우주론적 지평(영어: Cosmological horizon)은 정보를 얻을 수 있는 거리의 한계를 나타내는 우주론적 개념이다. 이는 관측 가능성의 제약을 의미하며, 그 제약은 일반 상대성이론, 팽창하는 우주, 그리고 빅뱅 우주론의 다양한 특성에서 기인한다. 우주론적 지평은 관측 가능한 우주의 크기와 규모를 결정한다. 우주론적 지평에는 주로 입자 지평과 사건 지평의 두 가지 경계가 존재한다.
입자 지평
입자 지평(particle horizon)은 우주의 나이 동안 입자에서 출발한 빛이 관찰자에게 도달할 수 있는 최대 거리를 의미한다. 이는 관측 가능한 우주와 관측 불가능한 영역 사이의 경계를 나타내며, 현재 시대에서의 그 거리가 관측 가능한 우주의 크기를 결정한다. 우주가 팽창하기 때문에 이 거리는 단순히 우주의 나이에 빛의 속도를 곱한 값이 아니라, 빛의 속도에 등각 시간(conformal time)을 곱한 값에 해당한다. 공변 거리(co-moving distance)로 표현하면, 입자 지평은 빅뱅 이후 경과한 등각 시간에 빛의 속도를 곱한 것과 같다. 우주론 분야에서 "지평"이라는 용어는 대부분 입자 지평을 가리키는 것으로 이해된다.
허블 지평
허블 지평(Hubble horizon) 또는 허블 반경은 주어진 시간에 관찰자에 비해 빛의 속도보다 느리게 움직이는 입자와 빠르게 움직이는 입자 사이의 경계를 정의하는 개념적 지평이다. 허블의 법칙에 따라 허블 구의 반경은 빛의 속도를 허블 매개변수로 나눈 값, 즉 r_HS = c/H(t)로 주어진다. 현재의 허블 매개변수를 기준으로 하면 약 41억 파섹(기가파섹)에 해당한다. 허블 반경이 실제 물리적 경계를 의미하는 것은 아니며, 우주론의 많은 물리적 크기를 표현하는 유용한 길이 척도로 자주 활용된다. 허블 반경에서 방출된 빛이 결코 우리에게 도달할 수 없다는 것은 흔한 오해인데, 허블 매개변수가 시간에 따라 감소하는 모델에서는 허블 반경이 시간이 지나면서 더 커지므로 그 안의 입자에서 방출된 빛이 유한한 시간 내에 관찰자에게 도달할 수 있다.
사건 지평
사건 지평(event horizon)은 현재 방출되는 빛이 미래에 관찰자에게 도달할 수 있는 가장 큰 공변 거리를 의미한다. 입자 지평이 과거의 정보를 얻을 수 있는 한계를 나타내는 반면, 사건 지평은 미래에 관찰 가능한 영역의 경계를 나타낸다. 사건 지평 바깥에 있는 점들은 원리적으로 관찰될 수 없다. 현재 우리 우주의 사건 지평까지의 거리는 약 5기가파섹(약 160억 광년)으로, 입자 지평이 제시하는 관측 가능 범위 내에 있다.
미래 지평
가속 팽창하는 우주 모델에서는 우주 상수(암흑 에너지)가 팽창을 주도하는 것으로 가정하며, 이 경우 최대 사건 지평은 약 175.5억 광년으로 계산된다. 가속하는 우주에서는 미래의 특정 사건 신호가 적색편이로 인해 점점 약해져 결국 관측이 불가능해지는 상황이 발생한다. 이는 현재 발생하는 사건 중 그 신호가 결코 관찰자에게 도달하지 않는 영역이 존재함을 의미한다.
기타 지평
엄밀한 의미의 "지평"은 아니지만, 관측상의 제약을 나타내는 실질적인 지평도 존재한다. 마지막 산란 표면에 설정된 광학적 지평은 광자가 자유롭게 흐를 수 있는 가장 먼 거리를 의미하며, 이와 유사하게 중성미자가 자유롭게 흐를 수 있는 가장 먼 거리를 나타내는 중성미자 지평, 중력파가 자유롭게 흐를 수 있는 가장 먼 거리를 나타내는 중력파 지평 등이 있다. 중력파 지평은 우주 급팽창(inflation)의 종말을 직접적으로 조사할 수 있는 수단으로 예상된다.
역사
우주론적 지평의 성질은 1956년 볼프강 린들러(Wolfgang Rindler)에 의해 체계적으로 정리되었다. 그는 초신성과 같은 순간적인 사건과 은하와 같은 지속적인 물체에서 나오는 빛의 세계선(world line)을 구분하였고, 세계선의 거동을 바탕으로 관측 가능한 우주와 관측 불가능한 우주를 구분하는 기준을 마련하였다.
