우주상수 문서 원본 보기

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[[파일:Hubble constant.JPG|섬네일]]
'''우주상수'''(宇宙常數, {{lang|en|cosmological constant}}, 기호 [[Λ]])<ref>한국천문학회 편 천문학용어집 176쪽 좌단 32째줄</ref>는 [[물리우주론]]에서, [[진공]]의 [[에너지]] 밀도를 나타내는 기본 [[물리 상수]]다. 단위는 역제곱[[초 (시간)|초]](s<sup>−2</sup>)다. 역사적으로, 우주 상수는 [[알베르트 아인슈타인]]이 팽창하지 않는 우주 모형을 얻기 위하여 [[일반 상대성 이론]]의 [[아인슈타인 방정식]]에 우주 상수 항을 추가하면서 도입되었다. 이후 [[에드윈 허블]]이 우주가 실제로 [[대폭발 이론|팽창한다는 사실]]을 발견하자, 아인슈타인은 이 항의 도입을 철회하였다. 그러나 고전 물리학에서는 우주 상수가 없어도 되지만, [[양자장론]]에서는 우주 상수가 자연스럽게 생긴다. 실제로 관측 결과 미세하지만 0이 아닌 작은 값의 우주 상수가 관측되었으나, 이는 양자론적인 예측값과 전혀 다르다 ([[계층 문제#우주 상수 문제|우주 상수 문제]]). 아직 왜 우주 상수가 예측한 값보다 아주 작은지는 알려지지 않았다. 우주 상수는 공간 그 자체의 에너지를 나타내기 때문에, 우주론에서는 [[암흑 에너지]]에 속하고, 우주의 팽창에 기여한다.

우주상수는 <math>\Lambda</math>로 표기한다.

== 방정식 ==
우주상수는 [[아인슈타인 방정식]]에 다음과 같이 등장한다.
:<math>R_{\mu \nu} -\frac{1}{2}R\,g_{\mu \nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu \nu} - \Lambda\,g_{\mu \nu}</math>

우주상수 <math>\Lambda</math>는 [[진공]]의 [[에너지]] 밀도 <math>\rho_{vac}</math>와 아래와 같은 관계에 있다.

:<math>\Lambda = {{8\pi G} \over {c^2}} \rho_{vac}</math>

여기서,
* π는 [[원주율]]
* ''G''는 [[중력 상수]]
* ''c''는 [[빛의 속도|광속]]
이다.

우주 상수를 상대성이론에서의 표기 관례<ref>만일 상대성이론 표기 관례를 따르지 않으면 <math>1 \over c^2</math>이 우변에 포함된다.</ref>에 따라 표기하면 아래와 같이 8<math>\pi</math>의 배수로 표시된다.
:<math>\Lambda = 8 \pi G \rho_{vac} </math>

여기서 진공의 에너지밀도 <math> \rho_\text{uac} </math>는 아래와 같다.<ref>허블 상수와 {{저널 인용|author1=Planck Collaboration|title=Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters|journal=Astronomy & Astrophysics|volume=594|year=2016|pages=A13|issn=0004-6361|doi=10.1051/0004-6361/201525830|bibcode=2016A&A...594A..13P|arxiv=1502.01589 |url=https://arxiv.org/pdf/1502.01589.pdf|ref={{harvid|The Planck Collaboration|2015b}} }}에 의한 <math>\Omega_\Lambda</math> 값에 기초한 계산값</ref>
:<math> \rho_\text{uac} = 5.96 \times 10^{-27} \text{ kg/m}^3</math>

따라서 우주상수 <math> \Lambda </math>의 값은 아래와 같다.
:<math> \Lambda = 1.1056 \times 10^{-52} \text{s}^{-2}</math>

== 역사 ==
'우주상수'를 포함하지 않는 [[아인슈타인 방정식]]을 풀면, '등방성'과 같은 몇 가지 가정 아래에서, 우주가 팽창한다는 결론을 얻는다 ([[프리드먼-르메트르-로버트슨-워커 계량]]). 아인슈타인이 [[일반 상대성 이론]]을 발표할 당시 우주 팽창에 대한 아무런 증거가 없었으므로, 아인슈타인은 이와 같은 결론을 피하기 위해 [[아인슈타인 방정식]]에 우주 상수 항을 삽입하였다. 이렇게 하면 장방정식에 정적 해가 존재한다. (그러나 이렇게 얻은 정적 해는 불안정하여, 실제로는 물리적으로 존재할 수 없다.) 이후 1929년 [[에드윈 허블]]이 [[허블 법칙]]을 발표하고, 이 관측 결과가 우주의 팽창을 의미한다는 사실이 알려지자 아인슈타인은 우주 상수의 도입을 "일생 최대의 실수"라며 철회하였다.

그러나 우주상수는 [[양자장론]]에서 자연스럽게 생길 수밖에 없다. 간단히 말하면, 진공 안에서 끊임없이 생기고 소멸하는 입자와 반입자 쌍에 의하여, 진공이 에너지를 가지게 된다. 그러나 이론적으로 이 상수를 계산하면, 관측 결과와 맞지 않는 결과를 얻는다. (이를 [[우주상수 문제]]라고 부른다.) 다른 관점에서 보면, 우주 상수 항을 [[아인슈타인-힐베르트 작용]]에 자연스럽게 삽입할 수 있기 때문에, 이 상수를 임의로 0으로 놓을 수 없다.

1998년에 최초로 발표된 우주론적 관측 결과에 의하면, 우주의 팽창은 가속하고 있다. 이를 가장 간단하게 미세한 우주 상수로 설명할 수 있는데, 이를 [[ΛCDM 모형]]이라고 한다. (우주의 팽창의 가속을 다른 이론으로도 설명할 수 있다. 대표적인 예로 [[제5원소론]]({{lang|en|quintessence}})이 있다.

이 '우주상수'가 차지하는 비율은 대략 66~74%(마이클 터너의 이론에 따름) 정도이며, '암흑물질'은 22~30%(마이클 터너의 이론에 따름), 보통의 물질은 4% 정도이다. 이 셋을 다 합치면 '임계밀도'와 같게 된다.

== 같이 보기 ==
* [[빅 립]]
* [[힉스 메커니즘]]
* [[양자 전기역학]]
* [[언루 효과]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
* {{저널 인용|제목=Cosmological constant|이름=Brendan|성=Griffen|공저자=Tamara Davis|연도=2010|저널=Scholarpedia|권=5|호=9|쪽=4473|doi=10.4249/scholarpedia.4473|언어=en|issn=1941-6016}}
* {{저널 인용|제목=The cosmological constant|이름=Raphael|성=Bousso|arxiv=0708.4231|bibcode=2008GReGr..40..607B|doi=10.1007/s10714-007-0557-5|저널=General Relativity and Gravitation|날짜=2008-02|권=40|호=2–3|쪽=607–637|언어=en|issn=0001-7701}}
* {{저널 인용|제목=The cosmological constant|저널=Living Reviews in Relativity|bibcode=2001LRR.....4....1C|doi=10.12942/lrr-2001-1|권=4|쪽=1|이름=Sean M.|성=Carroll|언어=en|날짜=2001|arxiv=astro-ph/0004075|issn=1433-8351}}
* {{저널 인용|제목=The cosmological constant|이름=Sean M.|성=Carroll|공저자=William H. Press, Edwin L. Turner|저널= Annual Review of Astronomy and Astrophysics|권=30|쪽=499–542|doi=10.1146/annurev.aa.30.090192.002435|날짜=1992-09|언어=en}}
* {{저널 인용|제목=Living with lambda|doi=10.1023/A:1001796011627|arxiv=astro-ph/9807128|bibcode=1998Ap&SS.259..213C|저널=Astrophysics and Space Science|권=259|호=3|날짜=1998-08|쪽=213–234|이름=J.D.|성=Cohn|언어=en|issn=0004-640X}}
* {{저널 인용|제목=The quantum vacuum and the cosmological constant problem|이름=Svend Erik|성=Rugh|공저자=Henrik Zinkernagel|doi=10.1016/S1355-2198(02)00033-3|arxiv=hep-th/0012253|bibcode=2000hep.th...12253R|저널=Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics|권=33|호=4|날짜=2002-12|쪽=663–705|언어=en|issn=1355-2198}}
* {{저널 인용|제목=The case for a positive cosmological Λ-term|이름=Varun|성=Sahni|공저자=Alexei Starobinsky|doi=10.1142/S0218271800000542|저널=International Journal of Modern Physics D|권=9|호=4|쪽=373–444|날짜=2000-08|arxiv=astro-ph/9904398|bibcode=2000IJMPD...9..373S|언어=en|issn=0218-2718}}
* {{서적 인용|장=The cosmological constant problems|arxiv=astro-ph/0005265|bibcode=2000astro.ph..5265W|날짜=2001|이름=Steven|성=Weinberg|저자링크=스티븐 와인버그|언어=en|제목=Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe. Fourth International Symposium Held at Marina del Rey, CA, USA February 23–25, 2000|isbn=978-3-642-07446-2|doi=10.1007/978-3-662-04587-9_2|출판사=Springer}}
* {{서적 인용|장=Theories of the cosmological constant|이름=Steven|성=Weinberg|저자링크=스티븐 와인버그|arxiv=astro-ph/9610044|bibcode=1997cdc..conf..195W|제목=Critical Dialogues in Cosmology. Proceedings of a Conference held at Princeton, New Jersey, 24-27 June 1996|위치=[[싱가포르|Singapore]]|출판사=World Scientific|isbn=978-9810228590|날짜=1997|언어=en}}
* {{서적 인용|장=The cosmological constant from the viewpoint of string theory|제목=Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe. Fourth International Symposium Held at Marina del Rey, CA, USA February 23–25, 2000|isbn=978-3-642-07446-2|doi=10.1007/978-3-662-04587-9_3|출판사=Springer|arxiv=hep-ph/0002297|bibcode=2001sddm.symp...27W|이름=Edward|성=Witten|저자링크=에드워드 위튼|날짜=2001|언어=en}}

== 외부 링크 ==
* {{뉴스 인용|제목=우주상수 이야기|저자=이창환|출판사=[[부산일보]]|쪽=5|날짜=2006-04-27|url=http://him.phys.pusan.ac.kr/~astro/Astro-home/PusanIlbo/20060427-5.pdf|형식=PDF}}{{깨진 링크|url=http://him.phys.pusan.ac.kr/~astro/Astro-home/PusanIlbo/20060427-5.pdf }}

{{전거 통제}}
{{소립자 물리학의 표준 모형}}

[[분류:일반 상대성이론]]
[[분류:중력 이론]]
[[분류:알베르트 아인슈타인]]
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