코페르니쿠스 원리
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1. 개요
코페르니쿠스 원리는 20세기 중반 헤르만 본디가 명명한 원리로, 우주의 중심이 지구에 있지 않다는 개념에서 시작되었다. 이 원리는 인간이 우주의 특별한 위치를 차지한다는 과거의 생각을 부정하며, 지구상의 관찰자가 우주의 평균적인 위치를 대표한다고 본다. 코페르니쿠스 원리는 우주가 모든 방향에서 동일하게 보인다면 균일하고 등방적이라는 우주론적 원리를 유도하며, 현대 우주론의 기본 가정으로 사용된다. 이 원리는 과거 천동설, 지동설, 은하 중심설과 같은 잘못된 가정을 바로잡았으며, 우주의 진화, 우주 마이크로파 배경, 초신성 관측 등 다양한 방법으로 검증되고 있다. 또한, 코페르니쿠스 원리는 인간 원리와 대립되기도 하며, 우주의 미세 조정 문제와 다중 우주론과 관련하여 논의되기도 한다.
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| 코페르니쿠스 원리 | |
|---|---|
| 코페르니쿠스 원리 | |
| 유형 | 과학 원리 |
| 분야 | 물리학, 우주론 |
| 내용 | 우주의 관측자는 특별한 위치에 있지 않다는 가정 |
2. 기원과 영향
코페르니쿠스 원리는 20세기 중반 헤르만 본디가 이름을 붙였지만, 그 원리 자체는 17세기 코페르니쿠스 혁명이라는 패러다임 전환에서 기원한다. 코페르니쿠스 혁명은 우주의 중심이 지구라는 천동설에서 벗어나 태양이 중심이라는 지동설로의 변화를 의미한다.[34]
니콜라우스 코페르니쿠스는 지구가 아닌 태양이 우주의 중심에 있고, 행성들이 태양을 중심으로 공전한다고 주장했다. 그는 행성들의 역행이 지구가 태양 주위를 돌면서 나타나는 겉보기 현상이라고 설명했다. 그러나 코페르니쿠스는 특정한 평범성 원리를 믿었다기보다는, 기존 천동설의 기술적인 문제점에 대한 불만 때문에 태양중심설을 제안했다.[3]
코페르니쿠스의 태양중심설은 지구가 우주의 중심이라는 지위를 잃게 만들었지만, 당시 과학자나 철학자들은 이를 지구의 지위가 낮아진 것으로 생각하지 않았다. 오히려 미셸 드 몽테뉴는 인간이 "세상의 진흙과 배설물에 파묻혀, 우주에서 가장 나쁘고, 생기도 없고, 아주 낮은 부분에서 최하층의, 하늘에서 가장 멀리 떨어진 곳에 못 박혀"있다고 표현했으며,[34] 갈릴레오 갈릴레이는 지구가 "세계의 바닥에 흩어진 더러운 찌꺼기가 아니"라며, 별의 회전 대열에 합류했다고 평가했다.[35]
허먼 본디는 20세기 중반에 이 원리를 니콜라우스 코페르니쿠스의 이름을 따서 명명했지만, 이 원리 자체는 프톨레마이오스 체계에서 벗어난 16~17세기의 패러다임 전환으로 거슬러 올라간다.[34] 코페르니쿠스 원리는 지구중심설, 태양중심설, 은하중심설과 같이 인간이 우주의 중심에 있다는 과거의 가정에서 벗어나, 인간의 관찰이 우주의 평균적인 위치에서의 관찰을 대표한다고 가정한다. 마이클 로완-로빈슨은 "인류 역사의 코페르니쿠스 시대를 지나면서, 지구가 우주에서 독특한 위치를 차지하고 있다고 상상할 수 있는 잘 알고 합리적인 사람은 아무도 없다."라고 주장했다.[7]
현대 우주론은 가장 큰 규모에서 우주론적 원리가 거의 참이라는 가정에 기초한다. 코페르니쿠스 원리는 관측과 결합될 때 이를 정당화하는 데 필요한 철학적 가정을 나타낸다. 코페르니쿠스 원리를 가정하고, 우주가 지구에서 볼 때 등방성이면, 우주는 균질성을 가지며, 또한 어떤 주어진 점에 대해서도 등방적이라고 추론할 수 있다. 이 두 조건이 우주론적 원리를 구성한다.[7]
실제로 천문학자들은 우주가 은하 거대 구조, 은하 필라멘트, 거대 공동 규모까지 불균일한 구조를 가지고 있음을 관찰한다. 그러나 람다-CDM 모형에서 우주는 더 큰 규모에서 관찰될 때 점점 더 균질하고 등방적이 될 것으로 예측되며, 약 2억 6천만 파섹 이상의 규모에서는 감지할 수 있는 구조가 거의 없다.[8]
본디와 토마스 골드는 코페르니쿠스 원리를 사용하여 우주가 시간적으로도 균질하다는 완전 우주론적 원리를 주장했으며, 이는 정상 우주론의 기초가 된다.[16] 그러나 이것은 우주론적 진화에 대한 증거와 충돌한다. 우주는 빅뱅에서 극도로 다른 상태에서 시작되었고, 빅 프리즈 또는 빅 립으로 향하여 극도로 다른 상태로 계속 진행될 것이다.
1990년대 이후 이 용어는 J. 리처드 고트의 베이즈 추론 기반의 진행 중인 사건의 지속 기간 예측을 위해 사용되었다.
2. 1. 코페르니쿠스의 태양중심설
코페르니쿠스는 지구가 아닌 태양이 중심에 있으며, 지구를 포함한 행성들이 그 주위를 공전한다고 가정하면 행성의 운동을 잘 설명할 수 있다고 주장했다. 행성의 역행은 지구가 태양 주위를 돌기 때문에 나타나는 겉보기 현상이라고 설명하며 태양 중심설을 제창했다.[3] 코페르니쿠스 자신은 단순히 천동설의 기술적인 약점, 특히 행성 위치 예측 오차에 불만을 품고 태양 중심설을 도출했을 뿐, 이 원리를 믿어서 고찰한 것은 아니었다.[3] 코페르니쿠스의 태양 중심설은 지구를 프톨레마이오스의 우주관에서 우주의 중심 지위에서 "끌어내렸다"고 말하지만, 코페르니쿠스 자신이나 동시대의 다른 과학자나 철학자들도 그것을 격하로 여기지는 않았다.[34] 지구가 우주의 중심이라고 여겨졌던 것을 최악의 오점인 것처럼 생각하는 과학자나 철학자도 있었다. 예를 들어, 미셸 드 몽테뉴는 인간이 "세상의 흙과 똥에 휩싸여 우주의 가장 나쁜, 가장 생기 없는, 가장 낮은 부분에, 최하층의, 하늘에서 가장 먼 집에 묶여 있다"고 표현했고,[34] 갈릴레오 갈릴레이는 지구가 "세상의 밑바닥에 고여 있는 더러운 찌꺼기가 아니라는 것을 보여주"며 "별의 회전"의 반열에 올랐다고 평했다.[35]2. 2. 코페르니쿠스 혁명의 의의
코페르니쿠스 원리라는 명칭은 20세기 중반 수학자이자 물리학자인 허먼 본디가 명명한 것으로 여겨진다.[34] 하지만 그 개념 자체의 기원은 17세기에 지동설이 천동설보다 우세해졌을 때까지 거슬러 올라간다.코페르니쿠스는 지구가 아닌 태양이 중심에 있으며, 지구를 포함한 행성들이 그 주위를 공전한다고 가정하면 행성의 운동을 잘 설명할 수 있다고 주장했다. 행성의 역행은 지구가 태양 주위를 돌기 때문에 나타나는 겉보기 현상이라고 설명하며 태양 중심설을 제창했다. 코페르니쿠스 자신은 단순히 천동설의 기술적인 약점, 특히 행성 위치 예측 오차에 불만을 품고 태양 중심설을 도출했을 뿐, 이 원리를 믿어서 고찰한 것은 아니었다.[3] 코페르니쿠스의 태양 중심설은 지구를 프톨레마이오스의 우주관에서 우주의 중심 지위에서 "끌어내렸다"고 말하지만, 코페르니쿠스 자신이나 동시대의 다른 과학자나 철학자들도 그것을 격하로 여기지는 않았다. 지구가 우주의 중심이라고 여겨졌던 것을 최악의 오점인 것처럼 생각하는 과학자나 철학자도 있었다. 예를 들어, 미셸 드 몽테뉴는 인간이 "세상의 흙과 똥에 휩싸여 우주의 가장 나쁜, 가장 생기 없는, 가장 낮은 부분에, 최하층의, 하늘에서 가장 먼 집에 묶여 있다"고 표현했고,[34] 갈릴레오 갈릴레이는 지구가 "세상의 밑바닥에 고여 있는 더러운 찌꺼기가 아니라는 것을 보여주"며 "별의 회전"의 반열에 올랐다고 평했다.[35]
또한, 이 원리를 처음으로 명확히 언급한 것은 조르다노 브루노라고 여겨지지만, 브루노의 우주관은 사변적인 것이었으며, 자연과학 이론으로 제창된 것이 아니었고, 코페르니쿠스에서 현대 우주론으로 이어지는 계통과는 그 취지가 다르다.
2. 3. 조르다노 브루노의 우주론
조르다노 브루노는 코페르니쿠스의 후계자 중 한 명으로, 지구가 우주의 중심이라는 기존의 관점을 "격하"된 것으로 여겼다. 그는 지구가 중심에 위치하는 것은 "가장 낮고 더러운 부분"이라고 해석했다. 반면 갈릴레오 갈릴레이는 지구가 "우주의 쓰레기와 일시적인 것들이 모이는 곳"이 아니라 "별들의 춤"의 일부라고 말했다.[4][5]3. 우주론적 원리
허먼 본디는 20세기 중반에 이 원리를 니콜라우스 코페르니쿠스의 이름을 따서 명명했지만, 이 원리 자체는 16~17세기의 패러다임 전환으로 거슬러 올라간다. 당시 프톨레마이오스 체계는 지구를 우주의 중심으로 묘사했지만, 코페르니쿠스는 태양이 중심에 위치하고 정지해 있다는 가정을 참조하여 행성의 움직임을 설명할 수 있다고 제안했다. 그는 행성의 겉보기 역행 운동이 지구가 태양 주위를 움직임으로써 발생하는 착시 현상이라고 주장했다.[3]
코페르니쿠스적 태양 중심 모델이 지구의 중심적인 역할을 "격하시킨" 것으로 묘사되지만, 이러한 새로운 관점을 채택한 사람은 코페르니쿠스의 후계자들, 특히 16세기 조르다노 브루노였다. 갈릴레오는 지구는 "우주의 쓰레기와 일시적인 것들이 모이는 곳"이 아니라 "별들의 춤"의 일부라고 말했다.[4][5] 20세기 후반, 칼 세이건은 "우리는 평범한 별의 미미한 행성에서 살고 있으며, 사람보다 은하계가 훨씬 더 많은 우주의 잊혀진 구석에 자리 잡고 있는 은하계에 갇혀 있다"라고 질문했다.[6]
코페르니쿠스 원리는 지구중심설, 태양중심설, 은하중심설과 같이 인간이 우주의 중심에 있다는 과거의 가정을 부정하며, 인간이 우주의 중심이 아니라고 단순히 언급하는 ''무중심성''보다 더 강력하다. 코페르니쿠스 원리는 무중심성을 가정하고, 지구에서의 관찰이 우주의 평균 위치에서의 관찰을 대표한다고 명시한다. 마이클 로완-로빈슨은 코페르니쿠스 원리를 현대 사상의 임계점 시험으로 강조하며 "인류 역사의 코페르니쿠스 시대를 지나면서, 지구가 우주에서 독특한 위치를 차지하고 있다고 상상할 수 있는 잘 알고 합리적인 사람은 아무도 없다."라고 주장한다.[7]
3. 1. 우주의 균질성과 등방성
현대 우주론의 대부분은 가장 큰 규모에서 우주론적 원리가 거의, 그러나 정확히는 참이 아니라는 가정에 기초한다. 코페르니쿠스 원리는 관측과 결합될 때 이를 정당화하는 데 필요한 환원 불가능한 철학적 가정을 나타낸다. 만약 코페르니쿠스 원리를 가정하고, 우주가 지구의 관점에서 볼 때 등방성 또는 모든 방향에서 동일하게 보인다면, 우주는 일반적으로 균질성, 즉 어디에서나(어떤 주어진 시점에서) 동일하고, 또한 어떤 주어진 점에 대해서도 등방적이라고 추론할 수 있다. 이 두 조건이 우주론적 원리를 구성한다.[7]실제로 천문학자들은 우주가 불균질성 또는 은하 거대 구조들, 은하 필라멘트 및 거대 공동 규모까지 불균일한 구조를 가지고 있음을 관찰한다. 현대 시대의 우주론의 지배적인 모델인 현재의 람다-CDM 모형에서, 우주는 더 크고 더 큰 규모에서 관찰될 때 점점 더 균질하고 등방적이 될 것으로 예측되며, 약 2억 6천만 파섹 이상의 규모에서는 감지할 수 있는 구조가 거의 없다.[8] 그러나, 은하단,[9][10] 퀘이사,[11] 및 Ia형 초신성에 대한 최근의 증거[12]는 등방성이 대규모로 위반됨을 시사한다. 또한, 클로스-캠퍼사노 LQG, 슬론 장성,[13] U1.11, 거대-LQG, 헤라클레스자리-북쪽왕관자리 거대 구조,[14] 및 거대 호와 같은 다양한 대규모 구조가 발견되었으며,[15] 이 모두는 균질성이 위반될 수 있음을 나타낸다.
관측 가능한 우주의 반경과 비슷한 규모에서, 우리는 지구로부터의 거리에 따른 체계적인 변화를 볼 수 있다. 예를 들어, 더 먼 거리에서 은하는 더 많은 어린 별을 포함하고 덜 뭉쳐 있으며, 퀘이사는 더 많이 나타난다. 만약 코페르니쿠스 원리가 가정된다면, 이것은 우주가 시간에 따라 진화한다는 증거가 된다. 이러한 먼 빛은 우주의 대부분의 나이를 거쳐 지구에 도달했으며, 우주가 젊었을 때를 보여준다. 가장 먼 빛인 우주 배경 복사는 천 분의 일까지 등방적이다.
본디와 토마스 골드는 코페르니쿠스 원리를 사용하여 우주가 시간적으로도 균질하다는 완전 우주론적 원리를 주장했으며, 이는 정상 우주론의 기초가 된다.[16] 그러나 이것은 앞서 언급한 우주론적 진화에 대한 증거와 강력하게 충돌한다. 우주는 빅뱅에서 극도로 다른 상태에서 시작되었고, 특히 암흑 에너지의 증가하는 영향, 즉 빅 프리즈 또는 빅 립으로 향하여 극도로 다른 상태로 계속 진행될 것이다.
3. 2. 우주의 진화
우주론에서 코페르니쿠스 원리를 가정하면 지구에서 우주의 어느 방향을 관측해도 동일하게 보이는 경우, 우주는 어느 지점에서든 균일하고 등방적이라는 우주 원리가 유도된다.현실에서는 우주에서 초은하단이나 은하 필라멘트, 초공동과 같은 등방적이지도 균일하지도 않은 구조가 관측된다. 그러나 이보다 훨씬 큰 규모, 즉 약 6-7억 광년 이상의 단위로 보면 더 등방적이 되며, 이정도 규모에서는 큰 집단은 존재하지 않는다.[8] 우주의 지평선 규모로 보았을 때, 젊은 항성의 수, 은하단의 수 등과 같이 지구로부터의 거리에 따른 계통적인 변화도 존재하지만, 이는 "지구가 우주의 중심에 있어서 우주의 중심부와 변방에서 성질이 다르다"는 것을 의미하지 않는다. 코페르니쿠스 원리에 기반한 해석에서는 이 계통적인 변화는 우주의 진화에 의한 것이다. 원거리로부터의 빛은 그만큼 긴 시간을 거쳐 관측자에게 도달하므로, 멀리 있는 천체일수록 우주 초기 시대에 가까운 모습을 관측하게 된다. 우주의 지평선 부근으로부터의 빛은 관측되기까지 우주 나이에 필적하는 시간이 걸렸으며, 우주 초기의 모습을 나타낸다고 생각된다. 관측할 수 있는 가장 먼 거리로부터의 전자기파, 즉 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)는 매우 등방적이다.[7]
현대 우주론은 우주 원리가 우주의 지평선 규모에서 완벽하지는 않더라도 거의 옳다는 것을 전제로 하고 있다. 코페르니쿠스 원리는 관측 결과에 비추어 우주 원리의 타당성을 담보하는 필요 최소한의 가설이다.
본디와 토마스 골드는 코페르니쿠스 원리를 시간에도 적용하여, 우주는 장소뿐만 아니라 시간과 관련해서도 등질성을 유지한다는 정상 우주론에 기반한 "완전 우주 원리"를 제창했다.[16] 그러나 이 생각은 앞서 언급한 우주의 진화와 모순되며, 빅뱅과는 전혀 다른 상태에서 우주가 탄생·팽창하고, 미래에도 암흑 에너지의 영향에 의한 가속 팽창이 예측되는 것과 같이 전혀 다른 상태로 진행될 것이다. 현재는 CMB를 비롯한 관측적 증거에 의해, 빅뱅 이론이 표준적인 우주론으로 채택되었고, 정상 우주론은 쇠퇴하고 있다.
3. 3. 완전 우주론적 원리와 정상 우주론
허먼 본디와 토마스 골드는 코페르니쿠스 원리를 확장하여 우주가 시간적으로도 균질하다는 완전 우주론적 원리를 주장했으며, 이는 정상 우주론의 기초가 되었다.[16] 그러나 이는 우주가 빅뱅에서 시작되어 암흑 에너지의 영향으로 빅 프리즈 또는 빅 립으로 향한다는 우주론적 진화의 증거와는 상반된다.현대 우주론에서는 빅뱅과는 전혀 다른 상태에서 우주가 탄생, 팽창하고, 미래에도 암흑 에너지의 영향에 의한 가속 팽창이 예측하는 미래와는 전혀 다른 상태로 진행될 것이라고 예측한다. 현재는 우주 마이크로파 배경 복사를 비롯한 관측적 증거에 의해, 빅뱅 이론이 표준적인 우주론으로 채택되었고, 정상 우주론은 쇠퇴하고 있다.
4. 코페르니쿠스 원리를 전제하지 않는 우주론
빅뱅 모형은 때때로 적색 편이 관측과 함께 코페르니쿠스 원리에서 파생된 것이라고 말해진다. 하지만 우주 마이크로파 배경, 원시 가스 구름, 구조 형성, 은하 형성과 진화, 그리고 은하의 분포 등은 코페르니쿠스 원리와는 별개로 빅뱅을 지지하는 증거를 제공한다. 따라서 코페르니쿠스 원리가 없어도 빅뱅 모형은 유효하다고 가정할 수 있다. 그러나 우주의 팽창과 같은 빅뱅 모형의 주요 원리는 코페르니쿠스 원리와 관측에서 파생되었다기보다는, 코페르니쿠스 원리와 유사한 가정 자체가 된다.
4. 1. 비균질 우주론
우주론의 표준 모형인 람다-CDM 모형은 코페르니쿠스 원리와 더 일반적인 우주론적 원리를 가정한다. 일부 우주론자들과 이론 물리학자들은 관측 결과의 값을 제한하고, 람다-CDM 모형의 특정 알려진 문제를 해결하며, 현재 모형과 다른 가능한 모형을 구별하기 위한 테스트를 제안하기 위해 우주론적 원리나 코페르니쿠스 원리가 없는 모형을 만들었다.이러한 맥락에서 두드러진 예는 관측된 가속 팽창 우주와 우주 상수를 모델링하기 위한 비균질 우주론이다. 현재 받아들여지고 있는 암흑 에너지 개념을 사용하는 대신, 이 모형은 우주가 현재 가정보다 훨씬 더 비균질적이며, 대신 우리가 극도로 큰 저밀도 보이드(void) 안에 있다고 제안한다.[31] 관측 결과와 일치하려면 이 보이드의 중심에 매우 가까이 있어야 하며, 이는 코페르니쿠스 원리에 즉시 모순된다.
표준적인 우주 모델, 이른바 Λ-CDM 모형은 코페르니쿠스 원리와 이를 일반화한 우주 원리를 전제로 하며, 관측 결과와도 잘 일치하지만, 해결되지 않은 문제도 있다. 이에 반해, 코페르니쿠스 원리, 우주 원리를 가정하지 않는 우주 모델을 연구하는 우주물리학자, 이론물리학자도 있으며, 관측 결과에 맞도록 우주론 매개변수를 조정하거나, 표준적인 이론과 생각할 수 있는 다른 이론과의 차이점과 그 검증 방법에 대해 시행착오를 겪고 있다.
대표적인 예로, 관측된 우주의 가속 팽창과 우주 상수 문제가 있다. 암흑 에너지에 대한 대안으로, 우주는 표준적인 이론이 예상하는 것보다 비등방적이며, 우리는 매우 거대한 저밀도 초공동 내에 있다는 가설이 제안되었다. 이 이론이 관측에 맞도록 하면, 지구의 위치는 이 거대 초공동의 중심 근처에 있어야 하며, 코페르니쿠스 원리를 정면으로 부정하게 된다.
5. 인간 원리와 우주의 미세 조정 문제
지구와 인간을 특별하게 여기지 않는 코페르니쿠스 원리는, 우주의 구조와 환경의 이유를 지성을 가진 관측자의 존재에 요구하는 인간 원리와는 언뜻 보면 대극에 있는 개념이다. 실제로, 강한 인간 원리의 제창자인 Brandon Carter|브랜든 카터영어는 코페르니쿠스 원리가 지나치다는 점에 이의를 제기하며 인간 원리를 제안했다. 그러나 다중 우주 가설에서는 양쪽 모두 같은 주장을 다른 시점에서 논하고 있는 경우가 있다. 카터 자신도 "우주의 앙상블"로서 다중 우주를 동시에 생각하고 있다.
5. 1. 우주의 미세 조정 문제와 다중 우주론
지구와 인간을 특별하게 여기지 않는 코페르니쿠스 원리는, 우주의 구조와 환경의 이유를 지성을 가진 관측자의 존재에 요구하는 인간 원리와는, 언뜻 보면 대극에 있는 개념이다. 실제로, 강한 인간 원리의 제창자인 브랜든 카터(Brandon Carter)는 코페르니쿠스 원리의 지나침에 이의를 제기하는 형태로, 인간 원리를 제안했다. 그러나, 다중 우주의 가설 하에서는, 양자는 같은 주장을 다른 시점에서 논하고 있는 경우가 있다. 그리고, 카터 자신도 "우주의 앙상블"로서 다중 우주를 동시에 생각하고 있다.예를 들어, 지적 생명이 존재할 수 있는 우주의 환경은 극히 드물며, 우리들이 있는 우주는 그렇게 되도록 물리 상수가 "미세 조정"되어 있는 것처럼 보이는 우주의 미세 조정 문제를 해결함에 있어서, 인간 원리에 의한 해석 위에, 코페르니쿠스 원리에 기초한 이론 예측이 시도되고 있다. 스티븐 와인버그나 알렉산더 빌렌킨이 우주 상수의 예측에 이 논법을 적용하여, 일정의 성과를 올리고 있다.[1]
6. 우주생물학에의 영향
"아무리 특이하고 기묘하게 여겨지는 것도, 실제로는 다수 중 하나이며, 아마도 평균적이다"라는 기본적인 가정에 따르면, 지구에 생명체가 존재한다는 것은 우주에서 지구와 같은 행성에 생명체가 당연히 존재하며, 나아가 생명체와 지성이 이 우주에서 보편적으로 발생한다고 예상할 수 있다. 이 가설은 획일성 원리, Principle of plenitude|충만 원리영어와 함께 외계 지적 생명체 탐사(SETI)에서의 암묵적인 전제가 되고 있다.
6. 1. 칼 세이건과 SETI
칼 세이건은 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 추진의 주역 중 한 명이었다.[2] 그는 그의 저서에서 "우리는 무엇인가", "우리는 하찮은 행성에 살고 있다는 것을 알게 되었다. 이 행성은 평범한 항성 주위를 돌고 있으며, 이 평범한 항성인 태양은 은하의 가장자리에 있는 소용돌이 모양의 두 개의 팔 사이에 있으며, 그 은하는 드문드문 존재하는 수많은 은하 중 하나이며, 우주의 잊혀진 구석에 존재한다. 그리고 그 우주에는 인간의 수보다 더 많은 은하가 존재한다"고 언급하는 등[3] 이 원리에 자주 언급하고 있다.7. 기타 영향
코페르니쿠스 원리는 과학 분야 외에도 다양한 영향을 미쳤다. J. 리처드 고트는 이 원리를 응용하여 미래 예측 방법을 제안하기도 했다.
7. 1. 리처드 고트의 미래 예측
J. 리처드 고트는 코페르니쿠스 원리를 응용하여 베이즈 정리에 기반한 미래 예측 방법을 제안했다. 그 예측 방법은 다음과 같다.무작위로 선택된 관찰자가 어떤 사건을 관찰했을 때, 그 관찰자가 특별한 관찰자일 가능성은 작다. 그렇다면, 관찰한 시점은 그 사건이 시작해서 끝날 때까지의 중간 즈음에 있을 가능성이 크며, 막 시작되었거나 종말이 임박했을 가능성은 낮다. 따라서, 그 사건이 시작된 시각을 $t_{begin}$, 끝나는 시각을 $t_{end}$, 관찰한 시각을 $t_{now}$라고 할 때, $r = (t_{now} - t_{begin}) / (t_{end} - t_{begin})$가 0에서 1까지의 균일한 난수라고 하면, $r$은 95%의 확률로 $0.025 < r < 0.975$가 된다. 이것은 즉, $t_{end} - t_{now}$가 $t_{now} - t_{begin}$의 39분의 1에서 39배의 범위에 속한다는 것을 95%의 확신도로 말할 수 있다는 것이다.
고트는 이것을 델타 $t$ 논법이라고 불렀다. 그 적용 사례 중 하나로, 고트는 1969년 (건설 8년 후)에 베를린 장벽을 본 것을 언급하며, 베를린 장벽 붕괴가 그로부터 20년 후였던 것을 들어, $t_{end} - t_{now}$가 $t_{now} - t_{begin}$의 2.5배가 되어, 신뢰도 95%의 범위에 들어맞는다고 했다 (이 경우, 델타 $t$ 논법에 따르면 베를린 장벽의 수명은 확신도 95%로 2개월 반 후부터 312년 후 사이에 끝날 것이다). 또한, 인류의 미래에 대해서도 예측하여, 호모 사피엔스의 등장을 20만 년 전으로 했을 때, 인류 종으로서의 남은 수명이 5,100년에서 780만 년이라고 추정했다. 또한, SETI에 대해서도, 드레이크 방정식의 변수 $L$ (기술 문명의 존속 기간)을 같은 수법으로 예측함으로써, 카르다쇼프 척도의 II형 문명이 은하계 내에, III형 문명이 우주의 지평선 내에 존재할 가능성은 기대할 수 없다는 전망을 밝혔다.
고트의 추정은 인류의 수명을 예측하고 있다는 점에서, 이른바 "종말론적 논증" 중 하나로 여겨진다.
8. 비판
물리학자 데이비드 도이치는 이 원리가 "모든 종류의 편협한 오해 중에서 인간 중심주의만을 특별히 비난의 대상으로 삼고 있으므로 평범성의 원리 자체가 인간 중심적"이며 역설적이라고 비판하며, 이 원리가 잘못되었다고 주장한다. 그는 이 원리에 입각한 스티븐 호킹과 리처드 도킨스의 주장을 예로 들어 반론하며, 우주에서 인간의 중요성을 설파하고 있다.
9. 원리의 검증
코페르니쿠스 원리는 증명된 적이 없으며, 일반적인 의미에서는 증명될 수 없지만, 현대 물리학의 여러 이론에 암묵적으로 포함되어 있다. 우주론적 원리는 코페르니쿠스 원리보다 일반적인 원리이며, 우주론적 모형을 도출하는 데 사용된다. 이러한 모형에 대한 많은 시험은 코페르니쿠스 원리에 대한 시험으로 간주될 수 있다.[17]
현대 우주론은 우주 원리가 우주의 지평선 규모에서 완벽하지는 않더라도 대체로 옳다는 것을 전제로 한다. 코페르니쿠스 원리는 관측 결과에 비추어 우주 원리의 타당성을 뒷받침하는 최소한의 가설이다. 현대 물리학 이론의 상당수는 이 원리를 필수적인 전제 조건으로 삼고 있다.
최근 진행 중이거나 완료된 우주 원리 및 코페르니쿠스 원리에 대한 검증은 다음과 같다.
| 검증 방법 | 설명 | 결과 및 의의 |
|---|---|---|
| 우주론적 적색편이의 시간 변화[18] | 균일 등방 우주와 등방·비균일 우주에서 적색편이의 시간 변화 경향의 차이를 관측 | 적색편이가 큰 천체일수록 차이가 커질 것으로 예상되며, 직접 관측을 통해 데이터 획득 가능 |
| 우주 마이크로파 배경(CMB) 광자의 반사[19] | 국소 중력 포텐셜 모델링에 활용 | |
| 초신성의 광도에 대한 적색편이 의존성[20] | | | |
| 암흑 에너지와 관련된 운동학적 수냐예프-젤도비치 효과[21] | | | |
| 우주 중성미자 배경[22] | CNB 검출 시 코페르니쿠스 원리 검증에 기여 가능 | |
| 통합 삭스-울프 효과[23] | | | |
| CMB의 등방성과 균질성 테스트[24][25][26][27][28] | | | |
| KBC 공극 | 일부는 우주론적 원리 위반 주장[29], 다른 일부는 일치 주장[30] |
9. 1. 역사적 검증
코페르니쿠스 혁명은 지구를 태양을 공전하는 수많은 행성 중 하나로 격하시켰다. 고유 운동은 핼리에 의해 언급되었다. 윌리엄 허셜은 태양계가 원반 모양의 우리 은하 내에서 우주를 통해 이동하고 있다는 것을 발견했다. 에드윈 허블은 우리 은하가 우주에 있는 수많은 은하 중 하나일 뿐임을 보여주었다. 우주 내에서 은하의 위치와 운동을 연구한 결과, 빅뱅 이론과 현대 우주론 전체가 탄생했다.
코페르니쿠스 원리라는 단어가 만들어지기 전부터 지구가 우주에서 특권적인 지위에 있지 않다는 것은 여러 차례 시사되었다. 코페르니쿠스 혁명에 의해 지구는 태양을 공전하는 많은 행성 중 하나에 불과하다고 여겨졌다. 윌리엄 허셜은 태양계 역시 원반형의 은하 안에서 움직이고 있다는 것을 발견했다. 할로 섀플리는 태양계가 은하 중심에서 크게 벗어난 변방 우주역에 위치한다는 것을 발견했다. 에드윈 허블은 은하 또한 우주에 있는 다수의 은하 중 하나임을 보였다. 은하의 우주 내 위치와 운동을 연구함으로써 빅뱅 이론과 현대 우주론이 성립되었다.
9. 2. 현대의 검증
현대 우주론은 우주 원리가 우주의 지평선 규모에서 완벽하지는 않더라도 대체로 옳다는 것을 전제로 한다. 코페르니쿠스 원리는 관측 결과에 비추어 우주 원리의 타당성을 뒷받침하는 최소한의 가설이다. 코페르니쿠스 원리는 증명된 것이 아니며 증명할 수 없다고 여겨지지만, 현대 물리학 이론의 상당수는 이 원리를 필수적인 전제 조건으로 삼고 있다. 우주론에서는 코페르니쿠스 원리를 가정함으로써 여러 훌륭한 이론이 성립해 왔으며, 이러한 이론들은 코페르니쿠스 원리 자체보다 구체화되어 수많은 검증을 거쳤고, 이는 간접적으로 코페르니쿠스 원리의 검증으로 이어진다고 생각된다.최근에 이루어졌거나 현재 진행 중인 우주 원리 및 코페르니쿠스 원리에 대한 검증에는 다음과 같은 것들이 있다. 코페르니쿠스 원리가 성립하는 균일 등방 우주와 대표적인 대안인 거대 초공동 우주를 비교하는 경우가 많다.
- 우주론적 적색편이의 시간 드리프트;[18]
- 우주 마이크로파 배경(CMB) 광자의 반사를 사용하여 국소 중력 포텐셜 모델링;[19]
- 초신성의 광도에 대한 적색편이 의존성;[20]
- 암흑 에너지와 관련된 운동학적 수냐예프-젤도비치 효과;[21]
- 우주 중성미자 배경;[22]
- 통합 삭스-울프 효과[23]
- CMB의 등방성과 균질성 테스트;[24][25][26][27][28]
- 일부 저자는 KBC 공극이 우주론적 원리를 위반하여 코페르니쿠스 원리를 위반한다고 주장한다.[29] 그러나 다른 저자는 KBC 공극이 우주론적 원리 및 코페르니쿠스 원리와 일치한다고 주장한다.[30]
9. 2. 1. 우주론적 적색편이의 시간 변화
우주론에서 균일 등방 우주와 등방·비균일 우주에서는 적색편이의 시간 변화 경향이 다르며, 적색편이가 큰 천체일수록 양자 간의 차이가 커질 것으로 예상된다. 이 적색편이의 시간 변화는 가설에 의존하지 않고 직접 관측을 통해 데이터를 얻을 수 있다.[18]9. 2. 2. 알코크-파친스키 효과
바리온 음향 진동(Baryon acoustic oscillations영어)에 의해 나타나는 대규모 구조를 사용하여, 멀리 떨어진 우주에 거대한 구형 천체가 존재했을 경우, 우주 팽창의 영향으로 인해 겉보기에는 타원체가 되는 알코크-파친스키 효과로부터, 상태 방정식을 구할 수 있다. 이것이 다른 방법으로 구한 상태 방정식과 일치하지 않으면, 우주가 균일하고 등방적이라는 가정이 잘못되었을 가능성이 있다.[25]9. 2. 3. 우주 마이크로파 배경 복사 스펙트럼의 왜곡
현대 우주론은 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)를 비롯한 관측적 증거를 바탕으로 빅뱅 이론을 표준 우주론으로 채택하고 있다. 빅뱅 이론에 따르면, 우주는 과거에 매우 뜨겁고 밀도가 높은 상태에서 시작하여 팽창하며 진화해왔다. 우주 마이크로파 배경 복사는 빅뱅 이후 약 38만 년 뒤, 우주가 충분히 식어 양성자와 전자가 결합하여 중성 수소 원자가 형성되면서, 빛이 자유롭게 이동할 수 있게 된 시점에 방출된 빛이다.코페르니쿠스 원리에 따르면 지구는 우주의 특별한 위치에 있지 않다. 따라서 지구에서 관측되는 우주 마이크로파 배경 복사는 우주의 다른 곳에서 관측되는 것과 동일해야 한다. 즉, 우주 마이크로파 배경 복사는 모든 방향에서 거의 균일한 온도(약 2.725K)를 가져야 한다.
그러나 거대 초공동과 같은 구조가 존재한다면, 우주 마이크로파 배경 복사가 관측자에게 도달하기 전에 톰슨 산란을 겪을 수 있다. 이 경우, 해당 구조에 기인하는 도플러 편이나 중력장에 의한 삭스-울프 효과의 비등방성으로 인해, 우주 마이크로파 배경 복사 스펙트럼이 흑체 복사 스펙트럼에서 왜곡될 수 있다. 이러한 왜곡 정도는 우주의 균질성 및 등방성에 대한 정보를 제공하며, 코페르니쿠스 원리의 타당성을 검증하는 데 사용될 수 있다.[24][25][26][27][28]
9. 2. 4. 적색편이-거리 지수 관계
거리 지수를 적색편이의 함수로 나타내면, 균일 등방 우주와 거대한 초공동 우주에서는 형태가 다르다.[31] 데이터의 수와 정밀도가 향상되면, 어느 함수에 더 잘 맞는지 판단할 수 있을 것이다.9. 2. 5. 운동학적 수냐예프-젤도비치 효과
수냐예프-젤도비치 효과(SZ 효과)는 은하단에 부속된 고온 플라즈마에 의해 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)가 역컴프턴 산란을 받아 왜곡되는 효과이다. 플라즈마의 열운동에 의해 발생하는 열적 SZ 효과와 달리, 운동학적 SZ 효과는 은하단의 운동에 의한 도플러 효과로 CMB가 왜곡되는 것을 말한다. 코페르니쿠스 원리가 옳지 않다면, 운동학적 SZ 효과에 의한 CMB의 왜곡은 비등방적이 된다.[21]9. 2. 6. 우주 배경 중성미자
우주 중성미자 배경(CNB)는 빅뱅 우주에서 매우 풍부하게 존재한다고 여겨진다. CNB는 균일 등방 우주와 등방 비균일 우주에서 운동량과 수 밀도 분포가 다를 것으로 예상되며, 만약 CNB를 검출할 수 있다면 코페르니쿠스 원리의 검증에도 기여할 수 있을 것으로 보인다.[22]9. 2. 7. 적분 삭스-울프 효과
삭스-울프 효과는 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)의 광자가 관측자에게 도달하기까지 중력장의 영향을 받아 온도 변화를 일으키는 현상이다. 이 온도 요동이 적색편이에 대해 어떻게 변화하는지가 균일 등방 우주와 거대 초공동 우주에서는 다르다.[23]참조
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