빅뱅 우주론

빅뱅 우주론의 출발점은 관측입니다. 허블 법칙이 보여 준 것은 '지금 우주가 팽창하고 있다'는 사실이고, 이것을 시간 방향으로 거꾸로 돌리면 과거의 우주는 지금보다 작고, 밀도가 높고, 뜨거웠어야 합니다. 그 극단이 빅뱅입니다.

하지만 '거꾸로 돌려 보니 그렇더라'만으로는 이론이 되지 못합니다. 좋은 이론은 아직 보지 못한 것을 예측해야 합니다. 빅뱅 우주론은 두 가지를 예측했고, 둘 다 나중에 관측으로 확인되었습니다.

첫째, 초기 우주가 뜨거웠다면 그때 우주를 가득 채웠던 빛이 지금도 남아 있어야 합니다. 우주가 팽창하며 그 빛의 파장이 늘어나 지금은 온도 약 $2.7\mathrm{K}$의 마이크로파로 하늘 전체에서 고르게 와야 하는데, 실제로 그런 복사가 발견되었습니다. 이것이 우주 배경 복사입니다.

둘째, 초기 우주는 아주 짧은 시간 동안만 핵융합이 가능할 만큼 뜨거웠습니다. 이 시기(빅뱅 후 약 3분 이내)에 만들어진 헬륨의 양을 계산하면 우주 전체 질량의 약 25%가 나오는데, 실제 관측된 값과 일치합니다. 이것이 헬륨 풍부도입니다. 별의 핵융합만으로는 이렇게 많은 헬륨을 설명할 수 없고, 게다가 별이 거의 없던 아주 오래된 천체에서도 헬륨이 25%가량 검출됩니다.

이렇게 세 다리(은하의 후퇴, 배경 복사, 헬륨 풍부도)로 서 있기 때문에 빅뱅 우주론은 현재 표준 모형으로 받아들여집니다. 다만 이 모형만으로 관측을 다 설명할 수는 없어서, 오늘날에는 암흑 물질과 암흑 에너지를 포함한 확장된 형태로 다룹니다.