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| 1분 19초부터. 우주의 세가지 멸망 가설[1] |
Big Rip - 대열구, 大裂口 / 대파열, 大破裂
1. 개요
빅뱅 우주론에 입각한 우주 종말 가설.2. 설명
빅 프리즈 이론과 비슷하지만, 암흑에너지의 양이 과도하게 높아질 경우 일어나는 종말 시나리오다.빅 립이 일어날 조건은 현재 밝혀진 것이 거의 없는 암흑에너지의 성질에 좌우된다. 암흑에너지가 우주의 크기에 상관없이 밀도가 변하지 않는 우주상수의 형태로 존재한다면 우주는 빅 프리즈로 끝나게 된다. 현재까지의 관측 결과에 의하면 꾸준하게 우주상수가 지지받고 있으므로 표준 우주론에서는 암흑에너지의 밀도가 불변한다는 가정 하에 세워졌다. 그러나 이 가정에 대한 관측상의 증거가 아닌 이론적 근거는 현재 전무한 상태이다.
만일 암흑에너지의 성질이 우주가 팽창할수록 밀도가 증가하는 것이라면, 빅 립이라는 훨씬 더 놀랍고도 끔찍한 결말이 기다리고 있다.
이 척력 에너지는 이미 물리학의 기본 상호작용 중 중력보다 큰 상태로, 우주는 산산히 흩어지고 있다. 시간이 흐를수록 입자 간의 척력이 점점 강해져서, 중력을 제외하고 실질적으로 제일 약한 약한 핵력부터 시작해 전자기력, 강한 핵력까지 다 이기면서 은하와 별은 물론, 원자와 원자핵까지 모든 물질이 죄다 뜯겨져 소멸하는 종말이다.
현재 우주의 암흑에너지는 엄청나게 멀리 떨어진 은하단 사이를 갈라놓는 수준[2]에 머무르고 있는데, 빅 립은 별이나 행성을 찢어놓는 것도 모자라 결국 원자핵과 핵자까지 분해시켜 버릴 것이다. 특정 시점에 도달하면 (계산상으로) 암흑에너지의 양은 무한대로 발산하고 반대로 우주의 밀도는 0으로 수렴하며, 공간의 팽창 속도가 광속을 넘어서게 되면서 최종적인 우주의 종말이 이루어진다.
일부 천문학자 및 물리학자들은 빅 립과 빅뱅 직후의 인플레이션 사이의 유사성에 주목하여 어쩌면 이전 세대의 우주가 빅 립을 일으킨 결과 우리 우주가 탄생했을 수 있다는 가설을 내놓기도 한다. 그랬다면 지금 우주의 중력이 이전 세대 우주의 핵력 정도 되는 위치의 기본 상호작용이었을지도 모른다.
빅 립 이론은 암흑에너지 상태방정식이라 부르는 w값에서 출발한다. w값은 암흑에너지의 총량이 우주 부피의 w제곱에 반비례함을 의미한다. 이 w값이 얼마냐에 따라 우주의 운명을 추측할 수 있다.
- w가 -1보다 작으면, 암흑에너지는 '유령 에너지'(phantom energy)라고 불리는 형태가 되며 우주 팽창이 극도로 가속화되어 원자까지도 찢어지고, 마지막에는 시공간 자체가 찢어져버려 입자와 입자 사이의 거리가 ∞가 되어 결국 無가 된다.
- w가 정확히 -1이면, 우주 상수와 동치이므로 절대로 빅 립으로 끝나지 않는다.
- w가 -1보다는 크고 0보다는 작으면, 우주가 팽창할수록 암흑에너지의 양은 증가하지만, 가속 팽창으로 인해 밀도가 낮아져서 결국 빅 프리즈로 끝난다.
현재 관측을 통한 가장 최신 측정치는 -0.99로서, 이는 우주가 빅 립으로 끝나지 않을 가능성이 매우 높음을 보여주고 있다.
다음은 w값이 -1.5일 경우 시나리오이다. w=-1.5이면 지금으로부터 약 220억 년[3] 뒤에 빅 립이 발생하게 된다. 제시된 시간은 빅 립 발생 시점으로부터 n년 전임을 의미한다.
- 빅 립 2억 년 전: 이 시점부터는 척력이 중력보다 강해져 은하들이 흩어진다.[4]
- 빅 립 6000만 년 전: 은하계의 중력이 천체들을 붙들어두기에 너무 약해지면서 결국 은하계가 해체된다. 이것은 빅 프리즈에서는 무려 1000경 년이 지나야 발생할 것으로 추측되는 일이다.
- 빅 립 3개월 전: 항성의 중력이 행성들을 붙들어두기에 너무 약해지면서 행성계가 해체된다.
- 빅 립 30분 전: 항성, 행성들이 해체된다. 이 시점에서 만약 문명이 남아 있었다면 갈기갈기 찢어지면서 순식간에 멸망을 맞이하게 될 것이다.
- 빅 립 10-19초 전: 원자핵에 이어 핵자가 해체된다.
- 빅 립 발생: 시공간 자체가 찢어지면서 입자와 입자 사이의 거리가 무한대가 되어, 시간의 의미를 상실한 세계가 된다.