우주의 끝은 있는가?

우주의 끝은 있는가?

우주는 빅뱅 이후 지금까지 138억년 동안 존재해 왔습니다. 그 기간이 길어 보일 수 있지만, 우주가 얼마나 오래 존재할지에 비하면 아직 젊습니다.

이상하게 들릴지 모르지만, 우주는 언젠가는 끝이 날 것 심니다. 지금부터 수조년이 지나면 별 자체가 타서 중성자 별, 백색 왜성, 블랙홀과 같은 별의 잔해를 남길 것 심니다. 마지막 별이 타버린 후 수조년 지나면, 우주는 끝없는 방사선의 바다 외에는 아무것도 없을 때까지 서서히 붕괴할 것입니다.

그럼 우주의 끝은 언제 어떻게 일어나는가요?
https://youtu.be/VVw7QiwmnT8

1. 항성 시대.
대부분의 별들은 모두 항성 시대에 형성 되었습니다. 항성 시대는 별이 형성 되는 기간입니다. 이 시대는 빅뱅 이후 약 100만년 후에 시작되었고 앞으로 100조년 정도 계속될 것입니다.

100조년이 긴 시간처럼 보이지만 항성시대는 우주에서는 긴 시간은 아닙니다. 항성시대는 우주 전체에 걸쳐 별의 생성이 일어나는 시점에서 별의 생성이 멈추는 시점 입니다.

별 형성이 완전히 중단된다는 것이 이상하게 보일 수 있지만, 우주에는 수소가 한정되어 있어 불가피합니다. 별이 수소로 형성되고 진화함에 따라 더 무거운 원소를 만듭니다. 결국 사용 가능한 모든 수소는 더 무거운 원소로 융합될 것 심니다. 나중에는 별 형성이 점진적으로 느려진 다음 멈추게 됩니다. 무거운 별은 질량이 작은 별보다 더 높은 온도에서 수소를 더 빨리 융합하기 때문에 먼저 반응 합니다.

그들은 중성자 별, 펄서, 블랙홀과 같은 많은 별의 잔해를 남길 것입니다. 질량이 큰 별이 초신성 폭발을 일으키면, 훨씬 더 어둡고 질량이 낮은 별만 남게 됩니다.

다음은 태양과 같은 중간 크기의 별이 될 것입니다. 중간 크기의 별들은 수소 융합 속도가 느려, 다른 모든 별이 타버린 후에도 수조년 동안 계속해서 빛날 적색 왜성일 될것 심니다. 결국 그들 역시 우주의 마지막 별이 소멸할 때까지 타버릴 것입니다.

약 100조년이 지나면 우리가 볼수있는 우주는 더 이상 존재하지 않을 것심니다. 대신 별의 잔해는 계속해서 빛을 제공할 것이며, 행성은 일부 중성자별과 백색 왜성 주위에 여전히 존재할 것 심니다. 별 주위를 공전하지 않는 불량 행성은 별이 없는 텅 빈 우주를 표류할 것입니다.

마지막 별이 타버리기 전에 우주의 대부분의 은하들은 서로 너무 멀리 떨어져 있어 은하에서 다른 은하를 관찰하는 것은 불가능할 것입니다. 우주는 팽창하고 있으며 그 크기는 지속적으로 증가하고 있기 때문입니다. 암흑 에너지로 인해 우주는 팽창 속도가 계속 빨라지고 있습니다. 물질이 점점 더 멀리 밀려날수록 중력은 약해지고 공간은 더 빨리 가속됩니다. 결국 대부분의 물체는 우주 지평선이라고 불리는 곳을 통과할 것입니다. 너무 멀리 떨어져 있어 빛이 서로 도달하지 못할 것입니다. 가장 가까운 은하조차도 우주 지평선 너머에 있을 때까지 점차 줄어들 것입니다. 우주는 여전히 수십억 개의 별과 은하가 있을 것이지만, 은하 외부의 어떤 것도 관찰하는 것은 불가능할 것입니다.  

2. 퇴보 시대.
별의 시대는 이후의 시대와 비교할 때 우주 역사상 가장 짧은 기간 입니다. 마지막 별이 다 타버리고 나면 남는 것은 별의 잔해뿐 입니다. 여기에는 백색 왜성, 중성자 별, 펄서, 블랙홀이 있습니다. 일부 행성이 항성 시대를 지나서 살아 남을 수도 있습니다. 과학자들은 중성자별 주위를 공전하는 행성을 발견 했습니다. 일부 행성은 별이 죽어도 살아남을 수 있습니다. 어느 쪽이든 일부 행성은 마지막 별이 타버린 후에도 오랫동안 별의 잔해 주위를 공전할 것입니다. 이 행성들 중 일부가 상당한 양의 내부 열을 있다면 지하에 액체 상태의 물이 있을 수도 있습니다. 우주에서 생명체가 존재할 수 있는 마지막 장소일지도 모릅니다.

하지만 결국에는 별의 잔재도 더 이상 존재하지 않게 될 것입니다. 우주 역사에서 이 시대를 퇴보 시대라고 합니다. 아마도 수백조년 동안 지속될 것입니다. 수명은 상상할 수 없을 정도로 길지만 백색 왜성, 중성자 별, 블랙홀과 같은 것조차 존재하지 않게 될 것입니다.

3. 블랙홀 시대.
블랙홀은 시간이 지남에 따라 천천히 줄어들고 먼 미래에 존재하지 않을 것 입니다. 호킹은 모든 블랙홀이 호킹 방사선이라는 방사선의 흐름을 방출한다고 했습니다. 블랙홀이 방출하는 호킹 복사량은 블랙홀의 표면적과 관련이 있습니다. 블랙홀이 클수록 호킹 복사의 양이 적습니다. 따라서 블랙홀이 클수록 질량을 잃고 수축하는 데 더 오래 걸립니다.

가장 큰 블랙홀이 줄어들고 사라지려면 수조년이 걸릴 것이지만 언젠가는 일어날 것입니다. 마지막 블랙홀이 더 이상 존재하지 않을 때 우주에 남을 것이라고는 무한히 정처없이 표류하는 입자와 방사선뿐 입니다.

블랙홀 시대의 끝은 암흑 시대를 열 것입니다. 이 시대가 지속되는 기간은 양성자가 붕괴되는 시기에 달려 있습니다.

마지막 양성자는 결국 더 작은 입자, 파이온과 양전자로 붕괴될 것입니다. 언젠가는 이러한 입자도 존재하지 않을 것입니다. 모든 입자가 붕괴되면 우주는 종말을 맞게 됩니다. 남는 것은 끝없는 텅 빈 공간의 바다뿐 입니다.