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익명
2019-02-11 15:48:07
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지식백과
시간도 공간도 없는 작은 점에서부터
빅뱅
대단한 하늘여행
백 수십억 년 전 빅뱅(big bang)으로 우주가 탄생되었고, 그 후부터 현재까지 우주는 초스피드로 팽창하고 있다는 것이 우주 생성에 대한 일반적인 사고방식이다. 빅뱅 이전에는 시간도 공간도 존재하지 않았다는 것이다. 그렇다면 시간도 공간도 없는 곳에서 어떻게 우주가 만들어졌을까? 우주의 저쪽 끝에는 무엇이 있고 그것은 어떤 물질로 되어 있을까? 이러한 의문들이 자연스럽게 생긴다.
현대 우주론에 따르면 태초에는 아무것도 없었다고 한다. 우주라는 용어도 별도 원자도 없었다. 이때 시간과 공간이 태어났는데 우리는 이것을 대폭발, 혹은 빅뱅이라고 부른다. 그 전에는 무(無)의 세계, 즉 알 수 없는 세계였다. 현대 우주론의 출발점은 1917년 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)이 발표한 정적 우주론이 효시이다. 아인슈타인은 우주는 팽창하지도, 수축하지도 않는다고 주장했다.
그런데 1916년에 발표된 아인슈타인의 일반상대성이론을 면밀히 살핀 러시아의 수학자 프리드먼(Alexander Friedman, 1888~1925)과 벨기에의 신부 르메트르(Georges Lemaitre, 1894~1966)의 생각은 아인슈타인과 달랐다. 프리드먼은 1922년 “우주는 극도의 고밀도 상태에서 시작돼 점차 팽창하면서 밀도가 낮아졌다.”라는 논문을, 르메트르는 1927년 “우주가 원시 원자들의 폭발로 시작됐다.”라는 논문을 각각 발표했다. 그러나 아인슈타인은 그들의 논문을 무시해 버렸다.
1929년, 아인슈타인에게 충격적인 사건이 발생했다. 미국의 천문학자 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889~1953)이 은하의 후퇴 속도를 관측해 우주가 팽창한다는 사실을 발표한 것이다. 허블의 우주팽창설은 두 가지 면에서 과학자들의 궁금증을 자아냈다. 하나는 우주가 팽창하기 전으로 돌아가면 어떤 모습일까 하는 것이고, 또 하나는 우주가 언제까지 팽창할 것인가 하는 것이다.
초기 우주의 모습을 처음으로 정확하게 계산해 낸 과학자는 프리드먼의 제자인 러시아 태생 미국 물리학자 가모브(George Gamow, 1904~1968)였다. 가모브는 우주가 고온 고밀도 상태였으며 급격하게 팽창했다는 논문을 1946년 초기에 발표했다. 이에 따르면 우주의 온도는 탄생(빅뱅) 1초 후 1백억℃, 3분 후 10억℃, 1백만 년이 됐을 때는 3천℃로 식었다고 한다. 또 우주 초기에는 온도가 너무 높아 무거운 원자들은 존재할 수 없었다고 하는데, 이때 생긴 수소와 헬륨이 현재 우주 질량의 대부분을 차지한다고 설명했다.
아무튼 빅뱅을 천재지변이라고 생각하면 빅뱅에 견줄 만한 천재지변은 없다. 이 사건의 위력으로 시간과 공간이 생겨났으며, 여기에는 ‘바깥’도 없고 제3자로서 관찰할 수 있는 사람도 없었다. 또한 여기서는 ‘먼저’라는 개념도 존재하지 않는다. 뿐만 아니라 일반적인 의미의 폭발이라는 것도 별 의미가 없다. 이러한 빅뱅 이론의 타당성을 뒷받침하는 첫 번째 근거는 모든 은하가 서로 점점 더 멀어지고 있다는 점이다. 두 번째는 우주를 구성하고 있는 물질 중 약 75%는 수소이며, 나머지 25%는 헬륨이라는 것이다. 세 번째 근거는 우주의 모든 방향에서 희미한 라디오파가 방출된다는 사실이다. 이 세 가지 발견 사실을 근거로 우주 모형에 관한 가설인 빅뱅이론(big bang)이 정립되었다.
1948년 미국의 물리학자 랄프 앨퍼(Ralph Alpher, 1921~2007)와 로버트 허먼(Robert Herman, 1914~1997)은 초기 우주의 흔적인 우주배경복사가 우주 어딘가에 남아 있으며, 그 온도는 영하 268℃일 것이라고 예언했다. 또한 1965년 독일 태생의 전파천문학자인 펜지어스(Arno Allan Penzias, 1933 출생)와 미국 태생의 로버트(Robert Woodrow Wilson, 1936 출생)에 의해 우주의 초단파 배경복사(cosmic microwave background)1)가 예견되었다.
또 벨 연구소의 연구원들도 빅뱅의 잔존물로 생각되는 어떤 음(音)을 발견하였다고 했으며, 1992년 캘리포니아 국립 로렌스리버모어(Lawrence Livermore National Laboratory)의 연구원이자 캘리포니아대학 버클리 분교의 교수인 조지 스무트(George Fitzgerald Smoot Ⅲ, 1945 출생)가 코비 위성(COBE; Cosmic Background Explorer)의 관측 결과를 통해 우주배경복사를 확인했다고 한다.
우주가 팽창하고 있다는 것을 거꾸로 생각해 보자. 꽃이 피는 장면을 찍은 필름을 거꾸로 돌리면 꽃봉오리가 다시 오므라지고 돋았던 싹이 땅속으로 들어가 버린다. 우주도 마찬가지다. 지금의 우주를 거꾸로 돌린다면 차츰 축소되어 마침내는 우주가 아주 작은 덩어리가 될 것이다. 그 덩어리는 다시 작아지고 작아져서 하나의 점이 되고 언젠가는 우주, 즉 그 점이 처음 탄생하는 순간으로 돌아가지 않을까? 그렇다면 우리 우주는 처음부터 줄곧 있던 것이 아니라 갓난아기가 어머니 뱃속에서 태어나듯이 아득히 먼 어느 날 처음 태어나서 오늘날까지 팽창을 계속해 온 것이 아닐까? 바로 이러한 의문들이 ‘대폭발설’, 즉 빅뱅이론을 탄생하게 만들었다. 빅뱅에 대한 답을 완전히 알려고 노력할 필요는 없다. 현재의 과학기술 수준으로는 아무리 알려고 해도 정확한 답을 구할 수 없기 때문이다.
천지창조와 인간 탄생
천지창조 이전에는 우주도 없었고, 지구도 없었고, 만물을 덮는 하늘도 없었다. 우주는 그저 막막하게 퍼진 펑퍼짐한 모양이었을 것이라고 추측된다. 당시에는 생명이 없는 입자들, 사물로 굳어지지 않는 요소들, 그리고 구획도 없는 혼란스러움뿐이었다. 말하자면, 제 모습을 갖추고 있는 것은 아무것도 없었다는 것이다. 현대 과학이 발달한 오늘날에도 창조과학자들이나 진화론자들이 주장하는 것 중 어느 것이 정답이라 확답할 수 없다. 정답일수도 있지만 정답이 아닐 수도 있다. 왜냐하면 천지창조나 인간의 탄생을 일반인들이 이해할 수 있도록 꼭 집어 답해 줄 사람이 없기 때문이다.
우리는 천지나 인간을 낳은 부모도, 자란 학력이나 이력도 모른다. 다만 진화 과정에서 발생하는 각종 유기 물질들이 화학적으로 생성되는 원리를 실험실에서 간접적으로나마 알 수 있을 뿐이다. 그렇다고 하늘이 열리고 어찌어찌하여 인간이 탄생되었다고 불명확하게 말할 수도 없다. 이렇듯 천지창조나 인간의 탄생을 알려면 우주 및 지구의 생성 과정부터 정확히 알아야 하기 때문에, 이 문제는 영원한 숙제로 남을 지도 모른다. 앞으로 천지창조와 인간 탄생의 비밀은 긴 시간 동안 ‘Unknown’으로 남아 있을 수밖에 없다. 어쩌면 탄생의 비밀을 모른 채 우리 인간들이 먼저 멸망할 지도 모른다.
대단한 하늘여행 2011. 4. 8.
책 정보
하늘, 우주와 별과 기상 그리고 사람 이야기. 『대단한 하늘여행』은 일반인도 우주과학에 대해 쉽게 알 수 있도록 풀어쓴 책이다. 하늘과 관련된 재미있는 역사, 우주 과학의 발달 과정, 행성, 별자리, 항공과학 등 하늘과 관련된 다양한 지식을 사진과 함께 풍부하게 담았다. 천문학에 대한 다양한 자료와 그림을 보여주면서 흥미진진하게 우주 과학에 접근할 수 있도록 하였다. 또한 천문이나 우주, 항성 같은 공학적인 용어 대신에 우리 일상생활에서 친근하게 사용하는 하늘이나 별 같은 용어를 사용하여 우주를 친숙하게 느낄 수 있도록 구성했다. 복잡한 수식과 깊은 이론적 설명은 배제하고 교양으로서 우주에 관해 전반적으로 알 수 있도록 했다. :
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