지평선문제 (Horizon Problem)
쉽게 풀면
우주의 서로 다른 쪽 끝은 서로 신호를 주고받을 시간이 없었을 텐데도 온도가 거의 똑같다는 이상한 문제다.
왜 중요한가
지평선 문제는 CMB의 서로 반대편 하늘이 인과적으로 접촉한 적 없는데도 같은 온도라는 사실이 표준 빅뱅으로는 설명되지 않는다는 지적으로, 급팽창이 제안된 가장 강한 동기였습니다. 급팽창 전에는 작은 영역이 접촉해 평형을 이루었고 그것이 지수적으로 늘어나 관측 가능한 우주 전체가 되었다는 설명이 CMB의 등방성을 자연스럽게 만듭니다. 평탄성 문제와 함께 초기 우주 모형의 시험 항목입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
구스는 인플레이션 이전에 우주의 모든 영역이 인과적으로 접촉했었고 이후 급격히 팽창하며 균일성이 유지되었다는 방식으로 지평선 문제를 해결할 수 있음을 보였다.
급격한 팽창이 시작되기 전 우주가 훨씬 작았다고 가정하면, 지금은 서로 멀리 떨어진 영역들도 한때 정보를 주고받을 수 있었다는 설명이 가능해진다는 뜻이다.
조금 더 깊게 보면
문제는 균일성을 설명하려는 것이지 균일성 자체가 모순이라는 뜻은 아니며, 초기 조건이 원래 균일했다고 가정하면 사라지지만 그 가정에 대한 설명은 없습니다. 급팽창 외에 초기 광속 가변 이론이나 순환 우주도 같은 문제를 해결하려 하므로 지평선 문제가 급팽창을 증명하는 것은 아닙니다. 여기서 말하는 지평선은 입자 지평선이며, 블랙홀의 사건 지평선과는 다른 개념입니다. 감속 팽창하는 표준 빅뱅에서는 공변 허블 반지름이 시간에 따라 커지기만 하므로, 오늘 지평선 안으로 들어오는 규모는 과거에 한 번도 인과적으로 연결된 적이 없다. 재결합 시점의 입자 지평선은 오늘 하늘에서 약 1~2도에 해당해, 그보다 멀리 떨어진 CMB 영역들이 같은 온도를 갖는 것이 설명되지 않는다.
주의할 점
지평선 문제는 관측적 모순이 아니라 표준 빅뱅 모형 내에서 초기 조건에 대한 부자연스러운 미세조정을 요구한다는 이론적 문제임에 유의해야 한다. 이 문제는 CMB의 온도가 왜 균일한지를 설명하려는 것이지, 관측된 균일함 자체가 물리 법칙과 모순된다는 뜻은 아니다.