What is the universe expanding into? - Sajan Saini

번역: Kevin Park 검토: JY Kang

The universe began its cosmic life in a big bang

우주는 빅뱅으로 인해 탄생했습니다.

nearly fourteen billion years ago,

약 140억 년 전의 이 사건 이후로

and has been expanding ever since.

우주는 계속 팽창해왔죠.

But what is it expanding into?

그런데 우주는 어디로 팽창하고 있는 걸까요?

That's a complicated question.

이것은 꽤 복잡한 질문입니다.

Here's why:

그 이유를 말씀드리죠.

일반 상대성 이론의 아인슈타인 방정식에 따르면

Einstein's equations of general relativity

describe space and time as a kind of inter-connected

공간과 시간이 상호 연결되어

fabric for the universe.

우주를 구성하고 있습니다.

This means that what we know of as space and time

이것은 우리가 알고 있는 시공간이

그저 우주의 일부로 존재할 뿐 그 범위를 넘을 수 없음을 의미합니다.

exist only as part of the universe and not beyond it.

Now, when everyday objects expand, they move out

일상의 물체들이 팽창할 때는

보다 넓은 공간을 차지하며 이동합니다.

into more space.

But if there is no such thing as space to expand into,

하지만 팽창할 공간이 없다면

what does expanding even mean?

팽창은 무엇을 의미하는 것일까요?

In 1929 Edwin Hubble's astronomy observations

1929년 에드윈 허블은 천체 관측을 통해서

gave us a definitive answer.

그에 대한 확실한 답을 찾아냈습니다.

His survey of the night sky found all faraway galaxies

밤하늘을 관측하던 그는

먼 곳의 은하계들이 지구로부터 멀어지고 있음을 발견했습니다.

recede, or move away, from the Earth.

Moreover, the further the galaxy, the faster it recedes.

게다가 멀리 있는 은하일수록 더 빨리 멀어지고 있음을 알았죠.

How can we interpret this?

이것을 어떻게 설명해야 할까요?

Consider a loaf of raisin bread rising in the oven.

오븐 안에서 부풀어 오르고 있는 건포도 빵 한 덩어리를 생각해 봅시다.

The batter rises by the same amount in between each

반죽은 모든 건포도들 사이에서 동일한 양으로 부풀어 오릅니다.

and every raisin.

If we think of raisins as a stand-in for galaxies,

만약 건포도를 은하로 생각하고

and batter as the space between them,

반죽을 그 사이의 공간이라 한다면

we can imagine that the stretching or expansion

은하간 공간이 퍼지고 팽창함으로써

of intergalactic space will make the galaxies recede from each other,

은하들이 서로 멀어진다고 생각할 수 있습니다.

and for any galaxy, its faraway neighbors will recede a larger

그리고 어떤 은하에서 보더라도

그 가까이 있는 은하보다 멀리 있는 은하일수록

distance than the nearby ones

같은 시간에 더 많이 멀어진다고 상상할 수 있죠.

in the same amount of time.

Sure enough, the equations of general relativity predict a cosmic

물론, 일반 상대성 방정식은

우주에서 중력과 팽창 사이의 줄다리기가 일어난다고 예측합니다.

tug-of-war between gravity and expansion.

It's only in the dark void between galaxies where expansion wins out,

은하 사이의 어두운 빈 공간은

팽창이 줄다리기를 이기면서 공간이 늘어났기 때문입니다.

and space stretches.

So there's our answer.

답이 나왔네요.

The universe is expanding unto itself.

우주는 그 자체가 팽창하고 있습니다.

That said, cosmologists are pushing the limits of mathematical models

즉, 우주학자들은 수학적 모델을 그 한계까지 끌어올림으로써

to speculate on what, if anything, exists beyond our spacetime.

우리의 시공간 너머에 무엇이 존재하는지 추측합니다.

These aren't wild guesses, but hypotheses that tackle

이것들은 무모한 추측이 아니라

빅뱅이라는 과학적 이론이 갖는 오류를 해결하기 위한 가설이죠.

kinks in the scientific theory of the Big Bang.

The Big Bang predicts matter to be distributed evenly across the universe,

빅뱅 이론은 희박한 가스 형태의 물질이 우주에 고르게 분포한다고 추측합니다.

as a sparse gas --but then, how did galaxies and stars come to be?

그렇다면 은하와 별들은 어떻게 생겨났을까요?

The inflationary model describes a brief era

급팽창 모델은

우주가 단시간에 급속도로 팽창했다고 설명합니다.

of incredibly rapid expansion

that relates quantum fluctuations in the energy of the early universe,

그때 초기 우주가 가진 에너지의 양자 요동으로 인해

to the formation of clumps of gas that eventually led to galaxies.

기체 덩어리가 형성되고 결국 은하계 형성에 관여했죠.

If we accept this paradigm, it may also imply our universe represents

이러한 변환 과정을 인정한다면

이는 또한 우리가 속한 우주가

one region in a greater cosmic reality that undergoes endless, eternal inflation.

끝없이 팽창하는 큰 우주의 일부임을 의미하는 걸지도 모릅니다.

We know nothing of this speculative inflating reality,

이런 추측에 기반한 팽창 상황에 대해서는 아무것도 알지 못하지만

save for the mathematical prediction that its endless expansion

단지 수학적 모델을 통해서

불안정한 양자 에너지 상태로 인해 무한한 팽창이 일어난다고 추측합니다.

may be driven by an unstable quantum energy state.

In many local regions, however, the energy may settle by random

그러나 여러 국지적 영역에서

무작위로 에너지 상태가 안정되어 팽창이 멈추고 거품 우주가 형성됩니다.

chance into a stable state, stopping inflation and forming bubble universes.

Each bubble universe —ours being one of them

그 각각의 거품 우주에는 우리 우주도 포함되어 있고

—would be described by its own Big Bang and laws of physics.

저마다의 빅뱅과 물리 법칙으로 설명될 수 있을 것입니다.

Our universe would be part of a greater multiverse,

우리 우주는 더 거대한 다중우주의 일부일 수도 있고

in which the fantastic rate of eternal inflation makes it impossible

그 안에서는 엄청난 속도로 무한한 팽창이 일어나기 때문에

다른 우주를 만나는 것은 거의 불가능합니다.

for us to encounter a neighbor universe.

The Big Bang also predicts that in the early, hot universe, our fundamental forces

빅뱅 이론은 또한 초기의 뜨거운 우주에서는

기본적인 물리력들이 하나의 초월적 힘으로 통합된다고 추측합니다.

may unify into one super-force.

Mathematical string theories suggest descriptions of this unification,

수학적 끈 이론은 이런 통합에 대한 설명과 함께

in addition to a fundamental structure for sub-atomic quarks and electrons.

아원자 쿼크와 전자의 기본 구조를 설명합니다.

In these proposed models, vibrating strings are the building blocks of the universe.

이런 모델에서는 진동하는 끈이 우주의 구성 요소가 되죠.

Competing models for strings have now been consolidated into a unified description,

이런 끈에 대한 여러 모델들이 이제는 하나의 설명으로 통합되었으며

and suggest these structures may interact with massive, higher dimensional surfaces called branes.

이런 구조들이 '막'이라는 거대한 고차원의 면과

상호작용할 수 있다고 합니다.

Our universe may be contained within one such brane,

우리의 우주는 이런 '막' 중 하나에 포함되어 있을 수 있고

floating in an unknown higher dimensional place, playfully named “the bulk,” or hyperspace.

'벌크 공간' 또는 초공간이라는 미지의 고차원 공간을 떠다니는 걸지도 모르죠.

Other branes—containing other types of universes—may co-exist in hyperspace,

다른 우주가 포함된 다른 종류의 막들이 초공간에서 공존할 수도 있고

and neighboring branes may even share certain fundamental forces like gravity.

이웃한 막들은 중력과 같은 기본적인 힘을 공유할 수도 있습니다.

Both eternal inflation and branes describe a multiverse,

영구적 팽창과 막은 모두가 다중우주를 설명하지만

but while universes in eternal inflation are isolated, brane universes could bump into each other.

끝없이 팽창 중인 우주는 서로 고립되어 있는 반면에

막 우주들은 서로 부딪칠 수 있습니다.

An echo of such a collision may appear in the cosmic microwave background

이러한 충돌의 흔적은 우주 배경 복사에 나타날 수 있죠.

—a soup of radiation throughout our universe, that’s a relic from an early Big Bang era.

이는 우주 전체에 걸친 파장으로서 빅뱅 초기의 잔재라고 할 수 있습니다.

So far, though, we’ve found no such cosmic echo.

하지만 지금까지 그 흔적을 발견하지는 못했습니다.

Some suspect these differing multiverse hypotheses may eventually coalesce into a common description,

이 다중우주에 대한 다양한 가설이 결국 하나의 공통된 설명으로 통합되거나

or be replaced by something else.

다른 가설로 대체될 거라고 예상하는 이도 있습니다.

As it stands now, they’re speculative explorations of mathematical models.

현재로서는 수학적 모델을 통해 추론하며 탐구할 뿐이죠.

While these models are inspired and guided by many scientific experiments,

그 수학 모델들은 여러 과학 실험에서 영감을 받고 만들어지지만

there are very few objective experiments to directly test them, yet.

아직 이를 직접적으로 확인하기 위한 객관적인 실험 방법은 거의 없습니다.

Until the next Edwin Hubble comes along,

또 다른 에드윈 허블이 나타날 때까지

scientists will likely be left to argue about the elegance of their competing models…

과학자들은 자신들의 모델을 가지고 논쟁을 벌이게 될 것입니다.

and continue to dream about what, if anything, lies beyond our universe.

우리 우주 너머에 무엇이 있는지 끊임없이 상상하며 말이죠.