우주는 과연 영원할까요?

우주의 미래에 대한 이론은 세가지로 나뉩니다. 열린우주와 닫힌우주, 그리고 평탄한우주죠.
우주의 운명은 우주를 채우고 있는 물질의 밀도가 임계밀도(우주 팽창을 정지시킬 수 있는 밀도) 10^-29g/cm^3보다 큰가 작은가에 따라 결정됩니다. 현재로서는 우주 공간을 채우고 있는 빛이나 전파로 관측되지 않는 많은 암흑 물질에 대하여 자세히 밝혀지지 않았기 때문에, 현 우주의 평균 물질 밀도가 임계밀도보다 큰지 작은지는 알 수 없습니다.

가설1 - 열린우주(우주의 밀도 < 임계밀도)
우주의 밀도가 임계밀도보다 작다면 우주의 물질 사이의 인력이 팽창효과보다 작기 때문에 우주는 무한히 팽창합니다. 우주가 끝없이 팽창함에 따라, 우주의 지평선(cosmic horizon, 우주의 끝)에 있는 입자들은 더 이상 다른 입자와 부딪힐 확률이 줄어들게 됩니다. 운동성이 있는 입자가 다른 입자와 부딪히지 않는다면, 충돌로 인한 열이 발생하지 않게 되고 전체적으로 우주의 온도는 떨어집니다. 결국 별들은 연료를 소진하고 블랙홀이 되어버리고 그 뒤 모든 블랙홀들마저 증발하여 먼 미래의 우주는 빛도 없고 열도 없는 절대영도 0K에 가까운 차가운 우주가 됩니다. 이를 빅 프리즈(Big Freeze)라고 합니다. bad end

가설2 - 평탄한우주(우주의 밀도 = 임계밀도)
만약 우주의 밀도가 임계밀도와 같다면 우주의 팽창효과는 인력과 균형을 이루게 되어 우주는 영원히 팽창하지만 그 속도는 결국 0으로 수렴하게 됩니다. 우주는 안정된 상태를 유지하면서 계속 팽창하겠지요. good end

가설3 - 닫힌우주(우주의 밀도 > 임계밀도)
우주의 밀도가 임계밀도보다 크다면 중력효과가 팽창효과보다 커질 것이고, 우주는 팽창을 멈추고 도리어 수축하게 됩니다. 수축이 시작되고 수십억년 후면 은하단이 서로 섞이기 시작하고 항성끼리의 거리가 가까워지면서 우주는 초고온 상태가 되고, 결국 하나의 특이점으로 모이면서 빅뱅당시의 상황으로 돌아가는 빅크런치(Big Crunch)를 이루게 됩니다. 이 경우 빅뱅이 다시 일어날지도 모르지요. bad end


나쁜 소식 - 우리 우주는 열린우주일 가능성이 높다고 하네요. 과학자들의 대부분이 열린우주설을 지지합니다.

좋은 소식 - 그때쯤이면 우린 모두 죽었을 꺼야, 아마...