인플레이션 우주론의 증명

빅뱅의 잔존 증거인 우주배경복사는 온 하늘에 걸쳐 매우 균일하게 존재하며 온도차이가 거의 나지 않는다. 그러나 소수점 이하 네번째 자리까지 고려하면 배경복사의 온도는 장소에 따라 달라진다.

1992년 COBE위성과 2002년 WMAP위성의 관측에 따르면 대부분의 공간의 온도는 2.7249K이며 ±0.0002도 가량의 차이를 보이고 있다.

매우 놀라운 사실은 이러한 온도의 차이가 하늘에서 어떤 방향성을 가지고 나타난다는 것이다. 우주공간에 미세한 양자적 요동이 발생하면 온도가 평균보다 조금 높거나 낮은 지역이 생긴다.(밀도가 평균보다 조금 높은 곳에서 방출되는 광자는 그만큼 강한 중력장을 빠져나와야하기 떄문에 더 많은 에너지가 소모되고 이들의 에너지와 온도는 밀도가 작은 곳에서 방출된 광자보다 낮다.) 이 아이디어에 입각하여 정확한 계산을 수행하면 각 장소에 따른 마이크로 복사파의 온도분포가 얻어지는데 그 결과는 아래그림과 같다.



위 그래프에서 가로축은 도 지점 사이의 각도를, 세로축은 두 지점 사이의 온도차를 나타낸다. 위 그림은 이론적인 추정치와 관측치를 비교한 것인데 놀라울 정도의 일치를 보여준다. 이 그래프의 의미는 대체 무엇인가?

위성에 달린 관측장비는 빅뱅후 137억년동안 우주를 달려온 마이크로파 광차를 최근에 관측했다. 그리고 다양한 방향에서 날아온 광자들은 수만분의 1도 오차범위 이내에서 모두 같은 온도를 유지하고 있었다. 뿐만 아니라 이 미세한 온도차이는 위 그림과 같이 방향에 따라 특정한 패턴을 그리고 있다. 그리고 무엇보다도 놀라운 것은 인플레이션 이론에 입각하여 최근에 실행된 계산결과가 태초의 순간의 미세한 온도차를 거의 정확하게 맞췄다는 점이다. 그러므로 배경복사의 미세한 온도차는 우리의 예견대로 양자적 요동에서 기인한 점이 분명하다. 이것은 21세기초까지의 우주론에 있어서 기념비적인 발견이다.

- The fabric of Cosmos