난이도:****

우주는 존재(정상우주론)했는가? 탄생(동적우주론)했는가?

자. 본격적으로 우주에 대해 알아보도록 하자. 항상 필자가 글을 시작하기전에 던지는 질문.

우주는 존재했는가? 탄생했는가?

여러분은 어떻게 생각하는가? 필자의 글을 읽는 분들중의 99%는 기본적인 천문학지식, 아니 대한민국에서 고등교육을 받은 사람이라면은 누구나 다 "탄생했다"에 손을 들어줄것이 뻔하다. 그럼 그런 천문학적 지식은 어디서 기원을 하는가? 중학교? 고등학교? 아주 웃기는 사실이지만, 그건 "성경"에서 기원한다.

물론 그건 "탄생" 이 아닌 "창조"이지만 본 글에서 던진 질문의 개념은 시작이 있었는가 없었는가 하는 것이므로 문제가 되지 않겠다.

그럼 우주는 존재했을까?

억겁의 시간이 흐르는 동안 우주는 그대로 존재했으며, 앞으로도 그대로 존재할 것인가? 실제로 이사실을 증명하려 했던, 아니 우연한 관측과 이론으로 이사실을 증명하려 했던 두명의 사람이 있었다. 존재의 편에 서있는 사람은 상대성이론을 만들어낸 "알버트 아인쉬타인" 이였고 탄생의 편에 서있는 사람은 빅뱅이론을 창시해낸 "에드윈 허블" 이었다.

그럼 역사상 존재했던 두분을 모시고 필자가 사회를 열어 가상 토론회를 열어보도록 하겠다. 시간은 랜덤이며, 장소또한 랜덤이다.

사회자 : 안녕하십니까. 아인슈타인 박사님과 허블 박사님. 오늘 이렇게 함께 자리를 해주셔서 감사합니다.

아인쉬타인 : 뭘. 후대의 천문학의 발전을 위해서라면 이쯤이야.

허블 : 나도 동감이네.

사회자 : 좋습니다. 그럼 단도직입적으로 아인쉬타인 박사님께 질문드리겠습니다. 아직도 우주가 존재했고 존재할것이라고 생각하십니까?

아인쉬타인 : 글쎄. 군은 어떻게 생각하는가?

사회자 : 박사님께서 에드원 허블이 "우주 팽창의 법칙"을 보시고 그것이 생애 최고의 실수였다고 말하신것 밖에는 생각이 나지 않는군요.

아인쉬타인 : 그렇지. 내가 그때 그렇게 이야기를 했었네. 좋아. 많은 사람들이 알다시피 나는 두가지 커다란 이론을 만들어냈네. 하나는 특수상대성이론과, 다른하나는 중력을 특수상대성이론에 적용한 일반상대성 이론일세. 하지만 난 일반상대성이론을 만들어내면서 큰 고민에 빠졌네. 왜냐구? 일반상대성이론에서 도출된 공식은 내가 평소에 생각하는 그런것이 아니였단 말일세. 내가 생각하는 우주는 완벽해야만했네. 마치 "불변"의 존재처럼 말일세.

사회자 : 결국 박사님이 생각하신 우주는 이미 만들어져 있는 우주였겠군요. 아니, 만들어져있다기 보다는 스스로 존재하는 것인가요?

아인쉬타인 : 그렇지. 내가 생각한것이 바로 그것일세. 처음도 없었고 끝도 없는 존재. 그것인거야.

사회자 : 허블 박사님, 그러면 박사님은 어떻게 우주가 탄생하였다고 생각 하신겁니까?

허블 : 글쎄. 그건 모든것에는 시작이 있었다는 신념에서 비롯됬다고 할까. 처음에 내가 적색이동을 발견했을때는 그건 마치 충격과도 같았네. 물론 그이전에 동적우주론을 주장하는 과학자들은 많았지, 하지만 그에대한 증거는 몇개 발견되지가 않았어. 주1)프리드만이나 주2)르메르트 같으신 분들은 이미 예전부터 "우주는 극도의 고밀도 상태에서 시작돼 점차 팽창하면서 밀도가 낮아졌다" 와 "우주가 원시원자들의 폭발로 시작됐다"라고 주장하셨네. 나는 별의 스펙트럼에서 별이 빠른속도로 중심에서 멀어진다는 사실을 발견해냈고, 우주가 팽창한다고 생각했지.

사회자 : 그럼 결과적으로 박사님의 적색이동현상의 발견이 동적우주론을 증명한셈이군요.

허블 : 결과적으로 그런거지. 적색이동현상은 별들이 혹은 은하가 후퇴를 하고 있는 증거이니까.

사회자 : 그러면 적색이동 현상에 대해서 간단히 설명해 주실수 있겠습니까?

허블 : 도플러 법칙을 아는가? 도플러 법칙은 진행방향으로 소리의 골의 간격이 짧아진다는 이론일세. 만약 소리의 주체를 별이라 가정하고 소리를 빛이라 가정한다면 빛의 스펙트럼이 적색쪽으로 짧은 간격을 가지게 되면 별이 빠른속도로 후퇴한다고 할수 있지. 파란쪽으로 짧은 간격을 가지게 되면 멀어진다는 이야기고.

사회자 : 아인쉬타인 박사님께 묻겠습니다. 박사님은 자신의 공식이 "동적"이라는 사실을 깨닿고 "정적"이게 하기위해 우주항이라는 것을 삽입하셨는데, 우주항은 공식에서 어떤 작용을 하는건가요?

아인쉬타인 : 알다시피 내가 "동적"우주를 내 이론에서 발견하고 그것의 문제에 대해 곰곰히 생각해봤네 내 방정식안에는 끌어당기는힘(중력)만이 있었을뿐이지 미는힘(척력)은 없었다네. 결국 내 방정식에 의하면 우주는 한군데로 붕괴하게 되지. 우주공간에 수없이 퍼져있는 은하와 행성들의 중력은 상상하지 못할정도의 거대한 힘이니까. 우주항은 그 "척력"의 작용을 하는걸쎄. 별들사이에서(혹은 은하에서) 중력만이 아닌 척력이 동시에 존재함으로써 우주의 균형을 이루는거야. 그러면 나의 우주는 완전한 "정적"이 되지.

허블 : 하지만 "정적"인 우주에 문제가 있는것처럼 "동적"인 우주에도 문제가 있다네. 바로 "특이점" 문제가 있지. 동적인 우주는 시작점이 필요하지. 마치 나무를 심을때 씨가 필요한것 처럼 말일세. 그 시작점을 우리는 "특이점"이라 불렀네. 당시의 물리학으로는..험험.. 물론 내가 살아있었을때 이야기네.. 그 특이점의 초고온, 고밀도를 설명할방법이 없었어. 그래서 박사님의 사후에도 여러과학자가 정상우주론을 들고나왔네.

사회자 : 그럼 두분의 이야기에 따르면 "정상우주론" 이나 "동적우주론" 둘다 문제점을 가지고 있는건가요?

허블 : 꼭 그런것만은 아니네. 아인쉬타인 박사님이 "정상우주론"을 포기하시고 우주항을 공식에서 제거 하셨지만 지금 현재로는 "동적우주론"을 설명하기에 꼭 필요한 항이 바로 "우주항"일세. 결론적으로 존재냐 탄생이냐 하는 거시적인 문제에서는 "동적우주론"이 옳다고 밝혀졌지만, "동적우주론"이 성립하기 위해서는 "정상우주론"이 필요하다는거지

사회자 : 알겠습니다. 결론은 이미 허블박사님이 내리셨군요. 결론적으로 "동적우주론"이 현재 받아지는 이론이며 아인쉬타인 박사님의 "우주항"도 틀린것만은 아니라는 것이군요. 오늘 두분 말씀 감사했습니다. 그럼 안녕히 돌아가시길..

허블 : 그래.. 또 필요하면 부르게

아인쉬타인 : 빛의 속도 깨졌다며? 누가 깼어?

위에서 언급했다시피 "우주항"이라는 아인쉬타인의 최대의 실수가 현재 "동적우주론"의 중요한 이론적 증거가 되고있다. 초기 "특이점"에서 우주가 현재의 크기로까지 커지기 위해서는 단하나, 급격한 우주의 팽창만이 지금 크기의 우주를 만들어낼수 있다. 한마디로 말해 탁구공이 갑자기 애드벌룬이 되어 버린거다.

그러면 어떤힘이 필요할까?

풍선을 크게 만들기 위해서는 공기, 혹은 유체의 압력이 필요하다. 우주를 풍선이라 비유한다면, 유체의 압력과 상응하는 힘이 필요하게 된다. 그럼?

아인쉬타인이 자신의 최대 실수라 인정한 "우주항" 바로 척력이 필요한 것이다.

좋다. 그럼 다시 질문을 던져본다. 그럼. 우주는 어떻게 탄생하였는가? 우주는 어디서 부터 시작하였는가?

주1) Alexandr Alexandrovich Friedmann, 1888­1925 러시아 지구물리학자, 기상학자 아인슈타인과 드 지터가 제안했던 정적인 우주론과는 다른 새로운 팽창우주론을 수학적으로 전개. 1925년 프리드만은 기상 관측용 대형 기구를 타고 자유 비행을 하다가 혹한을 겪은 뒤 페렴에 걸려 젊은 나이에 세상을 떠남.

주2) Abb Georges Edouard Lematre, 1894­1966 벨기에 신부, 천체물리학자 1927년 조르주 르메트르는 2년 뒤에 나타나게 되는 허블(Edwin Powell Hubble, 1889­1953)의 속도-거리 관계와 유사한 적색편이와 거리와의 관계를 언급하면서 보다 물리적이고 실제적인 의미의 새로운 팽창우주론을 제안.

스페이스타임즈 신하영 hy-_-96@hanmail.net 신하영의 기사 더보기

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