빅뱅 이론의 경우 탄탄한 과학적 증거에 의해지지를 받으며, 그 기본 개념 은 이미 과학적으로 옳다고 판명되었다.
그러나 모든 과학의 주요 이론들처럼 많은 세부적인 부분이 아직 증명되지 않았고 또한 아직도 많은 질문들에 대한 대답이 부족하다.
아직도 밝혀지지 않은 수많은 중요한 문제들은 과학자들로 하여금 그 답을 찾게 하고 새로운 발견을 하게 하여 궁극적으로 우주를 이해하기 위해 노력하도록 만든다.
빅뱅 이론에서는 우주의 시작을 어떻게 설명하는가?
빅뱅 이론은 빅뱅이 일어난 이유에 대해서 설명하지 않는다.
현재로서 가장 잘 설정된 가설은 우주가 '양자 거품에서 시작되었다는 것이다.
양자 거품이란 무정형의 빈 공간으로써, 원자보다 훨씬 작은 물질의 거품이 1조 의 1조의 1조 분의 1초보다 더 짧은 순간에 나타났다 사라지기를 되풀이하고 있었다.
오늘날의 우주 안에서도 이러한 양자 요동이 계속된다고 생각하지만 이것은 아주 순식간에 일어나기 때문에 우주에 어떤 영향도 끼치지 않는다. 그러나 만약 137억 년 전에 어떤 특별한 양자 요동이 일어났다가 사라지지 않았고, 갑자기 거대하고 폭발적인 팽창을 하였다면 오늘날 우주와 같은 것이 생성되었을 수 있다고 보고 있다.
최근에 제안된 또 다른 가설은, 우주가 4차원 시공간으로 두 개의 5차원 구조의 교차점에 존재하는 하는 일종이라는 것이다.
두 개의 비 거품이 서로 맞닿아 붙은 상태를 생각해 보라.
거품이 교차하는 면은 두 개의 3차원 구조 사이의 2차원 면이다. 막 70 mme 가설이 옳다면 빅뱅이라는 사건 은 두 개의 막이 서로 접촉하는 순간을 의미한다. 그러나 이러한 가설들 어느 것도 지금까지 실험이나 관측을 통해 확증된 바가 없다.
빅뱅 이전엔 무엇이 있었나?
과학적으로 빅뱅 이전에 무엇이 있었는지 묻는 것은 불가능하다.
왜냐하면 빅뱅이 일어나기 전에는 시간 자체가 존재하지 않았기 때문이다.
그것은 마치 북극점에서 더 이상 북쪽이 없는 것과 같다. 지구가 북쪽으로 더 이상 연 장되지 않는 것과 마찬가지로, 최초의 순간에 '이전'이란 없는 것이다. 그러나 만약 막 이론이나 끈 이론에 따라 하나 막 이론이나 끈 이론에 따라, 이상의 우주가 존재한다고 상정할 수 있다면,
우리의 우주 이전에 다른 차원의 공간과 시간으로 이루어진 다른 우주가 존재했을 수도 있게 된다.
빅뱅의 초기 순간을 통해 얼마나 정확하게 우주의 모든 현상을 추적할 수 있는가?
빅뱅이라는 사건은 우주의 특이점으로, 현재의 물리학 법칙으로는 당시에 무엇이 일어났는지 설명할 수 없다.
이 의미인즉 우주의 거동은 빅뱅 이후의 시간(물리학 법칙이 처음 적용되기 시작한 때)까지만 추적이 가능하다는 것이다.
우주를 기술하는 두 가지 이론, 즉 일반상대성이론과 양자역학에 의해 설명되는 최소한의 크기와 시간 범위를 결합함으로써 과학자들은 우주의 거동을 빅병 이후 10~9초 직후까지 추론하는 것이 가능해졌다.
이 시간은 1 조 X 1 조 x1 조 x 1000만 분의 1초보다 작은 시간이다.
우주 역사의 알 수 없는가?
초기 기간을 플랑크 시간이라 부르는데, 독일의 물리학자이자 양자역학의 선구 자인 막스 플랑크의 이름을 딴 것이다. 플랑크 시간에서의 우주의 크기는 얼마나 되었나?
플랑크 시간에서 우주의 크기는 대략 플랑크 시간 동안 빛이 이동할 수 있는 거리다.
따라서 플랑크 시간에서 우주의 지름은 10-85m가 된다. 이 길이 역시 플랑크의 이름을 따 플랑크 길이라고 부른다.
플랑크 시간에서 우주 질량과 밀도는 얼마나 되었나?
플랑크 시간과 플랑크 길이를 유도한 것과 같은 근거로, 플랑크 시간에서 우주의 질량과 밀도를 추정하는 것 역시 가능하다.
플랑크 질량에서 빅뱅으로부터 10-43초 후의 우주 질량을 빼면 약 1000분 의 1mg이 된다는 것이 밝혀졌다.
지구의 기준에서 보면 별로 크지 않아 보인다.
하지만 이 질량 값은 몇십억 의 10억의 또 10억 분의 1 단위의 원자핵 지름을 가진 부피에 포함된다는 것을 기억하라.
그러므로 최초의 우주 밀도는 물의 밀도에 109배 정도가 된다. 오늘날 알려진 천체 중 가장 밀도가 높다는 블랙홀을 포함한 그 어떤 것도 이 밀도 값에 미치지 못한다.
이러한 농축된 에너지는 현재의 우주에서 우리가 거의 상상할 수도 없는 방법으로 초기 우주 안의 거의 모든 것에 반영되었다 것이다.
빅뱅 이후 우주는 같은 비율로 팽창해 왔다?
빅뱅 이론의 공식은 최근에 천문학자들이 얻은 관측 증거와 마찬가지로 우 주가 항상 같은 속도로 팽창하지 않는다는 것을 입증한다.
플랑크 시간 바로 직후에 우주는 급팽창 기간으로 진입했으며 우주의 지름은 최소한 10억의 100억 배로 증가했다.
이를 급팽창 이론이라고 부른다.
우주의 팽창 속도는 급팽창 기간이 끝난 한참 후에야 아주 천천히 감소하여 거의 일정한 속도를 가지게 되었다.
그러다가 약 10억 년 전부터 팽창 속도가 다시 증가했다.
현재 우주는 느리지만 확실히 가속 팽창하고 있다.
즉, 오늘날 우리는 가속 팽창하는 우주에서 살고 있다.
물질은 언제 어떻게 처음으로 형성되었는가?
플랑크 시간 이후, 우주는 급속히 팽창했고, 그 팽창한 부피를 채우기 위해 모든 에너지가 밖으로 뻗어나갔다.
결과적으로, 우주는 온도가 떨어지기 시작했다.
빅뱅 이후 100만 분의 1초가 지났을 때, 우주의 온도는 아직도 10조 도를 넘었다.
그러나 아마 에너지의 밀도는 물질의 아원 자 입자들이 짧은 시간 동안 물질 상태와 에너지 상태를 오갈 수 있을 정도로 떨어지게 되었을 것이다.