에크파이로틱 우주

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1. 개요
2. 기원
3. 이론의 적용
- 3.1. 우주 마이크로파 배경 (CMB)과의 관계
4. 우주론적 함의
- 4.1. 다중 우주론과의 비교
참조

1. 개요

에크파이로틱 우주는 빅뱅 이전에 무슨 일이 있었는지에 대한 질문에 답하기 위해 제시된 우주론적 모형이다. 2001년 저스틴 코우리, 버트 오브러트, 폴 스타인하트, 닐 투록에 의해 제안되었으며, 스토아 철학의 우주론적 모델에서 이름을 따왔다. 이 이론은 빅뱅이 팽창으로의 전환점일 뿐, 수축의 이전 시대에서 비롯된 것이라고 주장한다. 에크파이로틱 모델은 끈 이론, 브레인, 여분 차원에 의존했지만, 현재는 인플레이션 모델과 유사한 물리적 요소를 사용하며, 우주 마이크로파 배경 관측과 일치하는 균일하고 평평한 우주를 예측한다. 또한 다중 우주를 생성하지 않는다는 장점이 있다.

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에크파이로틱 우주
에크파이로틱 우주론
유형	우주론 모형
제안자	저스틴 코리 버트 오프루트 폴 스타인하트 닐 투록
발표 년도	2001년
관련 이론	끈 이론 M 이론 브레인
주요 개념	브레인 충돌 순환 우주 팽창 우주의 대안
설명	"에크피로시스"는 고대 그리스어로 "파멸" 또는 "발화"를 의미 두 개의 브레인이 충돌하면서 빅뱅과 유사한 효과를 일으키는 우주론 모형
특징
팽창과의 차이점	팽창 우주론의 대안으로 제시 급팽창 대신 브레인 충돌을 통해 초기 우주의 조건 설명
문제점	초기 조건의 미세 조정 문제 끈 이론 또는 M 이론에 의존적인 모델
관측적 증거	현재까지 직접적인 관측적 증거는 부족 우주 배경 복사에서 특정 패턴을 통해 검증 가능성 제시
연구 동향
현재 연구	브레인 충돌 메커니즘의 상세 연구 우주론적 섭동 계산 관측적 제약 조건과의 비교

2. 기원

2001년 저스틴 코우리, 버트 오브러트, 폴 스타인하트, 닐 투록이 에크파이로틱 우주를 제시하였다.^[2]

스타인하트는 고대 그리스어 단어 에크피로시스(ἐκπύρωσις, "대화재")를 기반으로 이 이름을 지었는데, 이는 우주가 불타는 탄생, 냉각, 그리고 재탄생의 영원한 주기를 겪는 스토아 학파의 우주론적 모델을 지칭한다.^[3]

이 이론은 빅뱅 인플레이션 모형이 여전히 답을 내놓지 못하는 근본적인 질문, "빅뱅 이전에 무슨 일이 있었는가?"에 대한 해답을 제시한다. 에크파이로틱 이론에 따르면, 빅뱅은 실제로는 큰 반동, 즉 수축의 이전 시대에서 현재의 팽창 시대로의 전환이었다. 우리 우주를 형성한 주요 사건들은 반동 이전에 일어났으며, 순환적 버전에서는 우주가 정기적으로 반동한다.^[4]

3. 이론의 적용

에크파이로틱 모델은 원래 끈 이론, 브레인, 여분 차원에 의존했지만, 오늘날 대부분의 에크파이로틱 및 순환 모델은 인플레이션 모델과 동일한 물리적 요소(일반적인 시공간에서 진화하는 양자장)를 사용한다. 에크파이로틱 이론은 균일하고 평평한 우주를 예측하며, 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측과 일치하는 핫 스팟과 콜드 스팟의 패턴을 예측하고, WMAP 및 플랑크 위성 실험을 통해 더 높은 정밀도로 확인되었다.^[5]

3. 1. 우주 마이크로파 배경 (CMB)과의 관계

원래의 에크파이로틱 모델은 끈 이론, 브레인, 여분 차원에 의존했지만, 오늘날 대부분의 에크파이로틱 및 순환 모델은 인플레이션 모델과 동일한 물리적 요소(일반적인 시공간에서 진화하는 양자장)를 사용한다. 빅뱅 우주론과 마찬가지로 에크파이로틱 이론은 우리 우주의 본질적인 특징을 정확하게 설명해 왔다. 이 이론은 균일하고 평평한 우주를 예측하며, 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측과 일치하는 핫 스팟과 콜드 스팟의 패턴을 예측하며, WMAP 및 플랑크 위성 실험을 통해 더 높은 정밀도로 확인되었다.^[5] CMB의 관측은 오랫동안 빅뱅의 증거로 여겨져 왔지만,^[6] 에크파이로틱 및 순환 이론의 지지자들은 CMB가 해당 모델에서 가정하는 빅 바운스에도 부합한다고 주장한다.^[7] 다른 연구자들은 플랑크 관측 데이터를 통해 얻은 CMB가 "에크파이로틱/순환 시나리오의 실행 가능한 매개변수 공간을 크게 제한한다"고 주장한다.^[8] 원시 중력파가 관측된다면, 과학자들은 우주의 기원에 대한 다양한 이론을 구별하는 데 도움이 될 수 있다.

4. 우주론적 함의

에크파이로틱 우주론은 다중 우주를 생성하지 않고 현재의 실험적 증거와 일치하는 단순한 물리적 특성을 예측한다는 점에서 기존의 대폭발 인플레이션 이론과 차이를 보인다. 특히, 에크파이로틱 모형은 양자 요동이 팽창하지 않아 다중 우주를 생성하지 않으므로, 우주의 균일성과 평탄성을 설명하는 데 있어 더 설득력이 있다고 평가받는다.

4. 1. 다중 우주론과의 비교

에크파이로틱 모형과 주기적 모형은 다중 우주를 생성하지 않는다는 장점이 있다. 양자 요동의 효과가 대폭발 인플레이션 모형에 제대로 포함될 때, 우주가 우주론자들이 설명하려는 균일성과 평탄성을 달성하는 것을 막기 때문이다. 대신, 팽창된 양자 요동은 우주를 모든 상상 가능한 물리적 특성의 조합을 가진 영역으로 분열시킨다. 대폭발 인플레이션 이론은 명확한 예측을 하는 대신 어떤 결과도 허용하므로, 우리가 관찰하는 특성은 지구가 위치한 다중 우주의 특정 영역에서 비롯된 무작위적인 우연으로 간주될 수 있다. 다중 우주의 대부분의 영역은 매우 다른 특성을 가질 것이다.

스티븐 와인버그는 만약 다중 우주가 사실이라면, "우리가 대폭발에서 관찰하는 쿼크 질량과 표준 모형의 다른 상수들의 정확한 값에 대한 합리적인 설명을 찾으려는 희망은 좌절될 것이다. 왜냐하면 그 값들은 우리가 살고 있는 다중 우주의 특정 부분의 우연일 것이기 때문이다"라고 말했다.^[9]

우리 우주의 특성이 우연의 산물이며 다른 가능성들의 다중 우주를 허용하는 이론에서 비롯되었다는 생각은, 우주가 대규모로 매우 단순하고 (균일하고 평탄하며) 기본 입자가 단순한 대칭과 상호 작용으로 묘사되는 것처럼 보인다는 사실과 조화되기 어렵다. 또한, 우연적인 개념은 미래의 모든 실험이 또 다른 우연적인 측면으로 간주될 수 있으므로 실험으로 반증될 수 없다.

에크파이로틱 모형과 주기적 모형에서는 완화와 평탄화가 느린 수축 기간 동안 발생하므로 양자 요동이 팽창하지 않아 다중 우주를 생성할 수 없다. 그 결과, 에크파이로틱 모형과 주기적 모형은 다중 우주를 생성하지 않고 현재의 실험적 증거와 일치하는 단순한 물리적 특성을 예측한다.

참조

_[1] 뉴스 ekpyrotic https://ahdictionary[...] 2016-10-30
_[2] 논문 The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang
_[3] 문서 'The dissolution of the universe into fire'
_[4] 논문 A Cyclic Model of the Universe 2002-04-25
_[5] 논문 WMAP and Inflation 2003-02-18
_[6] arXiv A Simple/Short Introduction to Pre-Big-Bang Physics/Cosmology 1998-02-09
_[7] 논문 Non-Gaussianities in New Ekpyrotic Cosmology
_[8] 논문 Planck 2013 Results. XXIV. Constraints on primordial non-Gaussianity
_[9] 논문 Physics: What we do and don't know http://www.nybooks.c[...] 2007-11-20
_[10] 문서 J. Khoury, B. A. Ovrut, P. J. Steinhardt, and N. Turok, Phys. Rev. D 64, 123522 (2001) http://prd.aps.org/a[...]

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