우주의 시작
우주에 관해 연구하는 천문학자들은, 우주가 150억 년 전 '빅뱅(BIG BANG)'이라고 하는 거대한 폭발에 의해 생성되었다고 믿고 있다. 그러나 무엇 때문에 이 폭발이 일어났는지, 그리고 폭발 이전에는 어떤 상태였는지에 대해서는 아직까지 아무도 확실히 알지 못한다.
우주의 모양 : 프리드만의 세 가지 모형
프리드만이 아인슈타인의 중력방정식을 이용하여 계산한 우주에 관한 세 가지 모형으로 암흑 에너지의 존재가 밝혀지기 전에 발표된 모형이다.
1. 닫힌 우주
우주는 둥그런 구의 모습을 하고 있으며, 우리는 구의 표면에 살고 있기 때문에 계속해서 일직선으로 가다 보면 결국 제자리로 돌아온다는 이론이다. 이러한 닫힌 우주에서는 우주의 팽창 속도가 점점 줄어들다가 결국엔 다시 수축을 시작하여, 모든 것이 한 점으로 쪼그라드는 대수축 현상(빅 크런치, Big Crunch)이 일어날 것이라는 우주 모형이다.
2. 열린 우주
말안장처럼 휜 모습을 하고 있으며, 끝이 열려 있기 때문에 무한히 뻗어나가는 형태의 우주이다. 이 형태의 우주는 시간이 갈수록 팽창 속도는 줄어들지만 결국 계속 팽창하여 별들이 모두 소멸되어 사라져 버리는 현상이 나타날 것이다.
3. 평탄 우주
말 그대로 평평한 우주를 말한다. 우주의 팽창 속도가 계속 감소하여 거의 0에 수렴하여 결국 팽창을 멈추게 되어 평평하게 유지될 것이라는 우주 모형이다.
현대 우주 모형
20세기 말부터 다양한 관측 위성과 우주 망원경이 발명되면서 관측 천문학은 비약적인 발전을 이루었다. 첨단기술의 도입으로 우주의 정밀 관측이 가능해지면서 여러 사실들을 알아낼 수 있었다. 천문학자들의 이론과 실제 관측된 데이터를 가지고 연구한 결과, 우주는 계속 팽창하고 있고 게다가 그 속도는 점점 빨라지고 있다는 것을 밝혀냈다. 이러한 가속 팽창의 원인을 우주의 암흑물질과 암흑에너지 때문이라고 말하고 있다. 이러한 현대 우주 모형의 틀 안에서 암흑 물질과 암흑 에너지의 존재를 밝히기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
우주의 미래
그렇다면, 과연 천문학자들은 우주의 미래를 어떻게 예측하고 있을까? 대부분의 과학자들은 모든 일에는 시작과 끝이 있듯이, 우주도 언젠가는 끝을 맞이할 것이라고 생각한다. 우주의 종말에 대한 연구는 우주의 세 가지 모형에 따라 다음의 세 가지 우주 멸망 가설로 설명하고 있다.
1. 빅 크런치(Big Crunch, 우주 대수축)
닫힌 우주 모형에서 예측되는 현상으로, 우주의 팽창 속도가 서서히 줄어들다가 결국에는 다시 수축이 일어나, 모든 것이 어느 한 점으로 축소되어 종말을 맞이한다는 가설이다.
2. 빅 립(Big Rip, 우주 대열구)
열린 우주 모형에서 예측되는 현상으로, 우주의 암흑에너지가 과도하게 많아지면서 우주의 모든 물질들을 찢어버리게 되어, 결국 우주 공간마저 찢어버리게 된다는 가설이다.
3. 빅 프리즈(Big Freeze, 우주 대동결)
평탄 우주 모형에서 예측되는 현상으로, 우주가 끝도 없이 팽창하다가 결국에는 우주를 팽창시킬 에너지가 고갈되어 그대로 멈춰버린다는 가설이다. 끝없는 팽창은 물체와 물체 사이 거리를 멀어지게 하여, 서로 어떤 작용도 일으킬 수 없는 상태를 만들고, 이로 인하여 우주의 온도는 절대 영도에 다다르게 되어 열죽음을 맞이한다는 것이다.