우주의 역사및거대구조의 형성과 진화

우주의 역사는 우주론에서 중요한 주제로 다뤄지고 있습니다.

이는 각 시대의 지배적인 힘과 과정에서 여러 시기로 나눠집니다. 

 

운동 방적식

-표준 우주론 모형에서 전체 우주를 지배하는 운동 방정식은 일반 상대성이론에서 파생되며 작은 양의 우주상수를 포함합니다. 이방정식에 따르면 우주는 팽창하게 되며 이론 인해 우주의 방사선과 물질이 냉각되고 희석됩니다. 초기에는 중력에 의한 팽창이 느리게 일어나지만 희석이 진행됨에 따라 우주상수가 지배적이 되어 팽창이 가속화됩니다. 

우주론의 입자 물리학

-우주 초기에는 에너지 밀도가 높아서 입자 물리학에 대한 이해가 매우 중요합니다.

 불안정한 소립자의 산란과 붕괴는 초기 우주의 모형에 중요한 영향을 줬습니다.

 

대폭발의 연대기

-관측에 따르면 우주는 약 138억 년 전에 대폭발로 시작이 되었습니다. 

처음 우주는 매우 뜨거워서 이자들이 높은 에너지를 가졌던 순이 있었습니다. 

이 시기의 기본 기능은 대폭발 이론에서 설명이 되었지만 세부 사항은 아직 많은 추측에 의존하고 있습니다.

이에 따라 초기 우주에서는 고 에너지 물리학에 따라 진화하며, 중성 수소의 형성과 함께 우주 마이크로파 배경이 방출이 되었습니다. 

 

극초기의 우주

-초기의 뜨거운 우주는 몇 가지 문제들이 있습니다. 

하지만 현재 입자 물리학으로는 우주가 왜 평평하고 균일하며 등방성이어야 하는지 대한 설명들이 부족합니다. 

이것을 해결하기 위해서는 우주 급팽창 모형과 끈 이론,브레인 우주론 등이 고려되고 있습니다. 

 

대폭발 이론

-대폭발 핵합성은 초기 우주의 운소 형성을 설명하는 이론으로 약 3분 동안에 가장 가벼운 요소인 수소와 헬륨이 생성된 것으로 알려져 있습니다. 이 이론은 등가 원리, 암혹물질조사, 중성미자 물리학 등에 활용되고 있습니다. 

 

대폭발 우주론의 표준 모형

-람다 차가운 암흑 물질 모형은 우주에 람다로 표시되는 우주 상수와 차가운 암흑물질이 포함된 대폭발 우주 모델입니다.

이모델은 대폭발 우주론의 표준 모형으로 간주되며 암흑 에너지와 관련된 다양한 매개변수를 제공합니다. 

 

우주 마이크로파 배경

-우주 마이크로파 배경은 초기 우주에서 중성 원자가 형성된 이후 재결합 시기에 복사로 남은 것입니다. 

이복사는 대폭발에서 생성된 보사가 전하를 띤 이온으로 부터 톰슨 산란을 통해 막힌 시기에 발생했습니다.

1965년에 처음 관측된 이복사는 2.7 캘빈의 온도를 가지며 등방성입니다. 최근의 위성 및 지상 실험을 통해 우주적 섭동 이론을 통해 복사의 각 파워 스펙트럼을 정확하게 계산할수 있게 됐습니다. 새로운 실험들은 편광을 측정하여 우주 패창,수냐에프-젤도비치 효과,지하-볼페 효과 등에 대한 정보를 확인하려고 노력하고 있습니다. 

2014년에는 B-모드 편광이라고 불리는 팽창 이론에서 예측된원ㅅ니 중력파의 명백한 탐지기 발표가 되었지만. 이에 대한 후속 연구에서는 우주 먼지의 영향이 있음을 밝혔습니다. 

 

 

거대구조의 형성과 진화

가장 크고 오래된 구조인 퀘이사, 은하, 성단 등의 형성과 진화를 이해하는 것은 우주론의 주요 과제 중 하나입니다. 계층적 구조 형성 모델은 초은하단과 같은 거대한 물체가 먼저 형성되는 동안 작은 물체가 그 위에 조립되는 방식을 연구합니다. 은하의 3D 그림을 조사하고 물질 파워 스펙트럼을 측정하여 우주 구조를 연구하는데 도움이 됩니다. 시뮬레이션을 사용하여 중력 응집을 연구하고 있으며, 다양한 보완적인 관측을 통해 우주의 물질 분포 및 재이온화를 조사합니다.

암흑 물질

대폭발 핵합성, 우주 마이크로파 배경, 구조 형성 및 은하 회전 곡선의 연구 결과, 우주의 23%는 비중입자 암흑 물질로 이루어져 있음을 시사합니다. 암흑 물질은 실험실에서 발견된 적이 없고 입자 물리학 특성은 아직 알려져 있지 않습니다. 이에 대한 후보로는 암흑물질의 입자로 된 다양한 가설이 있으며, MOND나 브레인 우주론과 같은 대안적인 설명도 고려되고 있습니다.

만약에 우주가 평평하다면 암흑 에너지가 알려진 에너지의 73%를 차지해야 합니다. 

이것은 우주의 평탄도에 대한 제약을 통해 알려져 있으며 주입자와 암흑물질과 같은 다른 구성 요소에 무리를 주어 대폭발 핵합성과 우주 마이크로파 배경을 방해하지 않아야 합니다. 암흑 에너지에 대한 관측 증거가 강력하지만, 군집 물질은 엄격하게 측정되며 이보다 적습니다.

밀도와 군집화 특성 이외에는 암흑 에너지에 대해 알려진 것이 없습니다. 양자장 이론은 암흑 에너지와 유사하지만 우주상수를 예측하는데 더 큰 값으로 나타납니다. 많은 이론가들은 '약한 인류 원리'를 주장하며, 이는 물리학자가 작은 우주를 관찰하는 이유는 더 큰 우주에서는 물리학자가 존재할 수 없기 때문이라고 합니다.

암흑 에너지에 대한 다른 가능한 설명은 퀸트에센스나 가장 큰 규모의 중력 변형을 포함합니다. 이 모형들이 설명하는 암흑 에너지의 우주론적 영향은 상태 방정식에 따라 달라집니다. 암흑 에너지는 현재 우주론에서 가장 어려운 문제 중 하나입니다.

암흑 에너지에 대한 더 나은 이해는 우주의 종말 문제를 해결할 수 있는 가능성을 열어놓습니다. 현재의 우주론적 시대에는 암흑 에너지에 의한 가속 팽창이 초은하단보다 큰 구조의 형성을 막고 있습니다. 앞으로 우주의 운명에 대한 예측은 여러 시나리오 중 어떤 것이 현실이 될지 아직 알 수 없습니다