올베르스의 역설은 1823년 독일의 천문학자 올베르스에 의해 제시되었고 1826년에 수정되었습니다. 올베르스의 역설은 우주가 안정되고 무한하다면, 밤은 어둠이 아니라 빛이어야 한다는 것을 의미합니다. 이 역설은 우주가 정적이지 않다는 것을 확인시켜주는 빅뱅 이론을 지지하는 증거 중 하나입니다. 올베르스의 역설은 어두운 밤하늘 역설 또는 광도 역설이라고도 합니다.

     

    이론

    1826년 독일의 천문학자 올베르스는 정적이고 균일하며 무한한 우주 모델이 다음과 같은 결론으로 ​​이어질 것이라고 지적했습니다. 실제 밤은 낮처럼 밝지만 우리가 보는 밤하늘은 어둡습니다. 이론과 관찰 사이의 이러한 모순을 올베르스의 역설이라고 합니다. 천체 사이에 빛을 흡수하는 물질을 사용하여 올베르스의 역설을 해결하는 것은 어렵습니다. 팽창하는 우주의 현대적 모델에서는 올베르스의 역설이 존재하지 않습니다. 이러한 모순은 관측과 이론의 연결이라는 관점에서 우주의 거대성을 고려할 때 제기된 것입니다.

     

    정적인 우주의 개념은 너무나 강력해서, 중력 이론이 우주를 정적인 것으로 불가능하게 만든다는 것을 깨달은 과학자들은 우주가 팽창하고 있다고 제안한 것이 아니라 그들의 이론을 수정하려고 시도했습니다. 1915년에 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표했을 때조차도 그는 우주가 정적이라고 확신했습니다. 따라서 그는 이를 수정하기 위해 방정식에 소위 '우주 상수'를 도입해야 했습니다. 그는 시공간 구조에 수동적이고 고유한 '반중력'을 도입했습니다. 아인슈타인은 공간과 시간의 팽창하는 추세가 우주의 다양한 물질의 상호 인력의 균형을 맞출 수 있으며 그 결과는 정적 우주라고 주장했습니다. 이 이론은 나중에 아인슈타인에 의해 "그의 인생에서 가장 용서할 수 없는 실수"라고 불렸습니다.

     

    무한정 정적 우주에 대한 첫 번째 공격은 독일 철학자 올베르스에 의해 시작됐습니다. 1823년에 그는 유명한 올베르스의 역설을 제시했습니다. 그는 우주가 무한정 정지하고 균일하다면 관찰자의 모든 시선의 끝은 별에서 끝나야 한다고 지적했습니다. 밤에도 하늘 전체가 태양처럼 밝을 것이라고 상상하는 것은 어렵지 않습니다. 누군가는 반박을 내놓았습니다. 먼 별의 빛은 통과하는 물질에 의해 흡수되고 약해진다는 반박이었습니다. 사실, 이 겉보기에는 합당한 논박은 빛을 흡수하는 물질이 결국 별만큼 강한 빛을 방출하도록 가열될 것이기 때문에 지지될 수 없습니다. 무한한 정적 우주에서 밤하늘이 낮처럼 밝아지는 것을 막을 수 있는 상황은 단 한 가지, 즉 별이 오래전에 무한히 빛나기 시작하지 않는 상황이 있습니다. 이 경우 빛이 통과하는 물질은 아직 가열되지 않았거나, 먼 별에서 오는 빛이 아직 지구에 도달하지 않았을 것입니다.

     

    논쟁

    1781년 철학자 임마누엘 칸트는 자신의 책에서 깊은 우주의 시간에 시작이 있는지, 공간의 제한이 있는지의 여부의 문제를 분석했습니다. 우주에 시작이 없다면 어떤 사건이 일어나기 전에 무한한 시간이 있어야 한다는 것은 말도 안 되는 일이고, 우주에 시작이 있다면 우주가 시작되기 전의 시간은 몇 시인가하는 모순에 빠졌습니다. 칸트는 찬반 양론에 대한 설득력 있는 주장이 있다고 믿습니다. 사실 그의 주장은 우주가 무한한 시간 동안 존재했는지 여부와 상관없이 시간은 무한히 돌아갈 수 있다는 암묵적인 가정에 기반을 두고 있습니다. 그러나 이후 논의될 빅뱅 이론은 사람들로 하여금 우주가 시작되기 전의 시간 개념은 무의미하다는 것을 이해하게 만들었습니다.

     

    가설

    우주가 안정적이고 무한하며 고르게 분포된 광성이 셀 수 없이 많다면, 하늘 어디를 보아도 별의 표면이 보여야 하고 별 사이에 어두운 위치가 없어야 합니다. 더 정확한 진술은 우주가 안정적이고 무한하며 시공이 평평하고 동일한 발광 물체가 고르게 분포되어 있으면, 발광 물체의 조도는 거리의 제곱에 반비례하고 빛의 휘도는 거리의 제곱에 반비례한다는 것입니다. 일정한 거리에 있는 우주 단면적은 거리의 제곱에 비례하므로 모든 발광체의 조도의 적분은 수렴하지 않으며 밤하늘은 무한히 밝아야 합니다.

     

    설명

    두 가지 가정으로 올베르스의 역설을 설명할 수 있습니다. 우주의 나이는 유한하고 별빛의 세기도 유한하다는 것입니다. 정상우주론 모델에서는 우주는 무한히 늙고 우주는 무한하지만 밤하늘은 여전히 ​​어둡다고 추론합니다.

     

    우주의 나이는 유한하다

    이 설명은 유한한 속력의 빛이 우주의 공간을 여행하는 것은 본질적으로 모순됨을 지적하고, 우리가 먼 공간을 들여다볼 때 우리는 결국 유한한 시대의 우주를 관찰할 수 있을 뿐이라는 것입니다. 아이러니하게도 시인 에드거 앨런 포의 산문시에서도 같은 설명이 나옵니다. "광활한 우주공간에 별이 존재할 수 없는 공간이 따로 있을 수는 없으므로, 우주공간의 대부분이 비어 있는 것처럼 보이는 것은 천체로부터 방출된 빛이 우리에게 도달하지 않았기 때문이다."

     

    적색편이

    우주의 유한한 나이가 제공하는 별빛이 하늘을 밝히는 데 사용되면 또 다른 질문이 생깁니다. 왜 우리는 빅뱅을 볼 수 없습니까? 그 이유는 빅뱅 자체의 복사가 우주의 팽창으로 인해 마이크로파의 파장으로 적색 편이되어 우주의 마이크로파 배경 복사가 되기 때문입니다. 우주의 팽창은 또한 관측 가능한 우주의 크기를 제한하는데, 이는 이 영역 밖의 빛이 우리가 있는 곳에 도달할 수 없다는 것을 의미하며, 이는 광학 효과 아래 유한한 우주를 만듭니다.

     

    다른 설명

    누군가는 우주가 투명하지 않다는 또 다른 설명을 제안하기도 했습니다. 올베르스는 별빛이 제한된 시간 동안 일정 거리만 이동할 수 있기 때문에 모든 별빛은 지구에 도달할 수 없다고 설명했습니다. 그러나 이것은 열역학 제1법칙 에 따라 에너지가 보존되어야 하므로 중간 장벽이 가열되어 복사를 방출하기 시작하여 하늘에 균일한 복사가 발생하고 온도가 동일해야 하기 때문에 문제가 해결되지 않습니다. 빛이 나는 신체 표면의 온도, 즉 하늘은 별처럼 밝지만 이러한 현상은 실제로 관찰되지 않습니다. 케플러는 올베르스의 역설이 우주가 유한하거나 최소한 유한한 수의 별이라는 것을 증명했다고 믿었습니다.

     

    프랙탈 과학의 권위자인 만델브로트는 빅뱅 이론에 근거할 필요가 없는 또 다른 설명을 제안했습니다. 그는 별이 칸테 먼지와 같이 우주에 프랙탈 방식으로 분포되어 있으면 빅뱅 이론을 사용하지 않고도 올베르스의 역설을 설명할 수 있다고 지적했습니다. 그러나 그의 이론은 밤의 어둠의 문제를 설명하는 것보다 프랙탈 이론을 입증하는 데 사용되며 별이 프랙탈 패턴으로 분포되어 있다는 천체 관측의 증거는 없습니다.

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