우주는 얼마나 클까?

2013년 유럽우주국(European Space Agency)의 플랑크 우주 미션은 우주에서 가장 오래된 빛의 지도를 가장 정확하고 상세하게 공개했다. 이 지도는 우주가 138억년 전이라는 것을 밝혔다. 플랑크는 우주 마이크로파 배경을 연구하여 나이를 계산했다. 캘리포니아 패서디나에 있는 NASA 제트추진연구소의 임무를 맡고 있는 미국 프로젝트 과학자 찰스 로렌스는 성명을 통해 "우주 마이크로파 배경 조명은 먼 곳에서 온 여행자"라고 말했다. "그것이 도착하면, 그것은 우리 우주의 모든 역사에 대해 말해준다." 거리와 빛의 속도 사이의 연관성 때문에, 이것은 과학자들이 138억 광년 떨어져 있는 우주의 영역을 볼 수 있다는 것을 의미한다. 텅 빈 대양의 배처럼 지구상의 천문학자들은 망원경을 모든 방향에서 138억 광년 동위로 돌릴 수 있으며, 이것은 지구가 138억 광년의 반지름을 가진 관측 가능한 구의 내부에 놓이게 한다. "관찰할 수 있는"이라는 단어가 핵심이다; 구는 과학자들이 볼 수 있는 것을 제한하지만 거기에 있는 것은 제한하지 않는다. 그러나 이 구체는 지름이 거의 280억 광년 정도로 보이지만 훨씬 더 크다. 과학자들은 우주가 팽창하고 있다는 것을 알고 있다. 따라서, 과학자들은 빅뱅 당시 지구로부터 138억 광년 떨어진 지점을 볼 수 있지만, 우주는 일생 동안 계속 팽창해 왔다. 만약 인플레이션이 우주의 생명을 통해 일정한 비율로 발생했다면, 오늘날 같은 지점은 460억 광년 떨어져 있어 관측 가능한 우주의 지름이 920억 광년 정도로 구체화된다. 우주에 있는 지구의 위치에 구를 집중시키는 것은 인류를 우주의 중심에 두는 것처럼 보일 수도 있다. 그러나, 바다에 있는 같은 배처럼, 우리는 우주의 거대한 범위 안에서 우리가 어디에 놓여 있는지 알 수 없다. 우리가 육지를 볼 수 없다고 해서 우리가 해양의 중심에 있는 것은 아니며, 우주의 가장자리를 볼 수 없다고 해서 우주의 중심에 누워 있는 것은 아니다. 과학자들은 우주의 크기를 무수히 다양한 방법으로 측정한다. 그들은 초창기 우주에서 온 파동을 측정할 수 있는데, 이 두 가지 음향 진동은 우주 마이크로파 배경을 채우는 것이다. 그들은 또한 거리를 측정하기 위해 1A형 초신성과 같은 표준 초신성을 사용할 수 있다. 그러나 이러한 서로 다른 거리 측정 방법은 해답을 제공할 수 있다. 인플레이션이 어떻게 변하고 있는지도 미스터리다. 920억 광년의 추정치는 일정한 인플레이션율의 생각에서 나온 것이지만, 많은 과학자들은 이 비율이 느려지고 있다고 생각한다. 만약 우주가 인플레이션 중에 빛의 속도로 팽창했다면, 10^23, 즉 100조 6천억이 되어야 한다. 한 가지 측정 방법을 택하는 대신 옥스퍼드 대학의 미란 바르다니안이 이끄는 과학자 팀은 모든 결과를 통계적으로 분석하였다. 모델 자체가 데이터를 얼마나 잘 적합시키는지 묻기보다는 데이터가 주어진 모형이 얼마나 정확할지에 초점을 맞춘 베이시안 모델 평균화를 사용하는 것이다. 그들은 우주가 관측 가능한 우주보다 적어도 250배, 혹은 지름이 최소 7조 광년이라는 것을 발견했다. 2011년 이야기를 처음 보도한 MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면, "그것은 크지만, 실제로는 다른 많은 모델들에 더 엄격하게 구속된다"고 한다. 우주의 크기는 그 모양에 크게 좌우된다. 과학자들은 우주가 구처럼 닫혀 있거나, 안장처럼 무한하고 부정적으로 구부러져 있거나, 평평하고 무한할 가능성을 예측해 왔다. 유한한 우주는 측정할 수 있는 유한한 크기를 가지고 있다; 이것은 닫힌 구형 우주에서 그러할 것이다. 그러나 무한 우주에는 정의상 크기가 없다. NASA에 따르면, 과학자들은 우주가 약 0.4%의 오차범위(2013년 기준)로 평평하다는 것을 알고 있다. 그리고 그것은 우주가 얼마나 큰지에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있다. NASA는 웹사이트를 통해 "이것은 우주가 무한하다는 것을 암시한다. 하지만, 우주가 유한한 나이를 가지고 있기 때문에, 우리는 한정된 부피의 우주만 관측할 수 있다"고 말한다. "우리가 진정으로 결론을 내릴 수 있는 것은 우주가 우리가 직접 관측할 수 있는 부피보다 훨씬 크다는 것뿐입니다."