사이언스토크 Big Bang! 그리고 암흑물질 이야기 1
본문
| 강 사 | 김O언 박사 |
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| 주 제 | Big Bang! 그리고 암흑물질 이야기 1 |
| 수업개요 | ○ 학습 목표 1. 상대론적 중력의 해석으로부터 예상되는 우주의 팽창과 관측으로 확인된 우주의 팽창을 통해 대폭발 우주론을 배워본다. 2. 우주를 구성하는 주요 구성원들인 물질과 암흑물질, 그리고 암흑에너지에 대해 배워본다. ○ 교육 내용 1. 뉴턴식 중력의 한계와 이를 극복한 일반상대성 이론의 차이를 이해해보고 일반상대성 이론으로부터 예상되는 우주의 동적인 모습과 우리 우주의 미래를 결정하는 인자가 무엇인지 생각해본다. 2. 은하의 후퇴속도 관측의 결과인 허블의 법칙을 이해하고 허블의 법칙이 어떻게 우주의 팽창을 증명하는지 간단한 사고 실험을 통해 배워본다. 3. 팽창하는 우주를 설명하는 대폭발우주론(빅뱅우주론)을 뒷받침하는 우주배경복사의 예측과 발견의 과정을 배워보고 최신 천문학에서 얘기되는 중요한 논쟁들에 대해 이야기해 본다. 4. 우리 은하의 회전운동에 대한 관측결과로부터 예상되는 미지의 질량원과, 우주 전체에 걸친 거대한 구조의 뼈대 형성과 관련된 빅뱅 초기의 ‘바리온 음향진동‘을 배워보고 이러한 보이지 않는 암흑물질이 우주를 구성하는 주요 구성원임을 배워본다. 5. 최근의 관측결과는 우주가 가속팽창 함을 보여주는데 이러한 가속팽창을 만들어내는 척력의 근원인 암흑에너지에 대해 배워보고 암흑물질과 암흑에너지를 기본으로 하는 우주론의 표준모형인 CMBR-Λ-CDM 우주모형을 이야기해 본다. ○ 생각해 보기 1. 종이컵에 물을 절반정도 채우고 송곳으로 컵 바닥 근처의 옆면에 구멍을 뚫으면 물줄기가 옆으로 뿜어져 나오는 것을 볼 수 있다. 이 현상을 중력을 이용하여 설명해 보고 물이 뿜어져 나오는 컵을 쏟아지지 않게 위로 던지면 어떤 현상이 일어날지 예상해보자. 실제 컵을 가지고 실험해보고 실험결과를 일반상대성 이론의 등가원리를 이용하여 설명해보자. 2. 우리가 사는 우주의 크기를 아래와 같은 비율로 가늠해보자. -태양의 크기를 반지름1cm의 구슬이라 가정하고 행성들의 거리&크기 . -태양계 최외각 행성 해왕성의 궤도를 100원짜리 동전이라 가정했을 때 가장 가까운 별까지의 거리. -보통 별들사이의 거리를 1cm라 가정할 때 우리 은하의 크기. -우리 은하의 크기를 100원짜리 동전이라 가정했을 때 안드로메다 은하까지의 거리, 허블 법칙에 등장한 은하들 까지의 거리, 우주의 가시거리(138억광). ◯ 토론 주제 1. 우주의 가속팽창과 관련된 연구 결과는 노벨상 수상으로 이어졌지만 최근 한국의 몇몇 천문학자들은 이러한 노벨상 수상이 잘못되었다 주장하고 있다. 어떤 이유로 이러한 논쟁이 시작되었는지 찾아보고 이 논쟁에 대한 여려분들의 생각을 정리해보자. 2. 올베르스의 역설(어두운 밤하늘 역설) 1823년 독일의 천문학자 올베르스는 “우주가 무한히 넓고 거기에 무수히 많은 별들이 있다면 우주는 그 별빛들로 가득 차 한밤중에도 낮처럼 밝아야 한다.“고 주장하였다. 하지만 우리가 보는 우주는 그렇지 않다. 올베르스의 역설은 어떻게 설명이 가능할지 논의해보자. 3. 노벨상 수상과 관련하여 여러 가지 윤리적 논쟁에 대해 얘기해보자. -DNA이중나선 구조를 밝히는데 가장 큰 기여는 로잘린 프랭클린의 X선 사진이지만 왓슨과 크릭은 이 사진을 프랭클린의 허락없이 보여준 윌킨슨과 함께 노벨생리의학상을 받았다. -펜지아스와 윌슨은 우주배경복사를 우연히 발견한 전파 공학자들이다. 이들은 우주배경복사가 가지는 물리적 의미를 알지 못했다. 반면 로버트 디키를 비롯한 프린스턴 대학의 연구팀은 우주배경복사의 존재를 확신하고 이를 검증하기 위해 실험을 준비하였기 때문에 목적과 행위 모두 중요한 의미를 가졌다. 또한 위 모든 사람들보다도 15년 이상 앞서서 우주배경복사의 존재를 이론적으로 최초로 예견한 랄프 앨퍼도 역시 노벨상을 받을 자격이 충분하지만, 영광은 우연한 발견의 행운아들에게 돌아갔다. |
| 예습키워드 | 1978년 2019년 노벨물리학상, 빅뱅이론, 우주배경복사, 허블법칙, 적색편의, 암흑물질, 은하회전곡선, 우주론, 상대성이론 |
