우주는 무엇으로 만들어 졌습니까?

집의 질량과 그 내용물을 결정한다고 상상해보십시오. 집을 집어 들고 거대한 규모로 설정합니다. 논쟁을 위해 질량을 100,000 파운드 (45,359 킬로그램)로 측정한다고 가정 해 보겠습니다. 이제 집의 각 항목이 총 질량에 기여하는 것을보고 싶다고 상상해보십시오. 한 번에 하나의 항목을 제거하고 저울에 놓습니다. 질량을 측정하기 위해 모든 공기를 제거하기도합니다. 이제 집의 바닥, 벽, 지붕을 포함한 개별 물체의 질량이 최대 5,000 파운드 (2,268kg)가된다고 가정 해 보겠습니다. 당신은 어떻게 생각하십니까? 대중의 불일치를 어떻게 설명 하시겠습니까? 집에 보이지 않는 재료가있어 구조물을 더 무겁게 만드는 것이라고 결론을 내리시겠습니까?

지난 40 년 동안 이것은 천문학 자들이 우주의 구성 요소를 결정하려고 시도하면서 직면 한 딜레마와 정확히 일치합니다. 그 전에 그들은 우주에 정상적인 물질이 포함되어 있다고 생각했습니다. 우주를 스캔하면 이런 종류의 것들이 분명해 보입니다. 각각 수십억 개의 별들로 가득 찬 수십억 개의 은하 들이 있습니다. 일부 별, 행성 및 위성 주변에서 타원 궤도를 추적합니다. 그리고 그 큰 구형 물체 사이에는 거대한 소행성에서 바위 크기의 유성체, 먼지보다 크지 않은 작은 입자에 이르기까지 크기가 불규칙한 모양의 물체가 놓여 있습니다. 천문학 자들은이 모든 물질을 중압 물질 로 분류하고 , 그들 (그리고 우리)은 그것의 가장 기본적인 단위를 원자로 알고 있습니다., 그 자체는 양성자, 중성자 및 전자와 같은 더 작은 아 원자 입자로 구성됩니다. (단순화를 위해 렙톤과 쿼크는 제외합니다.)

1970 년대부터 천문학 자들은 눈에 보이는 것보다 우주에 더 많은 것이 있다고 의심하게 만드는 증거를 수집하기 시작했습니다. 가장 큰 단서 중 하나는 과학자들이 은하의 질량을 결정하려고 할 때 나왔습니다. 그들은 은하의 바깥 쪽 가장자리를 공전하는 구름의 가속도를 측정하여이를 수행했으며,이를 통해 가속을 유발하는 데 필요한 질량을 계산할 수있었습니다. 그들이 발견 한 것은 놀랍습니다. 은하 구름의 궤도 가속 뒤에있는 질량은 당신이 볼 수있는 물질 (별과 가스)의 질량보다 5 배 더 컸습니다. 그들은 은하를 둘러싼 보이지 않는 물질이 있어야한다고 결론을 내 렸습니다. 그들은 1930 년대 스위스 천문학 자 프리츠 즈 위키가 처음 사용한 용어를 빌려이 물질을 암흑 물질 이라고 불렀습니다 .

20 년 후, 과학자들은 Ia 형 초신성 ( 모두 고유 한 밝기를 가진 죽어가는 별)이 우리 은하에서 예상했던 것보다 더 멀리 떨어져 있음을 발견했습니다. 이 관찰을 설명하기 위해 그들은 우주의 팽창이 실제로 가속화되거나 가속화되고 있다고 제안했습니다. 암흑 물질에 내재 된 중력이 그러한 팽창을 막을만큼 충분히 강 했어야했기 때문에 이것은 당혹 스러웠습니다. 반 중력 효과가있는 다른 물질이 우주의 급속한 팽창을 일으켰습니까? 천문학 자들은 그렇게 믿었고이 물질을 암흑 에너지 라고 불렀습니다 .

10 년 동안 우주 학자와 이론 물리학 자들은 암흑 물질과 암흑 에너지의 존재에 대해 토론했습니다. 그런 다음 2001 년 6 월 NASA는 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 또는 WMAP를 출시했습니다 . 이 우주선의 도구는 우주 마이크로파 배경에 대해 가장 상세한 사진을 찍었습니다. 이를 통해 천문학 자들은 우주의 밀도와 구성을 매우 정확하게 측정 할 수있었습니다. WMAP가 결정한 것은 다음과 같습니다. Baryonic 물질은 우주의 미묘한 4.6 %를 구성합니다. 암흑 물질이 23 %를 차지합니다. 그리고 암흑 에너지가 나머지를 구성합니다. 무려 72 %입니다 [출처 : NASA / WMAP ]!

물론 우주 빌딩 블록의 상대적인 비율을 측정하는 것은 시작에 불과합니다. 이제 과학자들은 암흑 물질의 가능성이있는 후보를 식별하기를 희망하고 있습니다. 그들은 갈색 왜성을 그럴듯한 후보로 간주합니다. 이 별과 같은 물체는 빛나지는 않지만 근처 물체에 영향을 미치는 강렬한 중력은 존재와 위치에 대한 단서를 제공합니다. 초 거대 질량 블랙홀은 우주의 암흑 물질을 설명 할 수도 있습니다. 천문학 자들은이 우주 싱크 홀이 먼 퀘이사에 동력을 공급할 수 있다고 추측합니다.상상했던 것보다 훨씬 더 풍부 할 수 있습니다. 마지막으로, 암흑 물질은 아직 설명되지 않은 입자 유형으로 구성 될 수 있습니다. 이 작은 물질 조각은 원자의 깊숙한 곳에 존재할 수 있으며 대형 강 입자 충돌기와 같은 세계의 슈퍼 충돌기 중 하나에서 식별 될 수 있습니다.

이 미스터리를 해결하는 것은 과학의 최우선 과제 중 하나입니다. 그 해결책이 나올 때까지 우리는 몇 년 동안 무게를 재기 위해 노력해온 집이 우리가 예상했던 것보다 무겁고 이해를 넘어서는 더 문제가된다는 겸손한 생각으로 살아야합니다.

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