오늘날 관측우주론은 허블에 의해서 시작을 하였고, 이 후 과학기술 발전에 따라서 거대 블랙홀을 포함한 퀘이사의 발견 그리고 우주를 가득채우고 있는 우주배경복사의 발견, 중력에 의해서 빛이 휘어져 보이는 중력렌즈의 발견 등 많은 발전을 하였다. 우주의 구조와 상태를 더욱 정확히 밝히기 위해서, 팽창하고 있는 우주의 은하단, 초은하단 등 거대 구조의 생성과 진화과정을 연구하고 이를 배경으로 하여 우주 우주가 어떻게 진행 될지 예측해 볼 수 있다. 이 목표를 이루기 위해서는 다양한 관측과 이론을 통해서 시도를 해봐야하는데, 이 중 최근 가장 논란이 되었던 우주 나이와 우주 인자 에 대해서 간략히 알아보도록 하자.
과거와 미래를 우주인자
우주의 구조 및 상태를 알기 위해서는 우주 물질의 양과 은하의 운동상태에 대해 알아야 한다. 여기에 관련된 인자들을 우주인자라고 칭하며 대표적인 우주인자로는 우주의 팽창률을 나타내는 허블상수, 우주가 팽창속도의 감속량 또는 가속량을 보여주는 감속인자, 우주상수의 크기를 나타내는 우주상수, 우주 밀도를 나타내는 밀도인자, 그리고 우주의 공간적인 성질을 보여주는 우주의 곡률 등이 있다. 이와 같은 우주인자들의 값을 알면, 우주 우주의 구조와 나이 뿐만 아니라 과거와 미래 까지도 예측이 가능해 진다. 그러므로 우주인자는 관측우주론에서 가장 중요한 부분이며, 그동안 여러 방법등을 이용하여 우주인자들의 값을 측정하기 위해 노력하였고, 현재 대략적인 인자 값을 구할 수 있게 되었다. 물론 정확한 값을 구하기 위해서는 관측적으로 매우 어려운 부분이라, 관측 값의 오차를 줄이기 위한 노력중이다.
우주 나이의 문제
천제의 거리 측정 방법이 발전이 되면서 허블상수 값은 작아졌고, 이는 곧 우주의 크기는 커졌다는 것을 의미한다. 1999년에 발표된 허블상수 값은 65km/초/Mpc 이다. 이를 근거해 우주상수가 0 일때 우주팽창 나이를 구하면 120억년 정도 된다. 하지만 가장 오래된 구상성단의 나이인 약 140억년 보다 작게 되므로 부모인셈 인 우주가 자식(구성성단) 보다 작게 되는 모순이 생기게 된다.
이러한 우주나이 문제를 해결하기 위한 방법 중 한가지가 우주의 팽창나이를 늘리는 것인데, 바로 현재의 우주팽창률을 과거보다 크게 하는 것이다. 그러기 위해서는 중력의 효과를 줄여주는 척력이 필요한데, 여기에 아이슈타인이 언급한 우주상수가 필요하다. 과거에는 일반적으로 우주상수 값이 0으로 인식되어 있었지만, 최근연구 결과에 의하면 우주는 현재 가속화 되고 있고 밀도인자 또한 매우 크다고 한다. 따라서 우주 팽창나이가 우주상수가 0일때 비해 늘어나게 되므로, 우주의 나이 문제는 자연스럽게 해결된다.
우주의 운명
과거에는 우주가 팽창하는 동적인 존재라는 것을 인식하지 못하였다. 아인슈타인의 일반상대성 이론은 우주가 유한하고 정적이라는 가정하에 중력이 시공간을 휘게 한다는 이론을 내세워 우주론에 적용 시켰지만, 여기에는 오류가 있었다. 왜냐하면 유한한 은하를 가지고 정적인 우주를 엮어놓으면, 우주는 한곳으로 모여 결국 붕괴하게 될 것이다. 이런 오류를 만회하기 위해 그는 끌어당기는 중력 외에 밀어내는 척력이 동시에 작용해야 한다고 주장한다. 이를 통해 서로 밀고 잡아당기기를 반복하면서 은하들 사이에 버티는 힘이 작용하게 된다는 것이다.
결국 1920년대 말 미국의 천문학자들이 허블이 우주가 팽창하고 있음을 증명하였고, 아인슈타인은 자신의 주장을 입증하기 위해 우주상수를 넣은 것에 대한 입장을 철회하기 이른다. 이런 동적인 우주의 운명은 평균밀도가 어떤 값보다 크면 팽창을 방해하는 중력이 커지게 되므로 다시 수축하게 된다. 반대로 어떤 값보다 작게 되면 우주팽창을 막지못해 우주는 영원히 커지게 될 것이다. 이 두 시나리오의 경계가 되는 밀도는, 현재 인간의 기술로는 도저히 만들수 없는 완벽에 가까운 밀도가 된다. 예를 들어 우주에 물질이 하나도 없게 되면 밀도계수는 0이 되는데 이런 경우에는 우주가 감속할 이유가 없으므로, 일정한 속도로 영원히 팽창하게 되는 것이다. 또한 반대로 밀도계수가 1보다 크면 물질의 양이 크므로 우주는 팽창을 멈추고 다시 수축하게 된다. 오늘날 관측결과로는 밀도계수가 1에 수렴하고 있다고 얘기하고 있다. 하지만 중입자로 만들어진 천체의 평균밀도 값은 매우 미미한 수준이여서, 우주의 존재해야할 질량의 10% 채 되지 않음을 뜻한다. 결국은 암흑에너지와 암흑물질 이라는 개념이 나오게 되었고, 앞으로는 이런 연구를 통하여 개념정리를 하게 될 필요성이 보인다.
