수십 년 동안 과학자들은 우주가 어떻게 시작되었고 오늘날 왜 그렇게 보이는지 설명하기 위해 우주 인플레이션이라는 대중적인 아이디어에 의존해 왔습니다. 이 이론은 빅뱅 직후 우주가 상상할 수 없는 속도로 팽창했다는 것을 시사합니다. 인기에도 불구하고 왜 이런 일이 발생하는지 정확히 아는 사람이 없다는 문제에 여전히 직면해 있습니다. 설명이 제안되었지만 입증된 것은 없습니다. 이로 인해 연구진은 우주의 기원을 설명하는 근본적인 방법을 찾게 되었고 흥미로운 아이디어를 제안하게 되었습니다. 즉, 중력파가 빅뱅을 더 잘 이해하는 열쇠를 쥐고 있을 수 있다는 것입니다.
해당 연구는 2025년 7월 미국물리학회(American Physical Society)의 Physical Review Journal에 ‘인플레이션 없는 인플레이션(Inflation Without Inflation)’이라는 제목으로 게재됐다. 그녀는 우주의 기원을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 빅뱅 이론의 새로운 모델을 제안하는 것을 목표로 하는 네 명의 과학자로 구성된 팀을 모았습니다. 그들은 신비한 인플레이션 입자에 의존하지 않고 우주 팽창의 원인이 되는 모델을 만들고 싶었습니다.
연구팀은 중력파로 알려진 시공간 자체의 작은 잔물결이 자연적으로 나중에 은하와 별이 되는 변동을 생성한다고 제안했습니다. 그들의 계산은 이 과정이 천문학자들이 실제로 관찰하는 것과 일치할 수 있는 동시에 우주가 빠르게 팽창하는 것에서 오늘날 우리가 알고 있는 방사선으로 가득 찬 우주로 가는 원활한 방법을 제공한다는 것을 보여줍니다. 간단히 말해서, 이 모델은 가상의 새로운 입자를 전혀 요구하지 않고도 인플레이션을 설명할 수 있습니다.
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이 새로운 모델은 어떻게 탄생하게 되었나요?
우주의 별들로 가득 찬 은하계 – Triff/Shutterstock
첫째, 연구자들은 전통적인 우주론 모델에 의존하기보다는 양자물리학으로 눈을 돌렸습니다. 그들은 중력파로 알려진 시공간의 작은 잔물결이 어떻게 자연적으로 밀도 변동을 일으킬 수 있는지 연구했습니다. 그들의 모델은 이러한 잔물결이 중력파의 2차 효과로 나타날 수 있으며 결국 지배적이 되어 우주의 구조, 즉 별, 은하 및 밤하늘에서 보는 모든 것을 형성할 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 또한 초기 우주의 본질적인 불안정성(처음에 생각했던 것보다 두 배나 오래되었을 수 있음)을 조사하여 이러한 불안정성이 인플레이션을 끝내고 우주를 오늘날 우리가 볼 수 있는 방사선으로 가득 찬 상태로 변화시키는 자연스러운 방법을 제공할 수 있음을 보여주었습니다.
“과학의 과도한 유연성은 모델이 실제로 무언가를 예측하고 있는지 아니면 단순히 후속 데이터를 관찰된 데이터에 적용하는지 판단하기 어렵기 때문에 문제가 될 수 있습니다.”라고 파도바 대학교 교수인 다니엘레 베르타카(Daniele Bertaca)는 Space.com에 말했습니다. Bertaca는 신비한 인플레이션(인플레이션을 설명하기 위해 과학자들이 만든 가상의 입자)보다는 중력파에 의존하는 이론의 유용성에 주목하면서 “제안된 모델의 우아함과 단순성, 자유 매개변수의 부재가 바로 핵심입니다.”라고 말했습니다.
이것이 미래의 빅뱅 모델에게 어떤 의미를 갖는가?
태양, 지구, 행성이 있는 태양계의 예술적 이미지 – Rabkumar/Getty Images
연구자들은 은하계와 우주 구조의 시작을 만든 시공간 파동에 초점을 맞춘 이 모델이 오늘날에도 우리 우주의 움직임을 기반으로 적용될 수 있다고 지적합니다. 팀은 추가 관찰과 향후 연구를 통해 이 새로운 모델이 확인되는지 알고 싶습니다. 만약 그렇다면 빅뱅 이론과 우주의 기원을 이해하는 방식에 혁명을 일으킬 수 있습니다.
이 연구의 팀 리더인 바르셀로나 대학교의 Raul Jiménez는 이론을 추진하고 발전시킬 수 있는 것은 중력과 양자 물리학에 대한 포괄적인 이해라는 점을 Space.com에 확인했습니다. Jimenez는 인플레이션을 고려하지 않고도 제안된 새로운 모델이 간단하고 명확하다고 지적했습니다. 이는 추가 테스트 및 향후 예측에 사용할 수 있는 강력한 프레임워크를 제공합니다.
Daniele Bertaca는 또한 이 이론이 일반적으로 우주론 분야에 유용하다고 말합니다. “모든 이론 모델과 마찬가지로 우리 모델은 연구자들이 현재와 가까운 미래에 지상 및 우주 실험의 데이터를 분석, 평가 및 비교할 수 있는 측정 및 관찰을 통해 확인되어야 합니다. 이러한 중력 파동은 시간이 지남에 따라 상호 작용하고 복잡성을 구축하여 “연구원은 이제 이를 실제 데이터와 비교할 수 있습니다.”라는 테스트 가능한 예측으로 이어집니다.
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