허블 부피

물리 우주론에서 허블 부피 또는 허블 볼륨(hubble volume, 천문학자 에드윈 허블의 이름을 따옴) 또는 허블 구(Hubble sphere), 광속하 구(subluminal sphere), 인과 구(causal sphere) 및 인과율의 구(sphere of causality)는 우주의 팽창으로 인해 그 영역 밖의 물체가 관측자로부터 빛의 속력보다 빠른 속도로 멀어지는, 관측자를 둘러싼 관측 가능한 우주의 구형 영역을 의미한다.^[1] 허블 부피는 약 10³¹ 세제곱 광년(또는 약 10⁷⁹ 세제곱 미터)과 같다.

허블 구의 고유 반지름(허블 반지름 또는 허블 길이)은 $c/H_{0}$ 이다. 여기서 $c$ 는 빛의 속력이며 $H_{0}$ 는 허블 상수이다. 허블 구의 표면은 미시물리적 지평선,^[2] 허블 표면, 또는 허블 한계라고 불린다.

더 일반적으로 허블 부피라는 용어는 $(c/H_{0})^{3}$ 차원의 부피를 가진 공간의 모든 영역에 적용될 수 있다. 하지만 이 용어는 종종 (잘못된 방식으로) 관측 가능한 우주의 동의어로 사용되기도 하는데, 실제로는 후자가 허블 부피보다 더 크다.^[3]^[4]

허블 부피와 관측 가능한 우주의 중심은 전체 우주와 관련하여 임의적이며, 대신 그 원점(비인격적 또는 인격적 "관측자")을 중심으로 한다.

허블 길이 $c/H_{0}$ 는 표준 우주론 모형에서 144억 광년이며, 이는 $c$ 곱하기 허블 시간과 같다. 허블 시간은 허블 상수의 역수이며,^[5] 팽창이 선형적이었다면 우주가 가졌을 나이로서 우주의 나이(138억 년)보다 약간 더 크다.^[6]

사건의 지평선으로서의 허블 한계

허블 한계에 있는 물체의 경우, 우리와 대상 물체 사이의 공간은 평균 팽창 속도가 c이다. 따라서 허블 매개변수가 일정한 우주에서는 현재 허블 한계 밖에 있는 물체가 방출한 빛을 지구상의 관측자가 결코 볼 수 없다. 즉, 허블 한계는 우주론적 사건의 지평선(어떤 시점에는 보이지만 결코 보이지 않는 사건들을 구분하는 경계^[7])과 일치하게 된다. 더 자세한 내용은 허블 지평선을 참고하라.

하지만 허블 매개변수는 다양한 우주론적 모형에서 상수가 아니므로^[3] 허블 한계가 일반적으로 우주론적 사건의 지평선과 일치하지는 않는다. 예를 들어, 감속하는 프리드만 우주에서는 허블 구가 시간에 따라 팽창하며, 그 경계가 더 먼 은하에서 방출된 빛을 앞지르기 때문에 허블 부피 밖의 물체가 과거에 방출한 빛이 결국 구 안으로 들어와 우리가 볼 수 있게 될 수도 있다.^[3] 마찬가지로 허블 상수가 감소하는 가속 팽창 우주에서도 허블 부피는 시간에 따라 팽창하며, 상대적으로 멀어지던 광원으로부터의 빛을 앞지를 수 있다.^[3] 이러한 두 상황 모두에서 우주론적 사건의 지평선은 허블 지평선 너머에 존재한다. 허블 상수가 증가하는 우주에서는 허블 지평선이 수축하며, 그 경계가 더 가까운 은하에서 방출된 빛을 앞지르기 때문에 허블 구 안의 물체가 과거에 방출한 빛이 결국 구 밖으로 멀어져 우리가 볼 수 없게 된다.^[1] 만약 알려지지 않은 현상(한 가지 제안은 "초기 상전이")으로 인해 허블 부피의 수축이 멈추지 않는다면, 허블 부피는 거의 점에 가까워질 것이며(불확정성 원리로 인해 순수한 특이점은 불가능하다; 또한 이들의 자체 상호작용 비율은 양자 터널링을 통해 탈출 입자를 생성하기에 충분한 에너지를 갖는다), 대폭발의 기준을 충족하게 된다. 이러한 관점의 정당성은 광속하 허블 부피가 존재하지 않게 되고 점 단위의 초광속 팽창(대폭발 이론의 일반화)이 우주 전역 또는 적어도 우주의 광대한 영역에서 지배적이게 될 것이라는 점이다. 이러한 순환 우주론(다른 많은 순환 버전이 존재함)에서 우주는 항상 팽창하며 더 작은 기본 크기로 되돌아가지 않는다(비등각 또는 팽창적 등각, 비-펜로즈적 팽창 순환 우주론).

관측 결과는 우주의 팽창이 가속되고 있음을 시사하며,^[8] 허블 상수는 감소하고 있다고 여겨진다.^[9] 따라서 허블 지평선 밖이지만 우주론적 사건의 지평선 안쪽에 있는 빛의 근원들은 결국 우리에게 도달할 수 있다. 다소 직관에 어긋나는 결과는 우리가 우주 초기의 약 50억 년 동안 관측한 광자들이 과거부터 현재까지 계속해서 초광속으로 우리에게서 멀어지고 있는 영역에서 왔다는 사실이다.^[3]

같이 보기

각주

1 2 Edward Robert Harrison (2003). 《Masks of the Universe》. Cambridge University Press. 206쪽. ISBN 978-0-521-77351-5.
↑ N. Carlevaro & G. Montani (2009). “Study of the Quasi-isotropic Solution near the Cosmological Singularity in Presence of Bulk-Viscosity”. 《International Journal of Modern Physics D》 17 (6): 881–896. arXiv:0711.1952. Bibcode:2008IJMPD..17..881C. doi:10.1142/S0218271808012553. S2CID 9943577.
1 2 3 4 5 지구의 허블 구 밖에 있는 물체를 왜 지구에서 볼 수 있는지에 대한 논의는 TM Davis & CH Linewater (2003). “Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe”. 《Publications of the Astronomical Society of Australia》 21 (1): 97–109. arXiv:astro-ph/0310808. Bibcode:2004PASA...21...97D. doi:10.1071/AS03040. S2CID 13068122. 을 참조하라.
↑ 잘못된 사용 사례는 Max Tegmark (2004). 〈Parallel Universes〉. Barrow, J. D.; Davies, J. D.; Harper, C. L. (편집). 《Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos》. Cambridge University Press. 459ff쪽. ISBN 978-0-521-83113-0. 을 참조하라.
↑ Hawley, John F.; Holcomb, Katherine A. (2005). 《Foundations of modern cosmology》 2판 (영어). Oxford [u.a.]: Oxford University Press. 304쪽. ISBN 978-0-19-853096-1.
↑ Ridpath, Ian (2012). 《A Dictionary of Astronomy》 2판 (영어). Oxford University Press. 225쪽. doi:10.1093/acref/9780199609055.001.0001. ISBN 9780199609055.
↑ Edward Robert Harrison (2000). 《Masks of the Universe》. Cambridge University Press. 439쪽. ISBN 978-0-521-66148-5.
↑ John L Tonry 외 (2003). “Cosmological Results from High-z Supernovae”. 《Astrophys J》 594 (1): 1–24. arXiv:astro-ph/0305008. Bibcode:2003ApJ...594....1T. doi:10.1086/376865. S2CID 119080950.
↑ “Is the universe expanding faster than the speed of light?”. 《Ask an Astronomer at Cornell University》. 2003년 11월 23일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2015년 6월 5일에 확인함.

외부 링크

허블 부피 시뮬레이션

[Harrison-1] 1 2 Edward Robert Harrison (2003). 《Masks of the Universe》. Cambridge University Press. 206쪽. ISBN 978-0-521-77351-5.

[Montani-2] N. Carlevaro & G. Montani (2009). “Study of the Quasi-isotropic Solution near the Cosmological Singularity in Presence of Bulk-Viscosity”. 《International Journal of Modern Physics D》 17 (6): 881–896. arXiv:0711.1952. Bibcode:2008IJMPD..17..881C. doi:10.1142/S0218271808012553. S2CID 9943577.

[Davis-3] 1 2 3 4 5 지구의 허블 구 밖에 있는 물체를 왜 지구에서 볼 수 있는지에 대한 논의는 TM Davis & CH Linewater (2003). “Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe”. 《Publications of the Astronomical Society of Australia》 21 (1): 97–109. arXiv:astro-ph/0310808. Bibcode:2004PASA...21...97D. doi:10.1071/AS03040. S2CID 13068122. 을 참조하라.

[4] 잘못된 사용 사례는 Max Tegmark (2004). 〈Parallel Universes〉. Barrow, J. D.; Davies, J. D.; Harper, C. L. (편집). 《Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos》. Cambridge University Press. 459ff쪽. ISBN 978-0-521-83113-0. 을 참조하라.

[5] Hawley, John F.; Holcomb, Katherine A. (2005). 《Foundations of modern cosmology》 2판 (영어). Oxford [u.a.]: Oxford University Press. 304쪽. ISBN 978-0-19-853096-1.

[6] Ridpath, Ian (2012). 《A Dictionary of Astronomy》 2판 (영어). Oxford University Press. 225쪽. doi:10.1093/acref/9780199609055.001.0001. ISBN 9780199609055.

[Harrison2-7] Edward Robert Harrison (2000). 《Masks of the Universe》. Cambridge University Press. 439쪽. ISBN 978-0-521-66148-5.

[Tonry-8] John L Tonry 외 (2003). “Cosmological Results from High-z Supernovae”. 《Astrophys J》 594 (1): 1–24. arXiv:astro-ph/0305008. Bibcode:2003ApJ...594....1T. doi:10.1086/376865. S2CID 119080950.

[9] “Is the universe expanding faster than the speed of light?”. 《Ask an Astronomer at Cornell University》. 2003년 11월 23일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2015년 6월 5일에 확인함.

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