Ch. 7-2 우주론

우주는 안정적인가?

우주의 끝은? (얼마나 큰가?)

우주의 나이는?

우주를 이루고 있는 물질은?

우리는 어디서 와서 어디로 가는가?

우주는 안정적인가?

우주의 끝은? (얼마나 큰가?)

우주의 나이는?

우주를 이루고 있는 물질은?

우리는 어디서 와서 어디로 가는가?

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사방상하(四方上下)를 우(宇), 고왕금래(古往今來)를 주(宙)

여러 천체의 크기/거리

ã 지구의 반경 = 6,400 km

ã 지구-태양 사이 거리 = 1억5천만 km (= 1 AU)

ã 태양계의 크기 (태양-해왕성) = 30 AU

ã 가장 가까운 별 Alpha Centauri

거리 = 4.3 광년 1 광년 = 63,240 AU

ã 우리 은하(Milky Way)의 직경 = 10만 광년

(태양은 은하의 중심으로부터 3만 광년)

ã 가장 가까운 Andromeda 은하까지 거리 = 2백만 광년

ã Virgo 성운까지 약 40억 광년…

ã 지구의 반경 = 6,400 km

ã 지구-태양 사이 거리 = 1억5천만 km (= 1 AU)

ã 태양계의 크기 (태양-해왕성) = 30 AU

ã 가장 가까운 별 Alpha Centauri

거리 = 4.3 광년 1 광년 = 63,240 AU

ã 우리 은하(Milky Way)의 직경 = 10만 광년

(태양은 은하의 중심으로부터 3만 광년)

ã 가장 가까운 Andromeda 은하까지 거리 = 2백만 광년

ã Virgo 성운까지 약 40억 광년…

우주는 안정적인가?

ã 천체 사이의 힘은 오직 중력이다.

ã 우주는 중력만으로 안정한가?

à 중력붕괴 : 붕괴시간 = pR3/(8Gm)1/2

태양-Alpha Centauri 사이 붕괴시간 ~ 2천5백만년

뉴턴은 우주의 안정을 신의 섭리로 설명함.

아인슈타인도 정적인 우주를 믿었으나 1931년 이후 포기.

ã 천체 사이의 힘은 오직 중력이다.

ã 우주는 중력만으로 안정한가?

à 중력붕괴 : 붕괴시간 = pR3/(8Gm)1/2

태양-Alpha Centauri 사이 붕괴시간 ~ 2천5백만년

뉴턴은 우주의 안정을 신의 섭리로 설명함.

아인슈타인도 정적인 우주를 믿었으나 1931년 이후 포기.

Breakthrough in Astronomy in 20th century2차원관측à 3차원관측

•모든것이지구로부터후퇴

•우주는팽창한다. • vH = H d

Edwin Hubble1929

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•모든것이지구로부터후퇴

•우주는팽창한다. • vH = H d

Edwin Hubble1929

팽창하는우주

ã 도플러 법칙 – 별빛의 적색편이 발견 (Slipher ~1920)

ã Edwin Hubble (1889-1953) – 허블의 법칙

별의 후퇴속도 vH = H d

별의 거리(d)가 멀수록 빨리 멀어진다.

ã vH = c 이하만 관측 가능. à 허블 반경 RH = c/H

(RH = 138억 광년 …)

ã 질문1: 우주팽창의 중심은 어디인가?

ã 질문2: 그럼 우주는 유한한가?

ã 도플러 법칙 – 별빛의 적색편이 발견 (Slipher ~1920)

ã Edwin Hubble (1889-1953) – 허블의 법칙

별의 후퇴속도 vH = H d

별의 거리(d)가 멀수록 빨리 멀어진다.

ã vH = c 이하만 관측 가능. à 허블 반경 RH = c/H

(RH = 138억 광년 …)

ã 질문1: 우주팽창의 중심은 어디인가?

ã 질문2: 그럼 우주는 유한한가?

우주는 유한한가?

밤 하늘은 왜 어두운가?- Olbers' paradox (1823)

At Time Zero

“빅뱅”팽창하는우주의논리적시작

무한 온도

·무한압력

·무한밀도

·무한곡률

시공간특이점

물리법칙의붕괴

예측불능

질문: 시간 0 이전에는 무엇이 있었을까?

NeutronsProtons

born

Nuclei(elements)

born

1015

1012

109

106

103

1

10-3

우주의 역사(Big Bang 이후)

온도(도)

Atomsborn

Nuclei(elements)

born

nano-

second

micro-

second

second

day

year

millen-

nium

aeon

1015

1012

109

106

103

1

10-3

시간

Atomsborn

Quasarsborn

TodayHot as hell

Sun born

그 이후는 어디로 가나?

Universe Ends

Hell Freezes Over

Sun burns out

Today

한국 월드컵축구 우승

t

billion-billion

years

hundred-billion

years

17-billion

years

13.7-billion

years

thousand-billion

years

Cosmic Microwave Background Radiation (CMB)

우주배경복사

“최초의빛”

“창조의여운”

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흑체복사온도: T = 3 K (-270o C)

Arno PenziasRobert Wilson

1964

CMB 관측시도 – 특수한 인공위성들

COBE (The Cosmic Background Explorer) (1989)

Penzias와 Wilson의 안테나(1964)

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)(2001)

Planck (2009. 5. 14)

ß Seeds of structure

Inflation 이론

Structure of the UniverseStructure of the Universe

우주는 창조되었을까?

그럼, 우주의 종말은 어떨까? 시간이란 무엇인가?우주의 창조를 과학에서 논의할 수 있는가?

We have obtained a true image of the

Early Universe, and new important

questions

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우주는 무엇으로 이루어져 있는가?

•물질 (Matter)1. 주로 수소, 헬륨2. 어디나 CHON3. 우주선 (hot)4. 암흑물질과 암

흑에너지?

* 다른 천체에도 생명체가존재할까? 물은?

à 지구 같은 행성을 찾아서 –Kepler 탐사선(2009)

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•물질 (Matter)1. 주로 수소, 헬륨2. 어디나 CHON3. 우주선 (hot)4. 암흑물질과 암

흑에너지?

* 다른 천체에도 생명체가존재할까? 물은?

à 지구 같은 행성을 찾아서 –Kepler 탐사선(2009)

우리가 알고 있는 입자외에 우주는 무엇으로이루어져 있는가?

우리가 알고 있는 ‘물질’은 4~5% 뿐!

-암흑물질 ~1/4-암흑에너지 ~ ¾(우주의 팽창을 설명)

우리는 우주를 얼마나 아나?우리가 알고 있는 입자외에 우주는 무엇으로이루어져 있는가?

우리가 알고 있는 ‘물질’은 4~5% 뿐!

-암흑물질 ~1/4-암흑에너지 ~ ¾(우주의 팽창을 설명)

별의 탄생

Eagle NebulaM167000 ly

허블 망원경이 포착한 창조기둥 (Pillars of Creation)http://apod.gsfc.nasa.gov/apod/ap070218.html, 1995

별의 탄생 – 필요충분 조건 : 수소, 중력, 시간

별의 죽음 그리고 …

우리의 태양은? 45억년 전 수소가 모여 탄생.50억년 후 적색거성(Red Giant)으로 진화.백색왜성(White Dwarf)이 되어서서히 식음.

Multiwavelength X-ray, infrared, and optical compilation image of Kepler's supernova remnant, SN 1604.

Supernova à 많은 물질을 쏟아 냄. 다른별과 생명의 재료.

우리의 태양은? 45억년 전 수소가 모여 탄생.50억년 후 적색거성(Red Giant)으로 진화.백색왜성(White Dwarf)이 되어서서히 식음.

천문학(astronomy)- 고대와 현대

WMAP 위성: Big Bang 증거 수집

천문학은 근대물리학의탄생 동기를 제공하였고, 현대물리학의 궁극적 응용 분야이기도 하다.

우주 모델의 발전고대~현대 (호킹 “시간의 역사”)

최근 인류가 관측한 가장 먼 우주

(시간의 역사)

우주탐험 (태양계 행성 – landing or flyby)

ã 최초의 인공위성: Sputnik 1호, 1957. 10. 4.

ã 최초의 우주인: Yuri Gagarin, 1961. 4. 12.

ã 최초의 달착륙: Neil Armstrong 등, Apollo 11호, 1969. 6. 20.

ã 화성 – 가장 많은 탐사

ã 금성 – 주로 러시아 탐사선

ã 목성 – Galileo, 1995 flyby

ã 토성 – Cassini-Huygens, 2004 이후 지금도 공전

ã 천왕성, 해왕성 – Voyager 2 flyby, 1986/1989

ã 최초의 인공위성: Sputnik 1호, 1957. 10. 4.

ã 최초의 우주인: Yuri Gagarin, 1961. 4. 12.

ã 최초의 달착륙: Neil Armstrong 등, Apollo 11호, 1969. 6. 20.

ã 화성 – 가장 많은 탐사

ã 금성 – 주로 러시아 탐사선

ã 목성 – Galileo, 1995 flyby

ã 토성 – Cassini-Huygens, 2004 이후 지금도 공전

ã 천왕성, 해왕성 – Voyager 2 flyby, 1986/1989

우주 생명체 탐색 (Earth-like planets)