| [ sciEncE ] in KIDS 글 쓴 이(By): chang (장상현) 날 짜 (Date): 1999년 7월 6일 화요일 오전 04시 02분 43초 제 목(Title): Re: 배경복사 아무도 대답을 안하기에.. 복사는 흡수된다고 사라지지 않습니다. 그리고 배경복사를 다 흡수할 수 있는 만큼의 물질도 없습니다. 간단히 말하면 이런 생각을 해보새요. 밀폐된 통에 온도를 높여주죠.. 그리고 천천히 식힙니다. 그런데 통속에는 먼지가 좀 있어요.. 이 먼지가 온도에 미치는 영향은? 전혀 없죠.. 배경 복사의 존재는 우주가 초기상태에 무척 뜨거웠다는 것을 증명하는 것입니다. 우주가 뜨거우면 다시말해서 높은 에너지 상태면, 그 온도보다 질량이 낮은 많은 물질들이 평형상태를 유지합니다. 그 물질로는 중성자,양성자, 파이중간자 등의 핵자들과 전자, 광자, 중성미자들의 렙톤들이 있겠죠. 우주의 온도가 1 기가볼트 (약 10^13도 켈빈)이면 위의 입자들이 거의 같은 수로 존재합니다. 하지만 온도가 떨어지면 무거운 놈들은 입자 반입자들끼리 소멸하기도 하고 핵자같은 경우는 더 가벼운 입자로 붕괴하기도 해서 전부 사라지고 아주 일부만 남게 되죠.. 약 10억개중에 한개쯤 남는다고 생각하시면 됩니다. 온도가 약 2 메가볼트 정도가 되면 중성자와 양성자가 결합해 가벼운 원자핵을 만들고 이놈들은 안정한 상태가 유지됩니다. 온도가 1/2 메가볼트 이하로 떨어지면 전자와 반전자가 결합해 소멸하죠.. 이런 소멸로 일어난 에너지는 대부분 광자로 전환합니다. 광자 전자또는 핵자간의 상호작용은 상당히 오랬동안 지속되는데.. 이 상호작용이 우주의 온도를 고르게 만들어주죠. 따라서 광자가 물질로 전환하는 것보다는 물질이 광자로 바뀌는게 10억배쯤 많다고 생각하시면 됩니다. 하여간에 우주는 이렇게 광자(빛의 복사)로 꽉차 있습니다. (중성미자도 꽉차있지만 우리에겐 보이지 않죠). 그런데 우리 우주는 계속 팽창합니다. 공간이 팽창하므로 빛의 파장은 늘어나게되죠.. 따라서 에너지는 떨어지게 됩니다. 이를 적색편이라고 합니다. (red shift) 이게 계속되면서 우주의 복사온도는 계속 떨어지게 되고 약 2.7도 켈빈이 현재 우주의 온도입니다. 다시 이해가 부족한 분들을 위해 말씀드리는데.. 광자의 수는 원자핵이나 전자의 수보다 10억배 이상 많습니다. 일단 흡수가 되지 않을 뿐 아니라 흡수된 광자는 다시 튀어 나오게 되어 있습니다. 모든 온도가 있는 물질은 이 광자를 내보낸다는 간단한 사실만 아신다면.. 그리고 흑체는 크기랑 상관이 없습니다. 우주의 경우는 크기가 워낙커서 완전히 비어있는것이나 다름 없고 주변의 영향이 없다고 볼 수 있으므로 좋은 흑체가 됩니다. 일단 현재 우주의 온도를 복사에너지로 측정했을때 아주 이상적인 흑체의 복사 스펙트럼과 정확하게 일치합니다. 장상현 e-mail : schang@tuhep.phys.tohoku.ac.jp http://www.phys.ufl.edu/~schang |