“우주는 무한하며, 또한 지극히 균일하다.” 이는 지난 시간에 이야기한 뉴턴의 우주론이다. 하지만 이러한 우주론은 불안정한 상태로 또 다른 별개의 힘(뉴턴은 전지전능한 신의 힘이라 했다.)이 필요했으며, “밤하늘은 왜 어둡게 보이는가?”란 ‘올베르스의 역설’을 불러온다는 것을 이야기 하였다. ‘올베르스의 역설’은 뒤에 이야기하고 우주론에 대해서 더 살펴보자.

이러한 뉴턴의 우주론은 지극히 제한된 관측결과의 산물이다. 당시의 과학은 우주의 비밀을 밝힐만한 힘이 존재하지 않았다.

중력에 대해서 설명한 이론은 뉴턴의 만유인력의 법칙만이 존재하는 것은 아니다. 그 이후에 “알베르트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)”이라는 희대의 천재가 중력의 문제를 다시 풀어내었다.

아인슈타인은 “일반상대성이론”을 발표하여 중력의 힘이 서로 잡아당기는 것이 아니라 시공간의 휘어짐으로 풀이하였다. 쉽게 침대위에 볼링공을 올려놓았다고 생각해보자. 그렇게 되면 침대는 볼링공의 무게로 밑으로 오목한 형태를 갖게 될 것이다. 만약 여기에 구슬을 굴리게 되면 구슬은 오목하게 변한 침대를 따라 볼링공쪽으로 움직이게 될 것이다. 이때 오목하게 변한 침대가 시공간이 된다. 아이슈타인은 질량이 가진 물체는 주변의 시공간에 영향을 줘 시공간이 휘게 되고, 이것이 중력으로 나타난다고 보았다. 즉 지구가 태양주위를 공전하는 것 역시 태양의 질량으로 휘어진 시공간을 지구가 따라가고 있을 뿐이다.

하지만 이렇게 시공간의 휘어짐으로 설명한 아이슈타인의 중력 역시도 끌어당기는 힘만이 존재하였다. 그렇다면 뉴턴의 우주와 마찬가지로 모든 별들이 하나의 점으로 붕괴되어버릴 위험이 있었다. 이에 아이슈타인은 획기적인 일을 하게 된다. 중력으로 인해 붕괴되어버릴 우주를 지킬 수 있는 다른 힘을 인위적으로 집어넣은 것이다. 이를 “우주상수”라 하는데, 우주를 붕괴시키게 될 서로 잡아당기는 중력에 대항하여, 우주를 고요한 평온의 상태로 유지시키는 서로 미는 힘을 인위적으로 집어넣은 것이다. 이로 인해 인위적이긴 하지만 우주는 고요한 평온의 상태를 유지할 수 있게 되었다.(아이슈타인은 이러한 미는 힘(우주상수)의 정체가 당시에는 밝혀지지 않았지만, 곧 밝혀질 것이라고 믿었다.)

위에서 살펴본바와 같이 뉴턴과 아이슈타인은 지극히 고요하고 평온한 정적인 우주를 지지하였다. 하지만 이러한 생각은 1920년대 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889 ~ 1953)을 비롯한 천문학자들이 “은하들이 서로 멀어지고 있다.”라는 사실을 “관측”함으로서 큰 타격을 입게 된다.

“은하들이 서로 멀어지고 있다.”라는 것은 곧 “우리의 우주가 급격하게 커지고 있다.”라는 말과 같은 것이다. 더 이상 우주는 고요하고 평온한 정적인 우주가 아니었다. 결국 아이슈타인은 “일생일대 최대의 실수”라는 말과 함께 자신의 “우주상수”라는 개념을 철회하게 된다. 이미 우주는 중력에 대항하여 우주상수라는 개념 없이도 서로 멀어지고 있었던 것이다. 그렇다면 그러한 멀어지는 힘은 어디에서 오는가?

이는 거꾸로 생각하면 추론이 가능하다. 현재 은하들은 서로 급격하게 멀어지고 있다. 그렇다면 시간을 거꾸로 돌린다면, 그 모든 은하들은 한점에서 출발하게 될 것이다. 즉, 태초에 우리의 우주는 한점에서 시작하여 급격하게 팽창하기 시작한 것이다. 대폭발이론(빅뱅이론)의 시작이다.

이를 통해 허블은 우주의 나이까지 계산해 낸다. 이 광할한 우주가 정적이지 않고 끊임없이 요동치고 있으며, 무한하지도 않고, 심지어는 태어나기까지 한 것이다. 또한 이를 통해 “밤하늘은 왜 어두울까?”란 질문 역시 풀어진다. 우주가 유한하며, 심지어 멀어지고 있기 때문에 멀리있는 별빛의 파장은 가시광선을 벗어난 긴 파장(적외선 및 전파)의 빛으로 지구에 도달한다. 가시광선만을 볼 수 있는 우리 인간은 그러한 별빛을 볼 수 없다.(만약 적외선과 전파를 볼 수 있다면, 밤하늘은 매우 밝을 것이다.)

하지만 이러한 대폭발이론은 많은 맹점을 지니고 있었다. 정상우주론자들은 그 맹점을 파고들기 시작했다.

스페이스타임즈 가두연 기자 omnip@sllab.co.kr 가두연 기자의 기사 더보기

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