 이르기까지는 10 ³⁰ 年 程度가 所要될 것으로 推定된다.

物質을 吸收하면서 成長하는 블랙홀의 周圍에는 降着圓盤 이 形成된다. 降着圓盤은 X線이나 감마선을 放出하는데, 이 時期의 宇宙에는 이러한 X線과 감마선만이 觀測된다.

블랙홀로 인해 最大限 結合할 수 있는 것은 하나의 銀河團 規模다. 그보다 더 큰 構造는 重力보다 宇宙의 膨脹에 依해 멀어지는 速度가 빨라 結合할 수 없다. 따라서 블랙홀의 成長過程은 블랙홀의 質量이 銀河團의 規模가 될 때 그치며, 그 後에는 이러한 超巨大 블랙홀들이 宇宙에 흩어져 서로 멀어지게 된다. 마침내는 서로 멀어지는 速度가 光速을 넘어서서, 永遠히 서로를 볼 수 없게 된다.

블랙홀의 蒸發 [ 編輯 ]

블랙홀의 溫度가 外界보다 높은 境遇 熱輻射를 하며 質量을 잃어 蒸發하게 된다. 이것을 호킹 複寫 라고 하는데, 現在의 宇宙 溫度인 2.7K에서는 달 質量 程度의 작은 블랙홀만 蒸發하게 된다. 하지만 宇宙가 膨脹하여 宇宙의 溫度가 60nK까지 내려갈 境遇, 質量이 恒星 정도인 블랙홀도 蒸發한다. 溫度가 10 ^-19 K까지 내려갈 境遇 質量이 銀河 規模인 블랙홀도 蒸發하기 始作한다. 銀河 規模의 巨大한 블랙홀이 蒸發하기 始作하기 위해서는 宇宙의 크기가 只今의 10 ¹⁹ 倍 程度가 되어야하며, 거기까지 걸리는 時間은 約 7300億年 程度로 推定된다.

블랙홀이 蒸發하기 始作하더라도, 블랙홀이 完全히 蒸發하기까지는 오랜 時間이 걸린다. 質量이 太陽 정도인 블랙홀의 蒸發時間은 約 10 ⁶⁷ 年이다. 增發에 걸리는 時間은 블랙홀의 質量의 3제곱에 比例하기 때문에, 銀河 規模의 블랙홀이 完全히 蒸發하기까지는 約 10 ¹⁰⁰ 年이 所要된다.

放射線만 存在하는 宇宙 [ 編輯 ]

블랙홀이 모두 蒸發한 뒤, 블랙홀이 蒸發하면서 放出한 光子만이 宇宙를 채우게 된다. 이 時期의 宇宙는 絶對 影島 에 無限히 가깝기 때문에, 光子의 에너지는 아주 낮다. 따라서 物質粒子가 生成되는 것은 不可能하다. 오로지 放射線만이 存在하는 宇宙가 幾何級數的으로 膨脹하며, 絶對 零度에 無限히 가깝게 冷却된다.

이 極低溫 狀態를 빅 프리즈 或은 빅 칠 이라 부른다. 이것은 엔트로피 增加와는 다른 物理的 過程의 結果로 나타난 것이며, 엔트로피 增加에 依해 發生하는 烈士 와는 다른 狀況이다.

陽性子 崩壞 [ 編輯 ]

大統一理論 에 따르면, 重粒子의 大部分을 차지하는 陽性子度 崩壞하게 된다. 하지만 陽性子의 壽命은 적어도 10 ³³ 年 以上이 될 것으로 豫想된다. 따라서 陽性子는 崩壞하기 以前에 大部分이 블랙홀에 吸收된다.

닫힌 宇宙 [ 編輯 ]

닫힌 宇宙에서는 膨脹速度가 漸次 減少하게 되며, 곧 宇宙가 收縮하게 되어 빅 크런치 를 맞게 된다.

포지트로늄 [ 編輯 ]

宇宙의 마지막 段階에서 宇宙는 한동안 電子 와 陽電子 가 서로의 軌道를 돌고 있는 포지트로늄 으로 차게 된다. 그러나 그마저 매우 먼 距離에 떨어져 있어서 서로 影響을 미치기 힘들다.

最近의 宇宙論의 影響 [ 編輯 ]

急膨脹 [ 編輯 ]

急膨脹 理論 에 따르면, 急膨脹 以前의 曲率이 어떠하든, 急膨脹 以後의 曲率은 거의 0이다. 卽, 宇宙는 거의 平坦하다. 平坦한 宇宙는 열려있기 때문에, 宇宙는 烈士 를 맞이할 것으로 豫想된다.

暗黑物質 發見 [ 編輯 ]

旣存의 觀測에서는 宇宙의 密度는 宇宙를 平坦하게 하기 不足했다. 따라서 急膨脹 理論 이 豫想한 平坦한 宇宙는 觀測結果만이 뒷받침하고 있었다. 하지만 暗黑物質 의 間接的인 觀測結果가 쌓인 結果, 宇宙의 密度가 豫想値가 크게 늘어 宇宙가 平坦할 것으로 豫想되었다.

加速 膨脹 發見 [ 編輯 ]

以前까지는 宇宙 常數 가 0日 것으로 假定되었다. 하지만 WMAP 等의 觀測에 依해 宇宙가 加速膨脹하고 있을 可能性이 提起되었다. 2003年에 宇宙는 모든 物理的 結合이 풀려버리는 빅 립 으로 끝난다는 論文이 發表되었다. ^[1] 이 假說에 따르면 宇宙 상수가 時間에 따라 增加하여, 强力한 加速膨脹에 依해 모든 物理的 構造가 粒子單位까지 찢어지게 된다. 그리하여 宇宙는 永遠히 加速 膨脹되면서 粒子만으로 이루어지게 된다.

宇宙 未來 시나리오 [ 編輯 ]

225,000,000年 後 [ 編輯 ]

太陽은 하나의 銀河年을 完成한다. 銀河年은 宇宙의 鳶島이며 銀河를 中心으로 太陽系가 한 番 公轉하는 時間임.

600,000,000年 後 [ 編輯 ]

地球에서는 더以上 日蝕을 觀察할 수 없게 됨. 潮汐力의 加速度 때문에 地球에서 달 까지의 距離는 每年 約 3.8cm씩 增加함. 6億年 後에는 距離가 約 23,000km로 增加함. 同時에 太陽은 相當한 量으로 大型化되고 있음.

750,000,000年 後 [ 編輯 ]

弓手자리 矮小銀河는 銀河水 銀河에 從屬됨. 이제는 銀河水 銀河에서 觀察 可能.

3,800,000,000年 後 [ 編輯 ]

안드로메다 銀河와 우리 銀河가 합쳐져 巨大한 銀河, 卽 밀코메다가 誕生函.

100,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

處女자리 超銀河團이 뭉치기 始作함. 똘똘 뭉친 處女자리 超銀河團은 하나의 巨大한 銀河를 形成함.

1,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

많은 銀河에서 별들의 形成이 줄어듬. 相當數 部分의 銀河가 사라지고, 別 形成에 重要한 가스 구름들이 枯渴됨.

2,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

超銀河團 너머의 銀河들은 觀察 不可能. 暗黑 에너지가 宇宙 膨脹을 加速化 函.

20,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

赤色矮星이 죽기 始作함. 우리 銀河에서 가장 오래 살았던 赤色矮星이 사라지기 始作함. 赤色矮星의 죽음 뒤에는 黑色矮星들이 남음. 黑色矮星 들은 少量의 放射能을 噴出함.

100,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

이젠 宇宙에서 별들이 사라지고 있음. 남은 唯一한 별의 質量 個體는 白色矮星, 中性子별과 블랙홀 뿐이다. 褐色矮性은 아직 남아있다. 大部分의 별은 블랙홀로 빨려들어감.

10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

中性子별, 白色矮星, 블랙홀은 現在 唯一하게 남아있는 個體임.

10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000年 後 [ 編輯 ]

오직 블랙홀과 亞原子粒子 만이 남음. 宇宙의 個個 粒子들은 엄청난 擴張 速度로 인해 산산히 쪼개짐. 블랙홀 亦是 호킹輻射로 蒸發하게 됨.

10의 100勝年 [ 編輯 ]

마지막 남은 블랙홀이 蒸發하게 됨. 이 時點에서 宇宙는 光子, 中性子, 電子와 陽性子로 構成되어 있다. 이들 사이에 어떠한 相互作用도 없으므로 本質的으로 宇宙는 죽었다고 할 수 있음.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 大爆發
• 빅 크런치
• 急膨脹 理論

出處 [ 編輯 ]