우주론

고대 사회와 발전된 헬레니즘 문명 이전까지 우주론과 종교는 분리되지 않았으며, 신화의 주요부분을 이루었다.

과학적 우주론의 발전은 크게 3시기로 구분할 수 있다.

첫번째 시기는 피타고라스 학파가 구형 지구의 개념을 도입하고, 바빌로니아인이나 이집트인과는 달리 자연법칙의 조화관계에 의해 천체의 운동이 지배된다고 가정한 BC 6세기에 시작되었다. 뒤이어 무한한 원자 우주가 레우키포스와 데모크리토스에 의해 나왔는데, 무한한 세계는 생명체로 가득 찬 원자의 우연한 집합체의 결과이다. 아리스토텔레스의 지구중심 우주는 BC 4세기에 출현했다. 이 우주에서는 지구를 중심으로 태양과 행성들이 반투명한 구에 붙어 공전하며, 가장 바깥쪽 구에는 붙박이 별이 매달려 있었다.

이러한 생각은 발전을 거듭하여 2세기 프톨레마이오스의 모형으로 절정에 달했다. 13세기에는 아리스토텔레스 우주가 토마스 아퀴나스에 의해 그리스도교 신학으로 채택되었으며, 단테에 의해 〈신곡 Divine Comedy〉에 묘사되기도 했다. 2번째 시기는 코페르니쿠스의 회전론에 의해 선도되었다(코페르니쿠스 체계). 16세기에 니콜라우스 코페르니쿠스는 태양중심 우주를 제안하여 고대의 사상을 부활시켰으나, 17세기에는 훗날 1900년대초까지 성행했던 역학적이고 무한한 뉴턴 우주로 바뀌었다.

신곡(Divine Comedy)

18세기 중반 토머스 라이트는 우주가 수많은 은하로 이루어졌다는 개념을 제안했으며, 윌리엄 허셜과 뒤이은 다른 많은 천문학자들은 별과 우리은하(지구가 속한 은하)에 대한 연구를 크게 발전시켰다. 3번째 시기는 20세기초 알베르트 아인슈타인이 특수상대성이론을 제시하고 그것을 일반상대성이론으로 발전시킴으로써 시작되었다. 또한 동시에 베스토 슬라이퍼가 외부은하의 적색편이를 발견했고 은하계 밖의 성운이 우리은하와 같은 종류의 은하임을 보였으며 에드윈 허블이 이러한 은하까지의 거리를 측정하기 시작하는 등 천문학에서 중요한 발전이 있었다.

이러한 발견과 함께 빌렘 드 지터, 알렉산더 프리드만, 조르주 르메트르가 일반상대성이론을 우주론에 적용, 결국에는 우주가 팽창하고 있다는 견해가 나타났다(팽창우주). 현재 우주론에 대한 기본 전제는 우주가 공간에서 균질(어떤 시간에 모든 장소가 평균적으로 같음)하고 물리법칙이 어디에서나 똑같다는 것이다.

이러한 전제는 관측된 우주의 등방성(모든 방향이 평균적으로 같음) 때문에 신빙성이 있다.

우주론에 적용된 일반상대성이론의 가장 중요한 성질은 공간이 동역학적 성질을 가지고 있으며 균일하게 굽어 있다는 것이다. 만일 이 곡률이 음(쌍곡형)이거나 0(편평한)이면 우주는 열려 있고 공간은 무한하며, 곡률이 양(구형)이면 우주는 닫혀 있고 공간은 유한하다.

공간은 스스로 팽창하고, 공간에 있는 은하들이 서로 멀어진다. 같이 움직이는 관측자에 대한 상대적인 모든 후퇴속도는 허블 법칙(→ 허블 상수)에 따르며, 이들의 거리증가는 빛의 속도에 제한받지 않는다(허블 상수). 빛은 팽창하는 공간을 통해 전달되는 동안 점차 파장이 늘어난다. 따라서 먼 은하에서 방출된 빛은 더 긴 파장으로 도달하게 되며, 이것이 우주론적 적색편이의 원인이다. 팽창은 우주의 기원이 약 100억 년 전의 밀집된 상태(대폭발)라는 것을 나타낸다.

대폭발 이론을 반대하는 정상우주론은 대폭발의 잔광이라고 생각되는 초단파 배경복사가 존재한다는 사실로 인해 반박당했다. 약 3K(켈빈) 온도를 갖는 이러한 열적 복사는 1950년대초 조지 가모브가 예측했으며, 1965년 아노 펜지아스와 로버트 윌슨이 발견했다. 이때부터 약 10만 년 동안 지속되었을 초기우주에 대한 연구가 상당히 진척되었다.