빅뱅과 급팽창, 그리고 시간의 역사에 따라 공간이 팽창해 온 우주. 우주의 미래는 어떻게 될까? 빅뱅 우주론은 우주의 운명을 상대성 이론에 근거해 그 해답을 찾고 있는데, 우주의 밀도에 따라 다음과 같은 가능성을 제시한다.
고무줄에 매달린 공을 던진다고 생각하자. 적절한 힘으로 공을 던지면 고무줄의 장력으로 인해 날아가면 공이 돌아올 수 있다. 그러나 매우 강한 힘으로 공을 던지면 고무줄을 끊고 더 멀리 날아갈 것이다. 매우 정교한 힘을 가진다면 고무줄에 달려 날아가던 공은 순간적으로 고무줄이 끊어짐과 동시에 떨어져 버릴 수도 있다. 팽창하는 우주에서 빅뱅에 의해 지금까지의 팽창을 유지해 오는 팽창 에너지는 고무줄을 던지는 사람의 힘과 유사하다. 그리고 고무줄의 장력은 우주를 채우고 있는 물질들의 질량에 의한 인력 효과와 유사하다. 우주의 팽창 에너지가 물질들의 인력보다 더 큰 경우 우주는 지속적으로 팽창할 것이며, 더 작은 경우 우주는 다시 수축할 수 있을 것이다.
우주의 미래에 대한 이와 같은 해석은 우주의 임계 밀도와 밀도 계수 오메가, 그리고 곡률 구조의 개념으로 해석할 수 있다. 그리고 곡률 구조의 개념으로 이해할 수 있다. 상대성 이론에서 주어지는 현재 우주의 밀도는 세제곱미터당 수소 원자가 5개 정도 들어 있는 양에 해당된다.
현재 우주의 밀도가 이러한 임계 밀도보다 크다면, 우주의 밀도를 임계 밀도로 나눈 오메가 값이 1보다 크고, 현재 우주의 곡률은 볼록한 닫힌 구조를 가진다. 이러한 경우를 닫힌 우주라고 하며, 현재 팽창하고 있는 우주는 우주 공간 내의 물질들에 의한 인력이 팽창 에너지를 능가하여 언젠가 다시 가까워지게 될 것이며, 결국은 초기 우주의 고온 고밀도의 상태로 돌아가게 될 것이다.
현재 우주의 밀도가 임계 밀도보다 작으면, 오메가 값이 1보다 작고, 현재 우주의 곡률은 오목한 열린 구조가 될 것이다. 이러한 경우를 열린 우주라고 하며, 우주는 인력보다 팽창 에너지가 우세하여 지속적인 팽창을 하고 오목하고 열린 곡률 구조를 유지하며 시간의 역사를 지속하게 된다.
우주의 밀도가 임계 밀도와 같은 경우, 즉 밀도 계수 오메가 값이 1인 경우는 우주의 곡률 구조에 따라 편평한 우주라고 한다. 이러한 우주는 팽창 에너지와 인력이 팽창을 유지하며 편평한 곡률 구조를 유지한 채 현재의 팽창의 역사를 지속한다. 편평한 우주와 열린 우주는 두 경우 모두 팽창을 지속하면서 은하와 은하 사이의 거리는 점점 멀어지고 공간의 온도는 점점 차가워질 것이다. 그러나 같은 시간 동안 팽창하는 시공간의 크기는 열린 우주가 편평한 우주에 비해 더욱 크게 나타 날것이다. 또한 시간의 역사가 지속되면서, 편평한 우주와 열린 우주 공간 속에 있는 별들은 사멸과 생성을 거듭하면서 공간 속의 가스 구름들을 소진시킬 것이다. 무한한 팽창을 지속한 이 우주는 궁극적으로는 백색왜성 중성자별, 블랙홀과 같은 별들의 최후 잔해들만이 산재해 있는 공간으로 변할 것이다.
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