자연과학은 왜 느낌이 쉽게 오지 않는 걸까?

많은 사람들의 고민이다.

개념이 없는것이 한 30% 그리고 수학의 미분 적분을 모르는게 30% 정도라고 한다.

그도 그럴것이 우리는 아직도 많은 기호와 단위가 익숙하지 않기 때문이다.


"1에이유가 뭔지 아시나요?"

"엥, 그걸 모는면 인생을 헛살았다고 할수 있지~~"

빛이 태양에서 지구까지 날아가는 시간이 8분 20초라고 하니,

오늘 내가 내리쬐는 태양빛은 1억5천만km거리에 떨어진 머나먼 거리를

여행하고 받은 축복의 선물이다.

1광년은 빛이 1년간 간거리이다.

우주를 알게 해주는 빛은 참으로 위대하다.


누구나 반복하면 잘 할수 있는 것이 물리학이라고 하니 참  다행이다.

'휴~~~ 용기를 한번 내볼까?'

하지만 그 벽을 넘는 방법은 익숙할때 까지 파고 드는 것이 아닐까?

1주일동안 머리속에 맴맴도는 사실들과 데이트를 먼저한다.

핵심개념을 잡아야 한다. 그래서 먼저 중요한 값들을 정리해 본다.

중요공식.JPG


인류는 지금 우주의 파리 날개짓까지 관측할수 있는 전파만원경을 설치하고 미지의 우주를

추적하고 있다. 원자 하나 하나를 추적하기위해 전자파를 측정하는 것이 물리학의 일부라고 한다.


'그것은 지금까지 인간이 본 모든 것중에서 가장 중요한것이다.'

퍼셀(E. M. Purcell) 하버드 물리대 교수가 극찬을 아끼지 않았다.


모든 것중에 가장 중요한 것이다.

왜? Why?

무엇이? What?

무엇이 우리로 하여금 우주를 바라보는 새로운 눈을 가져다 준것일까?


우리는 우주의 출현을 보았다.

137억년전 빅뱅후 38만년된 우주를 본 것이다.

이것은 1965년 미국의 뉴저지의 두 과학자의 끈질긴 연구의 결과로 알게 된것이다.



"천문학 500년 역사에서 가장 위대한 발견이다"라고 격찬을 받았던 논문의 원문이다.

A Measurement of Excess Antenna Temperature At 4080 Mc s.pdf

"4080MHz 안테나의 잉여 노이즈"

by 펜지아스(Arno Penzias)와 윌슨(Robert Wilson)


논문1.JPG

논문2.JPG




Arno Pensias and Robert Wilson pose in 1993 with the horn antenna used.jpg

1993년 Penzias와 Wilson은 그들이 연구했던 뉴저지에 있는 Bell Labs의 Holmdel안테나에 다시 섰다.


Homdel antenna.JPG

Bell Labs, Holmdel Antenna in New Jersy, USA


1948년 조지 가모프(Gamow)는 뜨거운 대폭발로 우주가 생겨났다면 우주를 꽉 채우고 있는

열적평형상태의 강한 빛이 존재 했을 거이며 그 빛의 흔적이 현재에는 절대온도 약 5˚K의

차가운 흑제복사로 남아 있을 것이라고 예측하였으나 큰 주목을 끌지 못하였다고 한다.


그 후 1965년 펜지아스와 윌슨은 고감도 전파검출기로 장거리 통신 실험과 전파발생원 탐사를

하던 중 전파 잡음이 탐사 방향과 계절에 상관엇이 일정하게 잡히는 현상을 우연히 발견하였다고

한다. 비둘기 똥도 치우고 온갖 방법으로 잡음을 제거해도 잉여온도가 측정되었던겅이다.

4080MHz 안테나에서 잉여 노이즈를 관측하고 예측했던것보다 3.5˚K 높다는 것을 관측한것이다.


당시 미국 프린스턴 대학의 디키(Dicke)도 과거 고밀도 고온도 상태였던 우주를 꽉 채우고 물질과

평형상태에 있던 빛이 현재에 차가운 흑체복사로 남아 있을 것이라 예측하고 이 신호를 검출하기 위한

실험을 준비중이였다고 한다. 안테나 온도 3.5˚K로 측정된 이 미지의 신호는 대폭발 모형에서

그 존재가 예측되어 왔던 우주배경 복사로 밝혀 졌으며 그 공로를 인정받아 1978년 노벨물리학상을 받았다.

우주배경 복사 발견으로 대폭발 우주론은 그 후 비약적으로 발전하였다.


우리는 우주가 약 137억 년 전 대폭발과 급팽창을 겪으며 생겨났다고 생각하고 있다.

우주 속에는 빛, 전자, 양성자 같은 수 많은 기본 입자들이 서로 뒤섞여 충동하며 열적 평형상태를 유지하고

있었다고 한다. 열적평형상태의 빛은 플랑크의 흑체복사 스펙트럼을 갖는다고 알려져 있으며 흑체복사의 온도만 알면 특정 진동수에서 빛의 게기를 정확히 알아 낼수 있다고 한다.


우주의 나이가 38만년 정도 되었을때, 팽창하며 식어가던 우주의 온도는 약 3000K 정도 내려갔고, 이온화돼

있던 수소화 헬륨 원자핵과 자유롭게 날아다니던 전자는 서로 달라붙게 되 중성원자를 형성하였다고 한다.

빛과 숱하게 충동하던 전자가 급격히 사라져 버리자 빛은 물질과 더 이상 부딪치지 않고 자유롭게 우주 공간을 퍼져 나가기 시작하였는데, 이 시기를 빛의 분리시기(Decouping Era) 혹은 재결합시기(Recombination ere)라고 한단다. 이 빛은 흑체 복사의 스펙트럼 성질을 그대로 간직한채 아직까지도 우주를 떠돌아 다니면 식어가고 있는데 우주 전체에 균일하게 퍼져 있는 이 빛을 우주배경 복사(Cosmic Microwave Background Radiation)라고 한다.

우주배경복사는 현재2.73K인 차가운 흑체복사로 존재하며 초기우주의 탄생을 볼수 있는 증거로 생각하고 있다고 한다. 우주탄생의 목소리를 듣고 우주탄생의 비밀을 알아버렸다.


우주의 탄생을 보았다.


초기배경복사.JPG


*초기 배경복사를 탐색해온 인류의 발자취. Penzias & Wilson =>COBE => WMAP



우주는 복사지배 우주, 물질 지배우주 그리고 암흑에너지지배우주로 나뉘어 지는 것을 알게 되었다.

우리는 어느 시대에 살고 있는가?

놀라운 순간에 살고 있다.

물질로 된 세상은 약 4%정도 이고 나머지는 아래보는바와 같이 Dark 에너지의 Unknown상태이다.

우주는 가속 팽창하고 있다.


우주는 팽창한다. That's All.


 

우주의 구성물질.JPG



상태방정식, 이상기체방정식, 유체방정식,열역학 제1방정식.....

수식으로 우주를 밝혀내다니 대단하다. 그걸 풀어 주는 박사님도 대단하다.

그리고 그것을 경청하고 있는 박자세 회원들도 대단하고 생각이 되었다.


1965년이래 지난 50년동안 지구상에서 이루어진 천문학적 DATA로 우주를 바라본다.

WMAP인공위성에서 보내준 DATA로 매 3년 마다 우중의 지문을 만들어 내고 있다.

우주의 음악도 볼수가 있다. 거미줄에 붙은 새벽이슬 같은 것이 은하계이다.


Photon과 Photon 거리는 파장에 비례하고 파장은 온도에 반비례한다.

파장의 Max Point를 알렴 온도를 계산 할 수 있다. 온도만 알면 모든 파장의 Photon을 알수 있다.


CMB(Cosmic Microwave Background)와 WMAP(Wilkinson Microwave Anistropy Probe).

나사에서 발사한 WMAP에 대하여 알고 싶으면 그냥 꾹~~~ 누르면 된다.

*WMAP( Wilkinson Microwave Anistropy Probe)

http://map.gsfc.nasa.gov/news/


wmap.JPG

*2001년 NASA에 의해 발사된 WMAP위성이 쏘아지면서 초정밀 우주론 시대로 접어들었다.


매일 내게 다가 오는 빛을 통해 우주를 이해하고 바라 볼수 있다는 사실을 알수 있게 되었다.

매순간 감동의 빛은 내게 어떤 메세지를 전해주는 걸까? 잠못 이루는 신비스러운 밤이다.


"가장 신비스러운 것은 우주가 이해 가능하다는 것이다."

-알버트 아인슈타인