안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
우주 탄생 이론 중 가장 각광받는 이론인 빅뱅이론에 따르면, 우주 초기에는 질량이 아닌 에너지 형태로 존재하였으며, 고온 고밀도의 상태로 존재하였습니다. 고온 고밀도 상태에서 우주가 급팽창하게되면서 온도가 떨어지게 되고 우리가 알고 있는 질량을 갖는 물질들이 생겨나기 시작하였습니다.
우주 생성 초기에는 높은 에너지의 상태이기 때문에 물질들의 운동에너지가 활발하여 서로 결합하지 않고 개별적으로 존재하였다고 해석하고 있습니다. 때문에 전자와 원자핵을 구성하고 있는 쿼크가 개별적으로 존재하며 결합된 상태로 존재하지 않았습니다. 시간이 지나면서(우주 탄생 후 10^(-12)초 정도로) 우주가 팽창하고 식으며 쿼크들의 활발함이 떨어지고 상대적으로 쿼크들의 결합력이 강해져 양성자나 중성자가 등장하게 됩니다. 또 우주가 식으며 양성자와 중성자가 결합되어 원자핵을 구성하게 됩니다. 원자핵은 전기적으로 +극을 띠고 있기 때문에 전기적으로 -를 띤 전자와 전기력으로 결합할 수 있지만, 여전히 우주가 뜨거워 운동에너지가 활발하여 전기력을 무시하고 움직이게 되죠. 그런데, 우주는 여전히 팽창 중이기 때문에 온도가 서서히 떨어지게 되면서 물질들의 운동이 느려지기 시작합니다. -극을 가진 전자는 +극을 가진 원자핵에 사로잡혀 우리가 잘 알고 있는 수소, 헬륨 등의 원소를 만들게 되는 것이죠.
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