팽창속도와 후퇴속도 차이
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공부하다가 급뇌절 현타 인지부조화 개념충돌이 발생해서 질문드립니다.
허블법칙에 의하면 거리가 먼 천체일수록 후퇴속도가 크고 따라서 적색 편이도 커집니다.(v=Hr=cz)
그리고 허블 법칙은 우주의 팽창 속도가 일정하다는 가정으로 도출합니다.
위는 지구과학1 선택자들에겐 상식이고 기초입니다.
이하는 이 글을 쓰는 계기입니다.
사고1 : 팽창속도가 일정한 우주에선 모든 천체가 모두 똑같은 속도로 멀어져야지. 왜? 그야 우주가 일정한 속도로 등속 팽창 하니깐!!!
사고 2 : 엥? 근데 허블 법칙에 의하면 거리가 멀어질수록 후퇴속도는 증가하고 이는 등속팽창 우주를 가정한 결론인데??
즉 우주팽창 속도는 그대로 일정하고, 천체의 후퇴속도는 거리가 멀어질수록 증가한다는 결론이 나옵니다.
이것이 성립하려면 팽창속도와 후퇴속도는 아예서로 다른 값이어야 가능한일이죠.
이 두 물리량은 어떻게 무엇이 다른 것이죠?
우주는 일정한 속도로 커지는데 왜 천체는 지들끼리 멀어질수록 빨리 멀어지나요?
그럼 이 식 v=Hr=cz의 속도의 정체가 무엇인가요?
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우주는 가속팽창 아닌가요?
V=HR인데 R이 계속 커지니까..
허블상수가 일정하다면 등속팽창하게 됩니다.
하지만 가속팽창이 관측되므로 허블상수가 변수가 되거나 다른 원인이 있어야 하는데, 과학자들은 그 원인에 대한 잠재적 해답으로 암흑 에너지 개념을 도입한 것입니다.
암흑 에너지는 가상의 에너지 개념입니다.
선생님. 죄송하지만 등속팽창하는 경우에도 허블상수는 감소하게 되어 있습니다. 이는 가속 팽창(암흑 에너지 0.7, 암흑 물질 0.3)의 경우도 마찬가지입니다. 이는 '등속 팽창'의 의미가 1Mpc당 팽창 속도가 일정하다는 개념이 아니라, 우주의 반지름을 상정하였을 때 그 반지름이 일정한 속도로 커짐(즉, 어떤 척도 인자가 일정한 속도로 커짐)을 의미하기 때문입니다. 이는 시간-우주의 크기 그래프에서 등속 팽창 우주(=관성 우주)의 그래프가 일정한 기울기로 그려짐을 통해 알 수 있습니다. 이렇게 우주의 반지름이 일정한 속도로 커지게 되면, 1Mpc 당 팽창 속도는 시간이 흐를수록 감소해야하므로 허블 상수가 감소합니다. 이 다음부터는 저의 개인적인 의견인데요. 전공서에서 등속 팽창 우주에 대해 종종 '허블 상수가 일정하다고 가정' 이라는 표현이 쓰여서 저도 여기저기 찾아보았으나, 그러한 문장의 경우, '지금 현재 우리' 에게서 관측되는, 허블 흐름을 나타내는 은하들 중 비교적 가까운 은하들 사이에서 나타나는 허블 상수가 아주 먼 은하까지도 나타나는 경우를 의미하는 것으로 판단되며, 이런 경우는 광자 밀도의 감소 등 부수적인 효과를 무시하였을 때 우주의 팽창 속도(=우주의 반지름이 커지는 속도)가 일정해야만 가능하기 때문에 그러한 표현을 쓰는 것으로 보입니다.
닥마님의 의견 존중합니다.
그래서 저는 글의 서두에 "허블상수가 일정하다면"이라는 조건을 제시하여 댓글을 쓰기 시작했죠.
말씀하신 것과 같이 우주는 등속팽창하는 과정에서 전체 크기의 팽창은 점점 둔화됨을 여러 서적을 통해 확인할 수 있습니다. 그래서 가속팽창 현상이 밝혀지기 전 1a형 초신성의 겉보기 밝기도 과학자들이 팽창 속도의 감소를 염두에 두고 예측했던 결과구요.
하지만 우리가 배우는 우주 팽창에 대한 요소를 대학교 내지 대학원 수준으로 우리가 정확히 알고 있지않아도 되지않을까요??
수능탐구영역으로 지구1을 매끄럽게 풀 수 있는 수준으로 공부할 수 있도록 가벼운 제안으로 "허블상수가 일정하다면"이라는 조건으로 시작한 문장이었습니다. 이를 우주론적 팽창으로 개념을 확장하셔서 이 설명은 틀립니다라고 부정하신다면 저는 더이상 질문에 대한 댓글을 가볍게 달 수 없습니다.
허블의 법칙은 거리에 따른 팽창에 관한 법칙입니다.
현재 허블 상수는 69km/s/Mpc입니다.
이는 1Mpc당 팽창속도가 69km/s로 같다는 이야기입니다.
하지만 거리가 먼 천체가 있다면 거리당 팽창속도(허블상수)에 의해 팽창속도는 카지게 됩니다.
그래서 멀 수록 팽창속도가 커진다는 이야기입니다.
도움이 되셨으면 좋겠습니다.