천문학자들은 우주의 기원을 어떻게 관측합니까?

현대 우주론자들도 수십 년 동안 답을 주기 위해 분투했다. 코프 작가에게 우주학의 매력 중 하나는 그 최전선 분야에 너무 많은 문제가 있어 쉽게 표현할 수 있다는 것이다. 하지만 양자전자학, DNA 시퀀싱, 신경생리학, 순수 수학 등 최첨단 화제에 대해서는 전문가의 질문을 통속적인 일상 언어로 번역하는 것이 쉽지 않다.

열역학 제 2 법칙은 우주가 고도로 질서 있는 시작점을 가져야 한다는 것을 알려준다. 제 1 법칙은 우주가 스스로 시작할 수 없다는 것을 말해줍니다. 이 두 가지 기본 원칙에서, 우리는 우주가 우주 밖에서 온 자연의 법칙보다 우월한 것, 즉 자연을 초월하여 헤아릴 수 없는 질서를 창조하려는 실체에 의해 창조되었다고 추론할 수 있다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 우리에게 이 창조적인 사건을 지적했다. 아인슈타인의 일반 상대성론 공식을 이해하는 데 필요한 수학 지식을 갖춘 사람은 소수에 불과하다. 1920 년대부터 전해 내려오는 이야기가 있다. 어떤 기자가 상대성론 전문가인 아서에게 물었다. 에딩턴, 아인슈타인의 이론을 이해할 수 있는 사람은 정말 세 명뿐인가요? 오랜 묵상 끝에 에딩턴은 마침내 "세 번째 사람이 누구인지 알아내려고 노력하고 있다" 고 대답했다.

현재 목적을 위해, 일반 상대성 이론에 대해 우리는 주로 두 가지 점을 말해야 한다. 첫째, 그것이 제기한 모든 검증 가능한 예언이 정확하다는 것이 증명되었다. 둘째, 일반 상대성 이론의 공식은 우주가 정적일 수 없다는 것을 의미하며, 반드시 끊임없이 팽창하거나 수축해야 한다는 것을 의미한다. 아이작 조차도? 뉴턴은 또한 그의 만유인력의 법칙이 우주의 모든 별이 우주 전체가 결합될 때까지 서로 끌어당겨야 한다는 것을 알고 있다. 또한 뉴턴은 4 차원 좌표, 즉 3 개의 공간 좌표와 1 개의 시간 좌표를 연구했습니다. 아인슈타인은 시간 좌표와 다른 세 좌표 사이의 상호 의존성을 깨달았다.

1692, 케임브리지 학자 r? R? 벤틀리는 뉴턴에게 편지를 써서 뉴턴의 만유인력의 법칙에 따르면 우주의 모든 별들은 결국 서로 끌어당겨 큰 불덩이를 형성해야 한다고 지적했다. 이에 대해 뉴턴은 이렇게 답했습니다.

만약 태양과 그 행성과 우주의 물질이 공간 전체에 골고루 분포되어 있다면, 각 입자는 다른 모든 입자에 고유의 중력을 가지고 있는데, 이 물질들은 무한히 분포되어 있다면, 공간 밖의 물질은 중력을 이용하여 공간 내의 모든 물질에 접근하여 결국 전체 공간의 중심에 떨어지게 되어 큰 공을 형성한다.

뉴턴은 우주가 무한해야 한다고 제안했다. 모든 별은 서로 등거리여야 한다. 그러나 그는 이 해석이 매우 불안정하다는 것을 곧 깨달았다. 어떤 별 사이의 균형 거리가 약간 잘못되면 연쇄 반응이 일어나 전체 우주의 붕괴를 초래할 수 있기 때문이다. 물론, 뉴턴은 우주가 여전히 팽창할 가능성이 있다는 것을 깨닫지 못했다.

뉴턴은 한 때 개체가 이동 하는 경우, 그 움직임이 어떤 관찰자의 움직임에 상대적 이라고 지적 했다. 예를 들어, 객차에 앉아 있는 승객이 차 안에서 공을 던질 때, 공은 승객 2 피트 떨어진 곳까지만 달릴 수 있습니다. 하지만 길가에 서서 마차가 지나가는 것을 지켜보는 사람들에게는 공이 20 피트를 달렸을 수 있다. 왜건 거리도 공의 거리에 더해져야 하기 때문이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)

아인슈타인은 또한 물체가 움직일 때 그 운동 시간은 어떤 관찰자의 운동에 관한 것이라고 지적했다. 관찰자에게 빛은 관찰자의 속도와 방향에 관계없이 항상 같은 속도로 움직이기 때문이다. 다른 말로 하자면, 마차 앞에 있는 손전등의 속도를 계산하고자 한다면, 마차의 속도를 정상적인 빛의 속도에 더하고 싶을 것입니다. 하지만 공의 운동과는 달리 승객과 마차 운행을 지켜보는 사람들에게는 빛이 같은 속도로 움직이는 이상한 특성을 가지고 있다.

물체의 속도가 빛의 속도에 가까울 때, 시간의 상대성은 특히 주목할 만하다. 우주비행사가 빛의 속도에 가까운 속도로 여행하는 매일, 지구상의 사람들에게는 1 년이다. (이 속도에 도달하기는 어렵지만, 이 해석은 이론적일 뿐이다.) 또한 질량과 에너지의 관계로 인해 지구 관측자들에게는 우주비행사의 행진 속도가 빛의 속도에 더 가까울 때 그의 무게는 증가하는 것처럼 보이며, 그의 고도는 운동 방향에서 낮아질 것이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 에너지명언)

고속 운동 조건 하에서 이런 심상치 않은 현상에 대한 묘사는 좁은 상대성이론이라고 불리며 아인슈타인이 1905 년에 발표한 것이다. 이 이론은 공간과 시간이 어떻게 서로 연결되는지를 설명하는 시공간의 개념을 제시했다. 일반상대성론 (19 15 에 게시) 이 표현한 시공간적 특징은 중력의 역할을 명확하게 설명했다. 아인슈타인은 중력이 먼 물체에 즉시 작용하는 실제 중력이 될 수 없다고 추측했다. 좁은 상대성론은 어떤 물체도 빛의 속도를 초과하지 않는다고 지적하기 때문이다. 반대로 중력은 질량이 공간과 시간에 미치는 영향의 결과이다. 거대한 물체는 분명히 그 공간 근처를 "구부려" 그 가까이에 있는 관찰자의 시간을 "느리게" 해야 한다. (존 F. 케네디, 시간명언)

이렇게 우리는 태양의 중력이 행성의 중력을 끄는 것이 아니라 태양의 질량이 그 주위의 공간을 휘게 하여 각 행성이 구부러진 공간에서 가장 곧은 궤적을 선택하게 한다는 것을 분명히 했다.

질량 물체가 인근 관측자의 시간을 늦출 수 있어야 한다는 예언은 이미 1962 년 이미 완전히 확인됐다. 당시 사람들은 급수탑 위쪽과 아래쪽에 놓여 있는 매우 정확한 시계 사이의 시차를 발견했다. 시계가 지구에 가까울수록 시간이 더 느리게 간다. 왜냐하면 이곳의 지구의 중력이 더 강하기 때문이다. 이 결과는 일반 상대성 이론의 예측과 엄격하게 일치한다. 스티븐? 호킹은 위성이 이런 끊임없는 예측에 의지하여 정확한 항법시스템을 교정하는 방법을 설명했다. "만약 누군가가 일반 상대성 이론의 예측을 소홀히 한다면, 그가 계산한 위성의 위치는 몇 마일 오차가 날 것이다!" "

일반 상대성 이론이 뉴턴의 법칙이 해석할 수 없는 수성 궤도 이상 상황을 정확하게 설명하자 그 정확성은 즉시 검증되었다. 다른 두 개의 예언이 증명된 후, 점점 더 많은 증거가 이론의 정확성을 증명한다. 별의 빛은 질량 태양을 통과할 때 구부러지고, 그 빛의 주파수는 중력장에서 변한다. 19 19, 서아프리카 프린시페 섬에서 개기일식 관측을 할 때 아서? 에딩턴 경은 별 빛이 태양을 통과할 때의 구부리기 현상을 처음으로 관찰했지만, 결과는 그다지 정확하지 않았다. 천문학자 월터? 아담스는 나중에 백란성 시리우스 B 에서 예측된 광파 편차를 관찰했다. 오늘의 측량은 광의상대성론 예측의 정확도가 소수점 이하 5 자리까지 도달할 수 있으며, 측정 기술의 정밀도와 같다는 것을 보여준다.

아인슈타인 공식은 우주에 비분산 질량이 충분하다면 우주의 질량은 실제로 전체 우주가 "폐쇄" 될 때까지 모든 공간을 구부릴 수 있다는 것을 보여준다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이것은 뉴튼이 우주의 모든 물체가 함께 모여 하나의 중심 질량이 될 것이라고 생각하는 관점과 매우 비슷하다. 반면에, 우주의 밀도가 특정 임계값까지 낮다면, 아인슈타인의 공식은 우주의 모든 물체 사이의 거리가 점점 멀어진다는 것을 의미한다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이렇게 하면 우주가 계속 팽창하여 시간적으로 느려질 것이다.

아인슈타인은 팽창이나 수축된 우주가 정적이고 영원한 상식적인 과학적 관점과 맞지 않기 때문에 폭발에 대한 이런 묘사를 피해야 한다고 생각한다. 그래서 19 17 의' 일반 상대성 이론에 대한 우주론 사고' 라는 제목의 문장 중 그는 공식을 유도하고 그의 유명한' 우주상수' 를 제시하는 논리를 믿지 않기로 했다. 이 이상한 힘은 중력의 부족을 보완하고 먼 물체 사이의 중력을 늘리기 위해 제기된 것이기 때문에 물리학의 다른 알려진 힘과는 다르다. 또한 우주의 안정성을 유지하기 위해서는 매우 정확한 수준에 도달해야 합니다. 즉, 팽창을 시작하고 수축을 시작하여 "큰 압착" 으로 축소하는 사이에 완벽한 균형을 이루어야 합니다.

1922 구 소련 수학자 알렉산더? 프리드먼은 아인슈타인의 정적 우주에 대한 증명에서 대수학 오류를 발견했다. 이 잘못을 바로잡고 아인슈타인의 우주 상수를 버린 후 프리드먼은 아인슈타인의' 정적 우주' 가 원래 불가능하다는 것을 발견했다. 우주는 반드시 개방하거나 폐쇄해야 한다, 즉 팽창하거나 수축해야 한다.

몇 년간의 독립 노력 끝에 네덜란드 천문학자 윌리엄? Desit 은 또한 아인슈타인의 우주가 팽창하는 공식을 설명하기 위해 우주 상수를 사용하더라도 해결책을 발견했습니다. 영국 천문학자 아서? 에딩턴은 우주 상수가 있더라도 아인슈타인의 균형은' 불안정한' 균형이라는 것을 독립적으로 발견했다. 우주를 팽창하거나 붕괴된 상태로 보내는 균형점에서 약간 벗어난 것이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)

아인슈타인은 나중에 자신이 그의 유명한 부가 요소를 그의 이론에 도입했다고 비난했다. 그는 우주 상수를 늘리는 것을' 내 인생에서 가장 큰 실수' 라고 불렀다. 그때부터 아인슈타인은 시작점이 필요하다는 것을 썼을 뿐만 아니라, 그의 소망은' 하느님이 어떻게 세상을 창조하셨는지 아는 것' 이라는 것을 보여 주었다.

이런 식으로, 특히 1960 년대 초부터, 반복적 인 테스트로 일반 상대성 이론의 예측 능력을 정확하게 측정 할 수있었습니다. 과학은 우주의 영원한 관점을 고수하는 것에서 우주를 고수하는 출발점으로 바뀌 었습니다. 이 출발점은 일반 상대성 이론에 의해 명확하게 예측되었습니다.