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    빅뱅이론에 관해서
    답변하기 buyer   zenersic 코멘트 : 0 분류 : 교육/참고자료
    빅뱅이론에 관해 자세히 설명해주세요
    • 조회 : 5,411       코멘트 : 0       작성일 : 2010-05-09 23:57:34       최근수정일 : 2010-05-19 23:57:34
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    태그  자연과학,우주,빅뱅이론
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    • RE:빅뱅이론에 관해서
    • 우주에 존재하는 원소의 기원을 설명하기 위해 제안된 빅뱅이론은 우주의 기원을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 빅뱅이론을 제안한 조지 가모프(George Gamow, 1904-1968)는 “오리와 감자 한 접시를 요리하는 것보다 더 짧은 시간에, 원소들이 요리되었다.”고 큰소리치기도 했지만 빅뱅에 의한 핵 합성은 헬륨이나 리튬과 같은 몇 가지 가벼운 원소의 생성을 설명하는 데 그쳤다. 그렇다면 우주에 존재하는 탄소나 산소, 철과 같은 중원소들은 언제 어디서 형성된 것일까?

       


      빅뱅으로부터 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소가 생성되었다

      빅뱅 이후 급격히 식어가던 우주는 채 1분도 되지 않아서 양성자(p)와 중성자(n)를 생성하였다. 그리고 중성자와 양성자는 서로 결합하여 보다 더 안정한 헬륨 핵(4He) 합성을 시작하였다. 그런데 2개의 양성자와 2개의 중성자로 이루어진 헬륨 핵이 형성되기 위해서는, 양성자와 중성자로 이루어진 중수소 핵(2H)이 먼저 형성되어야 했다. 하지만 아직 우주 온도가 너무 높아 중수소는 형성되자마자 파괴되었으므로 우주 온도가 10억K로 떨어진 이후에야 중수소가 안정적으로 형성되어 헬륨-4의 형성이 본격적으로 시작되었다.

       

      빅뱅 후 3분이 지나자 우주 온도는 3억K로 떨어졌고, 그동안 우주에 존재하는 헬륨-4와 중수소 대부분이 형성되었다. 그동안 헬륨 핵 속에 갇힌 중성자와 달리 자유 중성자는 불안정하여 양성자로 붕괴를 계속하였는데 이 무렵의 양성자와 중성자의 비율은 약 7:1이 되었다. 중성자는 모두 양성자와 결합하여 헬륨-4를 이루어서 우주를 구성하는 물질 중 약 75%는 수소(양성자)이고 나머지 25%는 헬륨이 되었다. 이후에도 이 비율은 거의 고정되었다. 헬륨-4는 안정되어, 합성을 통해 다른 안정된 원자로 변하지 않고 계속 헬륨-4로 남아 있고, 그 밖에 방사성 동위원소에 의한 변화는 미미했기 때문이다. 오늘날 우주에는 약 25%의 헬륨-4가 존재하는 것으로 확인되는데, 이것이 빅뱅이론의 중요한 근거가 된다.


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      태그  빅뱅이론,클레버스,CLEBUS,지식스토어
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      • RE:빅뱅이론에 관해서
      • 우주에 존재하는 원소의 기원을 설명하기 위해 제안된 빅뱅이론은 우주의 기원을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 빅뱅이론을 제안한 조지 가모프(George Gamow, 1904-1968)는 “오리와 감자 한 접시를 요리하는 것보다 더 짧은 시간에, 원소들이 요리되었다.”고 큰소리치기도 했지만 빅뱅에 의한 핵 합성은 헬륨이나 리튬과 같은 몇 가지 가벼운 원소의 생성을 설명하는 데 그쳤다. 그렇다면 우주에 존재하는 탄소나 산소, 철과 같은 중원소들은 언제 어디서 형성된 것일까?

         


        빅뱅으로부터 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소가 생성되었다

        빅뱅 이후 급격히 식어가던 우주는 채 1분도 되지 않아서 양성자(p)와 중성자(n)를 생성하였다. 그리고 중성자와 양성자는 서로 결합하여 보다 더 안정한 헬륨 핵(4He) 합성을 시작하였다. 그런데 2개의 양성자와 2개의 중성자로 이루어진 헬륨 핵이 형성되기 위해서는, 양성자와 중성자로 이루어진 중수소 핵(2H)이 먼저 형성되어야 했다. 하지만 아직 우주 온도가 너무 높아 중수소는 형성되자마자 파괴되었으므로 우주 온도가 10억K로 떨어진 이후에야 중수소가 안정적으로 형성되어 헬륨-4의 형성이 본격적으로 시작되었다.

         

        빅뱅 후 3분이 지나자 우주 온도는 3억K로 떨어졌고, 그동안 우주에 존재하는 헬륨-4와 중수소 대부분이 형성되었다. 그동안 헬륨 핵 속에 갇힌 중성자와 달리 자유 중성자는 불안정하여 양성자로 붕괴를 계속하였는데 이 무렵의 양성자와 중성자의 비율은 약 7:1이 되었다. 중성자는 모두 양성자와 결합하여 헬륨-4를 이루어서 우주를 구성하는 물질 중 약 75%는 수소(양성자)이고 나머지 25%는 헬륨이 되었다. 이후에도 이 비율은 거의 고정되었다. 헬륨-4는 안정되어, 합성을 통해 다른 안정된 원자로 변하지 않고 계속 헬륨-4로 남아 있고, 그 밖에 방사성 동위원소에 의한 변화는 미미했기 때문이다. 오늘날 우주에는 약 25%의 헬륨-4가 존재하는 것으로 확인되는데, 이것이 빅뱅이론의 중요한 근거가 된다.


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        태그  빅뱅이론,클레버스,CLEBUS,지식스토어
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        • RE:빅뱅이론에 관해서
        • 대폭발설 [大爆發說, big bang theory]
          요약
          우주가 점과 같은 상태에서 137억 년 전에 대폭발이 일어나 .............

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          태그  빅뱅이론,클레버스,CLEBUS,지식스토어,조르주르메트르
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          • RE:빅뱅이론에 관해서
          • 빅뱅이론을 한마디로 간단히 정의하기는 여간 여러운 것이 아닙니다.

            Big Bang 대폭발 이론이란 간단히 말해서 우주가 어떤 한 점에서부터 탄생하여 팽창하고 그래서 지금의 우주에 이르렀다는 것이다.  얼핏 생각하기엔 황당한 생각같은 느낌이 들지도 모르고 그것을 수백억년 전을 어떻게 알 수가 있을까 하는 생각도 들겠지만 무시하지 못할 많은 과학적인 증거들을 가지고 있다.

            빅뱅우주론은 현재 우주모델의 표준이 되는 것으로서 상당히 강력한 지지 기반을 가지고 있다. 우주는 어떤 특이점에서 생겨나서 지금까지 약 130-200억년정도의 나이를 가졌다. 우리는 양자론과 일반상대성이론을 가지고 플랑크타임 이후의 우주 진화를 설명할 수 있고 예측도 할 수 있다.

            물론 예전에 지평선문제(Horizom problem)이라는 것과 평평함의 문제(Flatness problem)이 대두되어 위기를 맞기도 했으나 구스의 인플레이션이론으로 인해 어느 정도 해결을 보았다. 하지만 문제는 이 인플레이션 이론이 아직 완벽하지 않다는 것이다.


            <대폭발이론과 팽창하는 우주의 개관>

            대폭발에 대해서-그것이 언제 어떻게 일어났는지-와 우주의 팽창에 대해서는 많은 오해들을 하기가 쉽다. 나는 그것들 중 몇 가지 오해를 제거하고자 한다. 대폭발이 어떠했을지를 상상하는 것은 물론 불가능하지는 않으나 대단히 어렵다. 올바르게 이해하는 것이 중요한 것이다.
            모든곳에서 발생했던 폭발
            대폭발을 조사해볼 적절한 방법은 무엇일까? 여러분은 어쩌면 그것을 유한한 공간에서 발생한 폭발로 상상할 것이다. 그러나 천문학자들은 그렇게 보지 않는다. 대폭발은 공간안에서 일어난 것이 아니었다. 오히려 그것을 통해 공간이 창조되었다. 대폭발이전에는 공간도 시간도 물질도 존재하지 않았다. 그것들은 모두 대폭발로 창조되었다. 그러면 이런 물음을 던질 것이다. 대폭발이전에는 무엇이 있었느냐고? 그 대답은 이렇다. 아무 것도 없었다. 그러나 이 "무"라는 상태가 어떠한 것인지를 상상하기가 쉽지 않으므로 아예 상상하려고 하지 않는 것이 최선일 것이다.
            대폭발로부터 터져 나온 물질은 입자들이 빽빽이 모여있는 가스 형태였다. 이 가스구름이 팽창하면서 냉각했고 몇 백만년 뒤 더 작은 가스구름들로 부서지기 시작했다. 때로 이 구름들은 중력적으로 와해되어 은하를 형성하기도 했다. 오늘날도 우리는 은하들 사이의 공간이 팽창함으로써 이들 은하들이 여전히 멀어지고 있는 것을 본다.   


            <폭발의 증거>
            그러한 폭발이 실제로 일어났었다는 어떤 증거가 있는가? 우리가 갖고 있는 주요 증거는 물론 은하들의 후퇴이다. 은하들의 스펙트럼을 보면 은하들은 모두 우리에게서 멀어지고 있으며, 허블의 도면에 따르면 멀리 떨어져 있으면 있을수록 더 빨리 후퇴하고 있다. 사실 은하의 후퇴속도를 알고 있다면, 우리는 이 다이아그램을 이용해서 은하의 거리를 결정할 수 있다.
            허블도면에 있는 선의 기울기는 특히 중요하다. 그것은 속도가 거리에 따라 얼마나 빨리 증가하느냐 하는 정도를 알려줄 뿐만 아니라, 우주의 나이에 관한 근사치를 준다. 허블의 머릿글자를 따서 H라고 불리는 그 기울기는 우주론에서 가장 중요한 두 상수 중 하나이다. 만일 H를 대단히 정확히 알고 있다면 우주에 대해서 알아야 하는 것들 중 많은 것을 알 수 있을 것이다. 그러나 불행히도 그렇지 못하다. H는 측정하기 어려우며 따라서 여전히 그 값에 대해서는 상당한 논쟁이 있다. 어떤 천문학자들은 그것이 Mpc(Mpc는 메가파섹, 약 3백만광년이다) 당 50km/sec라고 하는 반면, 어떤 이들은 그것이 100km/sec라고 믿고 있다.
            실질적으로 모든 천문학자들이 적색편이를 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다는 표시로 받아들이고 있기는 하지만, 우리는 그렇지 않을 가능성의 여부를 자문해 보야야 할것이다. 어떤 다른 해석이 있을까? 현재로서 우리가 알고 있는 유일한 대안은 그 편이가 빛의 "피로" 때문에 일어날 가능성이다. 그러나 몇 가지 논증들은 이 아이디어와 모순된다. 첫째, 그것은 우주가 팽창하고 있지 않으며 정지해 있어야 한다고 가정한다. 그러나 일반상대성 이론은 팽창하는 우주를 예측하고 있으므로, 만일 우리가 지친 빛우주론을 받아들인다면 일반상대성 이론을 수정해야만 할 것이다. 둘째, 만일 우주가 정지해 있다면 우주의 나이는 무한대일 것 같다. 그러나 후에 알게 되겠지만 우주의 나이가 유한함을 보여주는 몇 가지 방법이 있다. 이 모든 방법들은 대략 같은 나이를 준다. 세째, 만일 우주의 먼 물체에서 온 광자들이 "지쳤다면" 분명 상당한 양의 에너지를 잃어버렸을 것이다. 그렇다면 이 에너지는 지금 어디에 있는가? 우리는 우주배경복사에서 많은 에너지를 본다. 그러나 그것은 지친 빛 우주론에 의해 설명될 수 없다. 이와 같은 논증들을 근거로 생각해 볼때 적색편이는 후퇴속도로  해석되어야 할 것 같다. 적어도 더 나은 무언가가 나올 때까지는 말이다.
            만일 정말로 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다면 은하들 사이의 공간이 증가해야 한다. 즉 이것은 과거에는 은하들이 더 가까이 있었다는 것을 의미한다. 사실 만일 시간을 거꾸로 돌릴수 있다면 은하들이 결국엔 모두 함께 모이게 될 것이다. 따라서 우주의 팽창을 받아들인다면 특이점과 대폭발 역시 받아들여야만 할 것 같다. 그러나 이 견해에 모든 사람들이 동의하고 있지는 않다.

            <우리가 우주의 중심에 있는가?>
            허블도면에 따르면 모든 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다. 그러나 왜 하필 우리에게서 일까? 우리가 우주의 중심에 있는 것일까? 언뜻 보면 그럴 것 같아 보인다. 하지만 좀더 자세히 살펴보면 그렇지 않다는 것을 알게 된다. 이것을 설명하기 위해 간단한 우주모형 하나를 생각해보도록 하자. 은하들은 3차원 공간에서 실제로 우리에게서 멀어지고 있겠지만 간단히 우주가 2차원 평면에 놓여 있다고 가정할 것이다. 에딩턴이 비유한 팽창하는 풍선의 표면은 특히 유용하다. 우선 풍선의 표면 위에 은하를 나타내는 작은 원들을 균일하게 붙이자. 내가 "붙이라"고 말한 것을 명심해라. 만일 은하들을 펜으로 그린다면 그 비유물은 올바른 것이 되지 못할 것이다. 왜냐하면 풍선이 팽창할 때 그 점들도 팽창할 것이기 때문이다. 우주에서 은하들은 팽창하지 않는다. 다만 은하들 사이에 있는 공간이 팽창할 뿐이다.
            풍선이 커짐에 따라 원들은 마치 은하들이 멀어지는 것과 똑같이 서로 점점 더 멀리 떨어질 것이다. 사실 멀리 떨어지는 것은 은하단들이다. 은하단내에 있는 개개의 은하들은 서로 중력적으로 묶여져 있으며 이 인력은 떨어지려는 은하들의 경향을 극복하기에 충분하다. 따라서 더 정확히 말해서 은하단들이 서로 멀어지고 있는 것이라고 말해야겠지만, 나는 간단히 그것들을 은하라고 할 것이다.
            한발짝 더 나아가 그 풍선이 너무 커서 우리가 다루고 있는 지역이 대체로 평평하다고 가정하자. 그러므로 우리가 볼 수 있는 거리까지는 작은 원들이 있는 평평한 판모양을 갖게 될 것이다. 이제 원 A(그림을 보라)가 우리 은하를 나타낸다고 가정해보자. A에서 모든 방향을 바라보면 우리는 모든 다른 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다는 것을 알게 된다. 그러나 우리가 만일 다른 원, 말하자면 B로 가서 바깥쪽을 본다해도 역시 모든 다른 원들이 우리에게서 멀어지고 있는 것을 보게 될 것이다. 사실 우리가 어떤 원으로 간다고 해도 우리는 동일한 것을 보게될 것이다. 따라서 우리가 어느 은하에 있는냐에 상관없이 우리주위에 있는 모든 은하들이 우리에게서 멀어지고 있는 것처럼 보일 것이다. 이것을 보면 우리 은하가 우주의 중심에 있는 것이 아님을 쉽게 알 수 있다.

            우리는 또한 멀리 떨어져 있는 은하일수록 더 빨리 후퇴하고 있다는 것을 알고 있다. 예를 들어, 만일 은하가 두 배만큼 멀리 떨어져 있다면 두 배만큼 더 빨리 멀어지고 있다. 그러면 우리의 고무판 모형이 이것을 설명할 수 있는지 알아보도록 하자. 우리가 원 A에 있다고 가정하고, 특정한 방향으로 떨어진 곳에 또 다른 원 B가 있다고 가정하자. 즉 거리가 10미터 떨어져 있다고 하자. 그리고 같은 방향으로 다시 10미터 떨어진 곳에 원 C가 있다. 어떤 시간에 걸쳐 B가 20미터의 거리를 움직였다고 하자. 그러면 C도 물론 B로부터 20미터 움직였을 것이다. 이것은 이 시간에 B가 20미터를 움직인 동안 C는 40미터를 움직였다는 것을 의미한다. 그러므로 2배만큼 빨리 움직이고 있는 것이다. 따라서 우리의 모형은 거리에 따르는 속도의 적절한 증가를 예측한다.
            우리가 풍선 위에 원들을 균일하게 붙이기는 했지만 그러나 은하들은 많은 다른 크기로 모여있으며 분포도 불규칙적이다. 이것이 문제가 될까? 그것이 우리의 모형을 타당하지 않게 만들까? 대단히 큰(우주적) 규모로 볼 때 우리의 모형은 대단히 좋다. 이런 규모에서 우주는 일반적으로 균일하기 때문이다. 우주 .............

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          • RE:빅뱅이론에 관해서
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            빅뱅이론 (-理論 Big-Bang)요약

            우주는 모든 물질이 한 점에 모여 일으킨 대폭발의 결과라는 천문학이론.
            설명
            우주는 모든 물질이 한 점에 모여 일으킨 대폭발의 결과라는 천문학이론. 현재의 우주는 처음에 대폭발을 일으켜 그 폭발의 여파로 팽창을 계속하는 단계에 있다는 이론으로 대폭발설이라고도 한다. 이 이론에 따르면 팽창우주는 생성되고부터 유한한 시간밖에 지나지 않았으며, 우주의 평균밀도는 끊임없이 감소하여 현재와 같은 희박한 상태가 되었다고 한다. 1929년 E.P. 허블이 팽창하는 우주를 발견하였고, 1948년 G. 가모프가 빅뱅에 의한 우주기원론을 제창하였다. 빅뱅 우주론은 연속창생(Continuous Creation) 우주론에게 승리를 거둔 뒤에도 퀘이사라는 수수께끼 천체가 등장하면서 한때 진위를 의심받기도 했지만 이후 여러 가지 검증을 거쳐 정설로 자리잡았다.

            허블이 발견한 우주의 비밀
            1929년 미국의 천문학자 E.P. 허블(Hubble)은 윌슨 산(Mt. Wilson) 천문대에서 은하들을 연구하다가 놀라운 우주의 비밀을 알아냈다. 그것은 곧 모든 은하들이 우리에게서 멀어지고 있다는 사실이다. 오늘날 천문학자들은 이러한 우주를 ‘팽창우주’라고 부른다. 따라서 과거로 시간을 거슬러 올라갈 경우, 이번에는 먼 은하일수록 더 빨리 우리에게 접근해 와서 어느 시점에 이르면 모든 은하가 한 곳에 모이게 된다. 바로 그 순간을 우리는 ‘태초’라고 부른다. 태초는 지금으로부터 약 150억 년 전에 있었던 것으로 보인다. 아인슈타인이 세운 중력 이론인 일반상대론의 기본 방정식에도 팽창우주를 기술하는 답이 포함되어 있다. 허블의 팽창우주에서 주의할 일은, 우리 은하가 우주의 중심이라는 뜻은 결코 아니라는 사실이다. 태초의 우주는 밀도가 엄청나게 크고 무지막 .............

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