[밤하늘의 물리학] Chapter 5. 허블의 법칙과 우주의 나이, 크기, 팽창률
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안녕하세요. 훈하니 @hunhani입니다.
오늘은 허블의 법칙과 우주의 나이, 크기, 팽창률에 대해 살펴보겠습니다. @oldstone 님께 천체물리학을 쉽게 설명해주는 글을 부탁받았습니다. @oldstone 님께 이번 시리즈를 헌정합니다.
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우주의 팽창을 입증하다.
허블은 세페이드 변광성을 관측하여 외부 은하까지의 거리를 계산해냈습니다. 광원의 속도가 빛의 속도에 가깝게 빨라지면 상대론적 도플러 효과가 적용되는데요. 이 때문에 광원이 멀어질 경우 파장이 늘어나는 적색 편이 현상이 나타납니다. 허블은 대부분의 은하들이 파장이 상대적으로 길어지는 적색 편이 현상을 나타내는 것에 주목하여 특히 멀리 있는 은하일수록 그 거리에 비례하여 후퇴 속도가 늘어난다는 점을 통해 우주가 팽창하고 있다는 사실을 입증했습니다. 나아가, 은하까지의 거리와 은하의 후퇴 속도 사이의 관계를 밝혀냈는데요. 이 관계식을 그의 이름을 따 허블의 법칙이라고 일컫습니다.
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허블의 법칙
허블의 법칙은 은하까지의 거리 r이 멀수록 후퇴 속도 v가 빠른 것을 의미합니다.
v=Hr
x축 은하까지의 거리 r, y축 은하의 후퇴 속도 v, 그래프에서 기울기 H를 허블 상수라고 지칭합니다. 우주의 나이는 허블 상수의 역수이죠. 허블 상수는 은하의 거리가 1 Mpc 멀어질 때마다 후퇴 속도가 몇 km/s 증가하는지를 나타내지요. 일반적으로 km/s/Mpc 단위를 사용합니다. 그래프에서 확인할 수 있다시피 허블 상수가 클수록 은하들은 더 빠른 속도로 멀어집니다. 허블 상수는 은하까지의 거리를 얼마나 정확하게 측정했는지에 따라 조금씩 변해 왔는데요. 가장 최근의 측정값은 71±4 km/s/Mpc 입니다.
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허블의 법칙의 물리적 의의
허블 법칙은 먼 은하일수록 더 빠르게 멀어짐을 의미하므로 모든 은하들이 서로 멀어지는 것은 우주 전체가 고르게 팽창하는 증거가 됩니다. 즉, 허블 법칙에 의해 우주가 팽창한다는 가설이 사실로 판명되었고 프리드만의 동적인 우주가 옳다는 것이 인정되었죠. 또한 우주의 팽창에는 중심이 없고 우주의 방향에 관계없이 동일하게 허블의 법칙이 성립합니다. 따라서 어떤 은하에 있는 관측자라도 다른 은하가 자신이 속한 은하로부터 멀어지고 있는 것처럼 관찰되지요.
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허블 법칙 그래프를 통해 알 수 있는 사실
은하까지의 거리: A<B<C
은하의 후퇴 속도: A<B<C
허블 상수: A=B=C
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허블 상수 비교하기
허블 상수: A<B
우주의 나이: A>B
관측 가능한 우주의 크기: A>B
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우주의 나이, 크기, 팽창률을 알려주는 허블 상수
우주의 나이는 허블 상수의 역수이므로 허블 상수가 클수록 우주의 나이는 줄어들죠. 우주의 크기는 광속을 허블상수로 나눈 값이므로 허블 상수가 클수록 우주의 크기는 줄어듭니다. 또한, 허블 상수가 크다면 은하의 후퇴 속도가 크므로 우주의 팽창이 빠르고, 값이 작다면 우주의 팽창이 느림을 뜻하지요. 즉, 허블 상수는 그 자체로 우주의 팽창률을 뜻합니다.
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와와 물리학 글 너무 좋습니다!! 저도 전공으로 하지만 글 쓸 능력까진 안돼서.. 올려주신거 쭈욱 읽어야겠습니다 ㅋㅋㅋ
감사합니다 같은 물리학 전공이라니 더 반갑네요~ 이전 글들까지 봐주신다니 영광입니다 ㅎㅎ
hunhani님의 물리학 글이 어마어마하게 쌓였네요ㅎㅎ 한번씩 생각날때 쭈욱 읽어보고 있습니다 :-)
하나씩 리스트를 쌓는 재미가 있네요 ㅎㅎ 나중에 많은 분들에게 널리 읽힐만한 백과처럼 거듭나면 정말 보람찰것 같습니다.
허블 상수의 값을 보는데.. 이해를 위해 여러번... 들여다 보게 되었어요 ㅋㅋㅋ 모르던걸 알게되는 거는 역시나 기분 좋습니다!!
허블 상수의 값이 클수록 우주의 나이는 줄어든다!!! 감사합니다 ☆
핵심을 제대로 파악하셨습니다 ㅎㅎ 하지만 허블 상수는 관측 값에 따라 바뀌기 때문에 우리가 관측한 허블 상수로 우주의 나이를 유추한다로 기억하시는게 보다 정확할 것 같네요!
적당한 분량이라더 좋은 글입니다. ^^
너무 긴 분량보다는 적당한 분량이 더 좋나봅니다 ㅎㅎ 앞으로도 적당히 양 조절을 하겠습니다. 감사합니다.
안녕하세요 hunhani님, 점점 어려워 지고 있네요 ㅎㅎ
오늘은 머리가 복잡해서 그런지 더 머리속에 안들어 오는 것 같네요..
참 신기하고도 어려운 우주구나 라는 단순한 생각만 하고 있네요~~
신기하고도 어려운 우주를 쉽게 전해드리고 싶은데 쉽지가 않네요 ㅎㅎ 다음 번에는 좀 더 쉽고 재미있게 풀어내보겠습니다~
네 그러고 보면 Oldstorn님은 참 과학에 관심이 많으신 듯 해요 ㅋㅋ
저는 아직 배워야 할게 너무 많은 듯 하네요 ㅎㅎ
헉! 난 이제 항복!
이제 읽다가 한계점에 다다랐나봅니다. ㅠㅠ
소철상수 그 숫자가 늘어감에 따라 우주 물리학에 대한 깨달음이 줄어간다는 느낌이 ㅜㅜ
대체 이 어려운걸 어떻게 다 배우는건지 당췌 이해를 못하겠다는..
앗 벌써 항복하시다니 부족한 제 글솜씨를 탓하게 되네요 ㅠㅠ 다음 글은 좀 더 신경 써서 소철상수 값을 보정해드려야겠습니다~
상수를 다른곳으로 보내면 되려나 ^^
현대 천문학의 레전드 허블편이군요
허블은 정말 레전드라고 할만한것 같습니다~
항상 재미있게 잘 보고 있습니다!!
@yoons 님 감사합니다 ㅎㅎ
본 글과 상관없는 댓글로 죄송합니다.
양자컴퓨터에 관한 글들을 읽었는데요.
한가지 궁금한 게 양자컴퓨터에 대한 대비책은 암호화폐 개발자들도 준비하고 있다고 하셨는데, 그 대비책은 그 당시의 새로운 암호화폐말고도 옛날의 코인들(비트코인, 이더리움 등)에게도 적용될 수 있을까요?
https://steemit.com/kr/@hunhani/100-chapter-7
챕터7에서 말씀드린바 있습니다. "궁극적으로 양자 컴퓨터로부터 암호화폐를 보호하려면 기존의 암호화 프로토콜에 양자 컴퓨터에 맞설 수 있는 새로운 암호화 표준을 통합해야 합니다. 이미 수많은 암호화폐 개발자들이 양자 컴퓨터에 대비한 기술을 개발 중이며 기초적인 기술은 이미 존재합니다. 다만 그러한 기술이 암호화폐 사회 전반에 소개되고 통용되는 시간이 필요하겠죠. 아직 준비 할 시간은 충분합니다."
우와...선생님ㅠㅠ
읽으면서 스크롤내리다가 다음편을기대해주세요라는말이벌써나오다니..아쉽네요ㅜㅜ잘읽었습니다.
그런 말씀을 해주시니 정말 뿌듯하고 감사합니다 ㅎㅎ