우주론

280px|섬네일|2012년 9월에 완성된 허블 익스트림 딥 필드(XDF)는 당시까지 촬영된 가장 먼 은하들을 보여준다. 전경에 있는 몇 개의 별들(밝고 회절 스파이크들이 있어 쉽게 알아볼 수 있음)을 제외하고 사진 속 모든 빛은 한 개별 은하이며, 그 중 일부는 132억 년이나 된 것도 있으며 관측 가능한 우주에는 2조 개 이상의 은하들이 있는 것으로 추정된다.

우주론(cosmology 고대 그리스어 κόσμος(cosmos) '우주, 세계' 그리고 λογία(logia) '연구'에서 유래)은 우주(universe)의 본질인 우주(cosmos)를 다루는 물리학, 형이상학의 한 분야다. 우주론이라는 용어는 1656년 토마스 블라운트Thomas Blount의 《용어집Glossographia》에서 영어로 처음 사용했고, 1731년 독일 철학자 크리스티안 볼프Christian Wolff가 《우주론 일반론Cosmologia Generalis》에서 라틴어로 사용했다. 종교적 또는 신화적 우주론은 신화, 종교, 밀교적 문헌과 창조 신화와 종말론 전통에 기초한 신념 집합체다. 천문학 과학에서 우주론은 우주의 역사를 연구하는 학문이다.

물리 우주론은 관측 가능한 우주의 기원, 우주의 대규모 구조와 역학, 그리고 이러한 영역을 지배하는 과학 법칙을 포함한 우주의 궁극적인 운명에 대한 연구이다. 천문학자와 물리학자를 포함한 과학자뿐만 아니라 형이상학자, 물리학의 철학자 및 시간과 공간의 철학자와 같은 철학자들도 우주론을 연구하고 탐구한다. 이러한 철학과 공유되는 범위 때문에 물리 우주론의 이론은 과학적 명제와 비과학적 명제를 모두 포함할 수 있으며, 테스트할 수 없는 가정에 의존할 수도 있다. 물리 우주론은 우주 전체와 관련된 천문학의 하위 분야이다. 현대의 물리 우주론은 관측 천문학과 입자 물리학을 통합하려는 대폭발(빅뱅) 이론: 보다 구체적으로 암흑 물질과 암흑 에너지를 포함하는 대폭발의 표준 매개변수화인 람다-CDM 모형으로 알려진 대폭발 이론에 의해 지배되고 있다.

이론 천체물리학자(theoretical astrophysicist)인 데이비드 스퍼겔David Spergel은 광속의 유한한 특성으로 인해 "우주를 바라볼 때 우리는 시간을 되돌아보기" 때문에 우주론을 "역사적인 과학"이라고 설명했다.

 분야 

물리학 및 천체물리학은 과학적 관찰과 실험을 통해 우주에 대한 우리의 이해를 형성하는 데 중심적인 역할을 해왔다. 물리 우주론은 수학과 관측을 통해 전체 우주를 분석하면서 형성되었다. 우주는 일반적으로 대폭발(빅뱅)으로 시작된 후, 거의 즉각적으로 137억 9,900만±0.21억 년 전에 우주가 생겨난 것으로 생각되는 우주 급팽창인 어떤 우주팽창이 뒤따른 것으로 이해된다. 우주론은 우주의 기원을 연구하고 우주도(cosmography)는 우주의 특징을 지도화한다.

디드로의 《백과전서》에서는 우주론을 천문학(하늘에 관한 과학), 항공학(공기에 관한 과학), 지질학(대륙에 관한 과학) 및 수문학(물에 관한 과학)으로 분류하고 있다.

형이상학적 우주론은 다른 모든 존재와의 관계에서 우주에 인간을 배치하는 것으로도 설명되었다. 이는 마르쿠스 아우렐리우스가 그 관계에서 인간의 위치를 관찰한 것으로 잘 설명된다: "세계가 무엇인지 모르는 사람은 자신이 어디에 있는지 모르고, 세계가 어떤 목적으로 존재하는지 모르는 사람은 자신이 누구인지도, 세계가 무엇인지도 모른다."
 발견 
 물리 우주론 

물리 우주론은 우주의 물리적 기원과 진화에 대한 연구를 다루는 물리학 및 천체 물리학의 한 분야이다. 또한 대규모로 우주의 본질에 대한 연구도 포함된다. 초기의 형태는 현재 '천체역학'으로 알려진 하늘에 대한 연구였다. 그리스의 철학자 사모스의 아리스타르코스, 아리스토텔레스 및 프톨레마이오스는 서로 다른 우주론 이론을 제안했다. 16세기 니콜라우스 코페르니쿠스와 이후 요하네스 케플러
및 갈릴레오 갈릴레이가 태양중심 체계를 제안하기 전까지는 지구중심 프톨레마이오스 체계가 지배적인 이론이었다. 이는 물리 우주론에서 가장 유명한 인식론적 파열(Epistemological rupture)의 사례들 중 하나이다.

1687년에 출간된 아이작 뉴턴의 《자연철학의 수학적 원리》는 만유인력의 법칙에 대한 최초의 설명이었다. 이 책은 케플러의 법칙에 대한 물리적 메커니즘을 제공했으며, 행성 간의 중력 상호작용으로 인한 이전 시스템의 이상 현상을 해결할 수 있게 해 주었다. 뉴턴의 우주론과 그 이전의 우주론의 근본적인 차이점은 지구상의 천체가 모든 천체와 동일한 물리 법칙을 따른다는 코페르니쿠스 원리였다. 이는 물리 우주론에서 중요한 철학적 진전이었다.

현대 과학 우주론은 1917년 알베르트 아인슈타인이 "일반 상대성이론의 우주론적 고찰" 논문에서 일반 상대성이론을 최종 수정하여 발표하면서 시작된 것으로 널리 알려져 있다(이 논문은 1차 세계대전이 끝날 때까지 독일 외에는 널리 알려지지 않았다). 일반 상대성이론은 빌렘 드 시터, 카를 슈바르츠실트 및 아서 에딩턴과 같은 우주기원론자들이 천문학적인 파급 효과를 탐구하도록 자극하여 천문학자들이 매우 먼 천체를 연구할 수 있는 능력을 향상시켰다. 물리학자들은 우주가 정적이고 변하지 않는다는 가정을 바꾸기 시작했다. 1922년에, 알렉산더 프리드만은 움직이는 물질을 포함하는 팽창하는 우주라는 개념을 도입했다.

섬네일|관측 가능한 우주를 로그 눈금으로 표현한 것이다. 태양으로부터의 거리가 중심에서 가장자리로 갈수록 증가한다. 행성들과 다른 천체들은 그 모양을 감상하기 위해 확대되었다.
우주론에 대한 이러한 역동적인 접근 방식과 병행하여 우주의 구조에 대한 오랜 논쟁인 대논쟁(1917~1922년)이 절정에 달하고 있었는데, 히버 다우스트 커티스와 에른스트 외픽 같은 초기 우주론자들은 망원경으로 관측한 일부 성운들이 우리 은하와는 멀리 떨어진 별개의 은하라고 판단했다. 히버 커티스는 나선 성운이 그 자체로 섬 우주인 항성계이라는 생각을 주장한 반면, 마운트 윌슨의 천문학자 할로 섀플리는 우리 은하 항성계로만 구성된 우주 모형을 옹호했다. 이러한 생각의 차이는 1920년 4월 26일 워싱턴 DC에서 열린 미국국립과학원 회의에서 대토론회가 열리면서 절정에 달했다., 그 논쟁은 1923년과 1924년 에드윈 허블이 안드로메다 은하에서 세페이드 변광성를 발견하면서 해결되었다. 그 거리가 은하수 가장자리를 훨씬 넘어 나선 성운을 형성했기 때문이다.

이후 우주 모델링은 아인슈타인이 1917년 논문에서 소개한 우주상수가 그 값에 따라 우주팽창을 초래할 수 있다는 가능성을 탐구했다. 따라서 대폭발(빅뱅) 모형은 1927년 벨기에의 신부 조르주 르메트르에 의해 제안되었고 이후 1929년 에드윈 허블의 적색편이 발견 그리고 1964년 아노 펜지아스와 로버트 우드로 윌슨의 우주 마이크로파 배경 복사 발견으로 확증되었다. 이러한 발견은 많은 대안 우주론(alternative cosmology)들 중 일부를 배제하는 첫걸음이었다.

1990년경부터 관측 우주론의 몇 가지 극적인 발전으로 우주론은 대부분 사변적인 과학에서 이론과 관측이 정확하게 일치하는 예측 과학으로 변모했다. 이러한 발전에는 COBE, WMAP 및 플랑크 위성의 마이크로파 배경 관측, 2dF 은하 적색편이 탐사 및 SDSS를 포함한 새로운 대형 은하 적색편이 탐사(redshift survey) 그리고 원거리 초신성들 및 중력 렌즈 관측이 포함된다. 이러한 관측 결과는 우주 급팽창 이론, 수정된 빅뱅 이론, 람다-CDM 모형으로 알려진 특정 버전의 예측과 일치했다. 이로 인해 많은 사람들이 현대를 "우주론의 황금기"라고 부르게 되었다.

2014년에 BICEP2 공동 연구팀은 우주 마이크로파 배경에서 중력파들의 흔적을 감지했다고 주장했다. 그러나이 결과는 나중에 가짜로 밝혀졌다. 중력파의 증거로 추정되는 것은 실제로 성간 먼지로 인한 것이었다.

2014년 12월 1일, 이탈리아 페라라에서 열린 플랑크 2014 회의에서 천문학자들은 우주의 나이가 138억 년이며 원자 물질 4.9%, 암흑 물질 26.6%, 암흑 에너지 68.5%로 구성되어 있다고 보고했다.

 종교적 또는 신화적 우주론 

종교적 또는 신화적 우주론은 신화적, 종교적 및 밀교적 문헌과 창조와 종말론의 전통에 기반한 신념의 체계이다. 창조 신화는 대부분의 종교에서 발견되며, 일반적으로 미르체아 엘리아데와 그의 동료 찰스 롱Charles Long이 만든 분류 체계에 따라 다섯 가지로 나뉜다.

 유사한 모티브들을 기반으로 한 창조 신화의 유형들:
 신성한 존재의 생각, 말, 꿈 또는 신체 분비물을 통해 창조가 이루어지는 무의식적 창조(Creatio ex nihilo).
 창조주가 보낸 새나 양서류와 같은 잠수부가 어떤 원시 바다(primordial ocean)를 통해 해저로 뛰어들어 모래나 진흙을 끌어올려 육지 세계로 발전시킨다는 지구 잠수부(earth-diver) 창조.
 조상이 일련의 세계를 통과하고 탈바꿈을 거쳐 현재 세계에 도달하는 출현 신화들.
 한 원시적 존재의 분할에 의한 창조.
 우주의 알(cosmic egg)이 깨지거나 혼돈(chaos)으로부터 질서를 가져오는 것과 같이 원시적 통합의 분열 또는 질서에 의한 창조.
 철학 
우주론은 공간, 시간 및 모든 현상의 총체로서 세계를 다룬다. 역사적으로 우주론은 상당히 광범위한 범위를 가지고 있으며 많은 경우 종교에서 발견되었다. 우주에 대한 일부 질문은 과학적 탐구 범위를 벗어나지만 변증법과 같은 다른 철학적 접근 방식에 호소함으로써 여전히 심문을받을 수 있다. 과학 외적인 노력에 포함되는 몇 가지 질문은 다음과 같다:

 우주의 기원은 무엇인가? 그 첫 번째 원인은 무엇인가(있다면)? 그 존재가 필요한가? (일원론, 범신론, 발출론 및 창조론 참조)
 우주의 궁극적인 물질적 구성 요소는 무엇인가? (메커니즘, 동역학, 이형성, 원자론 참조)
 우주가 존재하는 궁극적인 이유는 (있다면) 무엇인가? 우주에는 목적이 있는가? (목적론 참조)
 의식의 존재가 현실의 존재에 어떤 역할을 하는가? 우주의 전체에 대해 우리가 알고 있는 것을 어떻게 알 수 있는가? 우주론적 추론은 형이상학적 진리를 드러내는가? (인식론 참조)

 역사적 우주론 

표 노트: "정적"이라는 용어는 단순히 팽창하지 않고 수축하지 않는다는 의미이다. 기호 G는 뉴턴의 중력 상수를 나타내고, Λ(람다)는 우주상수이다.

 같이 보기 

 절대 시공간
 빅 히스토리
 지구과학
 은하의 형성 및 진화
 일러스트리스 프로젝트
 자이나교와 비창조론(Jainism and non-creationism)
 ΛCDM 모형
 천문학자 목록
 비표준 우주론(Non-standard cosmology)
 태극
 우주론 연표
 범용 회전 곡선
 따뜻한 급팽창(Warm inflation)
 대폭발(빅뱅)

 출처 

 
 
 Download full text: 
 
 
 Lectures given at the Summer School in High Energy Physics and Cosmology, ICTP (Trieste) 1993.) 60 pages, plus 5 Figures.
 
 
 Sophia Centre. The Sophia Centre for the Study of Cosmology in Culture, University of Wales Trinity Saint David.

 각주 

분류:우주론
분류:물리우주론