Radius of Observable Universe

현재 빅뱅이 일어났을 것으로
추정되는 가장 근접한 시간을 알아보죠

사실 빅뱅이라는 단어를
별로 좋아하지 않는 게

너무 폭발이라는 느낌을
내포하고 있기 때문인데요

하지만 사실 빅뱅의 내용은

하나의 점에서 확장된

우주의 팽창이라고 하는 것이
더 정확합니다

아무튼 빅뱅이 일어났을 것으로
추정되는 최적의 계산치는

약 137억 년 전입니다

우리가 비론 10억이라는 단위를

엄청난 양의 돈 같은 것을 셀 때

사용하기는 하지만

이 만큼의 시간은 정말
상상할 수 없을 정도의 시간입니다

그냥 쉽게 다룰 수 있는 시간처럼
보일 수 있겠지만 실제로는 그렇지 않아요

나중에는 시간의 척도에 대해

설명하는 영상을 올리려고 하는데요

137억년이라는 시간이

얼마나 긴 시간인지 알 수 있게

아니면 얼마나 긴 시간인지
상상도 할 수 없게 될 수 있겠네요

그리고 이 숫자가 최근 가장

정확한 추정치라는 것도 말씀드리고 싶네요

제가 살아오면서 실제
빅뱅이라는 것에 대해 알고

빅뱅이 얼마나 오래 전에 일어났는지

관심을 가진 이래로 이 숫자는

항상 변하고 있었어요

그래서 이 숫자가 미래에도

더 정확해지거나 조금 더 움직일
수 있을 거라고 생각해요

하지만 이 숫자가 지금
우리가 예측하는 최선의 결과죠

자 그럼 본론으로 돌아가서
이 숫자가 알려주는 것은

관측 가능한 우주의 크기입니다

만약 팽창이 137억년 전에

시작되었다면 3차원 세계에서

사람들이 알고 있는 모든 것들은

단 하나의 점이었고
지금 사람이나 지구에 닿고 있는

빛 입자가 지구에 닿기까지

자 이게 눈이고

여기는 눈꺼풀이죠 어떤 빛 입자가

눈에 들어오거나 아니면

망원경의 렌즈에 닿고 있다면

그 빛 입자가 최대로
이동할 수 있는 시간이

137억년 이라는 거죠

그래서 이게 137억년을
여행한 빛일 수도 있다는 겁니다

그래서 이 설명을 보면

2-3개 이전의 영상 전에서

설명했던 것 같은데
이렇게 구형으로 생겼죠

빛이 이렇게 떨어진 곳에서
온다고 하면

빛이 여기에서 지구로 오는 겁니다

여기가 지구가 있는 곳이에요

이 그림에서 설명하자면

빛이 여기에서 오고 있는 거죠

하지만 여기에서 출발한 빛은

지금 막 지구로 오기 시작했습니다

그리고 그 빛은 지구에 닿기까지
137억 년이 걸릴 것입니다

여기서 확실한 답을 드릴 수 없는 이유는

워낙 큰 단위의 거리와

시간을 다루고 있기도 하고

팽창하고 있는 우주에 대해서
확실한 답을 내는 것이 힘들기 때문입니다

이 그림에서 보이는 이 위치에

어떤 물체가 있다고 해서 그 물체가

137억 광년이 떨어졌다는 말은 아닙니다

만약 더 작은 시간 단위와

거리 단위를 사용하고 있었다면

어림잡아 그렇게 말할
수 있었을지도 모릅니다

우주의 팽창 자체는 그렇게 큰

차이를 만들지 않을 겁니다

조금 더 분명하게 말해보겠습니다

여기에 물체가 있다고 하지만

그 물체의 좌표에 대해서는
정확하게 말할 수 없어요

그 좌표 조금 더 정확히 말하자면
특정 시각에 대한 위치를 잘 알기 위해

공간과 시간에 대한 좌표를 사용하는 것이
시각에 대한 위치를 더 잘 보여줍니다

하지만 그 좌표는 지구의 최근 좌표와

137억 광년 떨어져 있지 않습니다

그리고 이에 대해 생각해볼
내용이 두 개 있습니다

첫째로 137억년 전에

방출된 빛이 방출되었을 때

지구는 방출된 지점의 좌표에

지금보다 훨씬 가까웠습니다

이 좌표가 여기에 훨씬
가까웠다는 이야기입니다

지구가 있는 우주의 이 지점에서

이 지점까지 우주 상에서
훨씬 가까웠었다는 것이죠

여기에서 다시 한 번
생각해보아야 하는 것은

그림을 좀 그릴게요

초기 팽창 이후 30만 년 후의

특이성을 봅시다

그래서 30만 년 간의

우주의 역사를 알아봅시다

그러므로 우주의 역사 속으로
30만 년 정도 들어갔다고

볼 수 있을 것 같습니다

우선 우주의 역사에서
바라본 관점에서는

아직 뚜렷한 차이점은 없습니다

그리고 이것에 대해서는

우주 마이크로파 배경
방사능에 대해 이야기할 때
더 자세히 설명하는 것으로 하겠습니다

하지만 우주의 관점에서 봤을 때

그것은 일종의 수소로 이루어진

균일한 백열 플라즈마였습니다

그리고 이 영상에서는 이것에
대해서 설명할 거에요

이것은 마이크로파 방사능을
방출하고 있었습니다

이것에 대해서는 나중에 다른
영상에서 더 설명하도록 하겠습니다

하지만 초기 우주에 대해서 두 가지
사실을 짚고 넘어가야 할 것 같습니다

초기 우주에 한 점을 잡았을 때

지구가 어디에 있는지 정확히

좌표로 나타낼 수 있다고 합시다

여기가 지구가 있는 곳이죠

사실 그렇게 정확하게 나타낸 건 아닙니다

가운데에 그리지 않는게
보여드리기 더 편하니까

가운데에서 조금 벗어나게 그릴게요

그리고 아주 초기의 우주에서

만약 자를 가지고

이 두 점 사이의 거리를 측정할 수 있다면

아마 그 거리는

3000만 광년 정도 될 겁니다

여기 자홍색으로 표시한
부분을 잘 봐주세요

여기에 있는 물체에서는
마이크로파 범위에서

광자를 방출하고 있습니다

그리고 이 영상에서 그 파장의 범위가
방출하는 범위라는 걸 설명할 거예요

하지만 이것은 광자를
방출합니다

그 광자는 빛의 속도로 이동합니다

이게 빛이에요

그리고 이 광자는 자신이

3000만 광년만 이동해도 되니까

나쁘지 않다고

저 곳까지 3000만 년이면
저 곳에 닿을 수 있다고 할 겁니다

그리고 이제 별개로 이런 걸 할거에요

실제 계산은 방금까지 한 것보다
훨씬 더 복잡합니다

하지만 여기에서 무슨 일이

일어나는지 알려드리고 싶네요

그러니까 광자가

어림잡아 1000만 년 후에는

이 근처의 위치에 있을 수 있다고 합시다

이 거리의 1/3 정도의 거리죠

하지만 그 100만 년 동안
무슨 일이 일어났을까요?

그 양성자가 이동하는 100만 년 동안

우주는 조금이지만 팽창했어요

아마 우주는 꽤 많이 팽창했을 겁니다

여기에 팽창한 우주를 그려보겠습니다

그러니까 1000만 년 후에 우주는
이렇게 생겼을 겁니다

어쩌면 이것보다 클지도 모르죠

이렇게 그려보겠습니다

1000만 년 후 우주는

아마 많이 팽창했을 겁니다

그러니까 이게 1000만 년 후
우주의 모습인 겁니다

지금 137억 년이라는 시간을
말하고 있기 때문에

우주의 시간 단위로 봤을 때

이 기간은 신생아나 다름 없어요

1000만 년이라고 했을 때

1000만 년이라는 시간이 흐르면

우주는 팽창합니다

현재 지구가 있는 이 좌표도

지금은 여기 있습니다

원래 광자가 방출되었던 위치는

이제 여기에 위치하게 됩니다

그리고 그 광자는 1000만 년 후에

여기에 위치하게 되겠죠

이건 정확하지 않은 추측값입니다

그럼 완전 별개의 방법으로 해볼게요

하지만 아이디어를 먼저 드리자면

1000만 년 후 광자가 도달하게 되는

그 위치가 대략 여기입니다

온 우주가 팽창했기 때문에

모든 좌표들은 서로로부터
더 멀리 떨어지게 되었습니다

이 지점에 일어난 일을 알아보자면

온 우주가 팽창했기 때문에

3000만 광년이었던 거리가 이제

이건 정확하지 않은 숫자에요

여기에서 정확한 숫자는 알 수 없습니다

이건 그냥 아이디어를 드리는 것

혹은 직관을 드리는 것 뿐이지만

사실 그 실제 거리는

더 이상 3000만 광년이 아니라

아마 1억 광년 정도 될 겁니다

자 그럼 이 두 지점은 서로 1억 광년
정도 떨어져 있습니다

우주는 계속해서 팽창하고 있으니까

우주에 있는 이 두 지점 사이의
거리도 계속 멀어지는 거죠

트램펄린이나 풍선의 표면이라고

생각하면 될 것 같네요

길고 얇아지는 것이죠

그러니까 이 지점에서는 빛이 발생하고

1000만 년동안 빛이 이동한 후

1000만 년 뒤에나 빛이 나다나는 거죠

하지만 빛이 실제 이동한 거리는
그것보다 훨씬 멉니다

그 거리는 아마

3000만 광년 정도 될 겁니다

그리고 다시 말씀드리지만
이 영상에서의 계산은 정확하지 않아요

여기서 복잡한 계산은 필요하지 않죠

그러니까 그냥 3000만 광년이
떨어진 것으로 합시다

그리고 심지어 같은 비율로도
볼 수는 없어요

그리고 거리는 확실하게

팽창하고 있기 때문에

완벽하게 일직선 상에
놓일 수 없을 겁니다

적어도 제가 생각했을 때는
불가능할 것 같네요

저는 그렇게 생각해요

하지만 이걸 확신할 수는 없는데요

그래도 그 거리가 현재 지구에서부터

2000만 광년을 떨어져 있습니다

여기에 닿아야 하니까요

양성자가 움직이는 매 순간마다

공간도 조금씩 팽창하는데요

그렇기 때문에 1000만 년을 이동해도

이동해야 하는 거리는

1000만 광년보다 긴 것이죠

자 이제 거리가 2000만 광년만큼 늘어났습니다

그리고 거리는 더 이상

2000만 광년이 아니에요

이제 대략 8000만 광년 정도 되겠네요

이만큼이 8000만 광년이죠

광자가 좌절할지도 모르겠어요

이런 상황을 조금 낙천적으로
바라볼 수도 있습니다

1000만 년동안

2000만 광년을 이동했으니

빛보다 빠른 속도로 움직오이고 있다는 거죠

하지만 이건 우주 사이를 실제로
이동해서가 아니라

우주가 팽창하고 있기 때문입니다

이것들은 점점 얇아지고 있어요

그러니까 광자는 빛의 속도로
움직이고 있는 겁니다

하지만 양성자가 실제로

1000만 년동안 움직인 거리는

1000만 광년보다 긴

2000만 광년이에요

그러니까 단순히 우주 단위의

시간을 비율로 곱할 수 없는 거죠

특히 거리에 대한 좌표가 실제로

변동이 있는 상황에서라면요

그래도 이 상황이 어떤 상황인지

여러분이 아실 거라고 믿습니다

광자는 이 만큼의 거리가

여기가 8000만 광년일 때
다음 4000만 광년동안

아마 양성자는 여기까지 올 겁니다

하지만 실상은 그 다음
4천만 광년 후에 끝났어요

아 4천만 년이네요 4천만 년
후에 지구는 여기에 있을 거에요

왜나하면 여기는 8천만 광년
떨어진 곳이기 때문이죠

하지만 상황 자체는
4천만 년 후에 일어날 겁니다

또 다른 4천만 년이 흐르기 전에

우주는 그 전보다 더 팽창한
상태가 될 겁니다

이제 우주 전체를 그리지는
않겠습니다

하지만 양성자를 방출하는 곳은

바로 여기입니다

그리고 현재 지구의 위치는 여기죠

빛은 1000만 년 전에
여기에 있었습니다

그리고 여기가 빛이

4천만 년 전에 있던 곳입니다

그리고 이 거리

이 두 점 사이의 거리가

빛이 출발한지 1000만 년이
지났을 때 이동한 거리입니다

그리고 2천만 년이 흘렀을 때

그리고 지금 이 거리는

10억 광년 정도 될겁니다

지금 거리가 10억 광년 정도 되겠죠

여기에 있는 이 거리의 길이는

제가 임의로 쓴 숫자가 될 겁니다

사실 이 숫자는 이 거리에 비해서는

너무 긴 거리인 것 같네요,
1억 광년으로 합시다

그럼 이제 1억 광년입니다

그리고 여기에 있는 이 거리는

정확하지는 않지만
5억 광년으로 합시다

그리고 이 두 점 사이의 총 거리는

10억 광년이 될 겁니다

그러니까 광자 입장에서는

더 먼 거리를 이동해야 하니까
절망스럽겠죠

5천만 년 동안 6억 광년을

이동했다고 할 수 있겠죠

꽤 많이 움직인 셈입니다

하지만 고작 3천만 년
이동했다고 생각하면

양성자는 자신이 움직인 거리에

상당히 절망할 겁니다

이동해야 하는 거리는 우주가
팽창함에 따라

계속 늘어날 겁니다

실제로 원래의 아이디어로
돌아가서 생각해보면

지구로 접근하고 있는 광자는

대략 134억 년 동안

이동하고 있고

현재 지구로 다가오고 있죠

그럼 현재로부터

134억 년 전으로 가봅시다

관찰 가능한 우주를 여기에 그리면

양성자를 방출하는 지점은

바로 여기가 될 겁니다

지구는 현재 여기에 있죠

그리고 분명히 하자면

여기에 그려진 관찰 가능한 우주의

중심이 지구가 있는 곳입니다

지구에서 관찰했을 때 모든 방향으로
같은 거리만큼 관찰 가능하기 때문이죠

무언가 정말 잘못된 게 아니라면

지구에서는 모든 방향으로
같은 거리만큼을 관찰할 수 있습니다

그러니까 이 우주에서는 우리가
중심에 있어야 하죠

이게 관찰 가능한 우주의 전부이고

광자가 134억년 전 그러니까

최초의 빅뱅 이후 30만 년 이후에

방출되어 지구로 오고 있다면

광자는 137억년 동안

이동하고 있는 셈입니다

하지만 이게 얼마나 말이 안 되나면

우주가 계속 팽창하고 있다고 전제했을 때

이 지점은 지구로부터

460억 광년 떨어지게 된다는 거죠

460억 광년 떨어지게 된다는 거죠

그리고 확실히 해둘 것은

물체는 현재 지구로부터
460억 광년 떨어져 있고

지구에서 빛을 사용해서 관찰하려 하면

137억 년 이동한 빛을

관찰하게 되는 겁니다

이게 거리에 대한 빛의 이동을

알 수 있는 유일한 방법이죠

그러니까 계속 바뀔 수 있는 숫자지만

134억 광년 정도 떨어진 사물을 말이죠

하지만 만약 광년 단위의 자가 있다면

이 우주는 너무 많이 팽창해서

현재는 460억 광년 거리라는 걸
알 수 있을 겁니다

그리고 한 가지 힌트를 드리자면

아까 우주 마이크로파 배경 방사선에

대해 이야기할 때 우주의 이 지점은

실제오 460억 광년 떨어져 있지만

광자가 지구에 닿기까지 걸리는

시간은 137억 년 밖에 안 돼요

어떻게 된 걸까요?

자, 무언가를 본다고 할 때, 본다는 건

눈에 닿은 광자를 본다는 겁니다

그 광자들은 134억 년 전에 방출됐어요

그러니까 그 광자들은 초기의

수소 플라즈마로 이루어진
흰색의 뜨거운 플라즈마에서

방출된 광자들인 거죠

이 하얗고 뜨거운 플라즈마에
대해서 이제 더 알아볼 건데요

이 하얗고 뜨거운 플라즈마는

안정한 원자, 적은 별이나 은하계로부터

차별화되지는 않지만

하얗고 뜨겁습니다

이 하얗고 뜨거운 플라즈마를 봅시다

현재 지구에서 보이는 지구는

460억 년 전의 우주인 만큼

원자 상태, 별, 행성과 은하계에 있어서

현재와 많이 다릅니다

만약 한 사람이

지금 문명을 일으켰고

여기에 앉아서

광자들이 지구에서

방출되는 것을 보고 있다면

그들은 지구를 보지 못할 겁니다

그들은 134억 년 전의
지구를 보게 될 겁니다

그들은 하얗고 뜨거운 플라즈마 상태인

지구의 굉장히 초기 모습을

보게 되는 것이죠

이것에 대해서는 다음 영상에서
더 이야기하겠습니다

하지만 생각해보세요

그 당시에 방출되던 모든 광자들은

별, 혹은 우주가 초기 단계일 때

방출되어서 134억년 동안

이동한 후에 지구에 닿았을 겁니다

이 때 우주는 초기 단계

즉 하얗고 뜨거운 플라즈마
상태였을 겁니다

이 하얗고 뜨거운 플라즈마는
구분되지 않는 질량을 가지고 있을 겁니다

그리고 다행이 이것은

우주 마이크로파 배경 방사능이

어디에서 오는지를 알려준답니다

커넥트 번역 봉사단 | 오아름