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대폭발로 시작된 태초의 우주
<그림>-밀도도 크고 뜨거웠던 태초의 우주 상태에서 대폭발 즉 빅뱅을 일으켜 팽창우주가 되었다는 것이 현대 우주론의 정설이다-
빅뱅(Big Bang)은 대폭발 이론으로도 불리며,
블랙홀과 함께 천문학과 물리학계의 화두로 끊임없이 등장하고 있다.
태초의 우주는 엄청나게 밀도도 크고 무지막지하게 뜨거웠을 것이다. 그 상태에서 대폭발 즉 빅뱅을 일으켜 팽창우주가 되었다는 것이 현대 우주론의 정설이다.
빅뱅에서 ‘뱅’은 우리말로 ‘꽝’ 정도에 해당되는 의성어다. 빅뱅은 직역하면 ‘큰 꽝’ 정도의 웃기는 말이다.
<아인슈타인이 생각한 정적인 우주 >
1915년, 독일 물리학자인 알버트 아인슈타인(Albert Einstein)은 일반상대성이론을 발표하는데, 이 이론에 기반을 두고 우주론을 만들었다.
아인슈타인이 이론을 세울 당시에는 우주가 시간에 따라 변하는, 동적(dynamic)인 존재라고 생각하지 못했다.
그 때까지 관측된 우주의 모습은 정적(static)이었기 때문에, 아인슈타인은 정적인 우주의 모습을 기술하려고 노력했다.
하지만 중력으로 엮어진 은하들로는 정적인 우주를 만들 수 없었다.
왜냐하면, 은하들은 서로 당기기만 할 뿐 밀어내지는 않기 때문이었다. 따라서 유한 개수의 은하를 가지고 정적인 우주를 엮어놓으면, 그 우주는 중력에 의해 바로 붕괴됐다.
그래서 아인슈타인은 다소 억지스럽게 들린 주장, 즉 은하들 사이에는 인력인 중력 이외에도 서로 밀어내는 척력이 작용해야 한다는 주장을 하게 된다.
이것은 서로 잡아당기는 은하들 사이에 ‘버팀목’을 집어넣어 붕괴를 막아 보겠다는 발상이라고 할 수 있다.
하지만 이 주장은 에드윈 허블(Edwin Hubble)에 의해 우주가 정적일 필요가 없다는 사실이 밝혀지면서 자연스럽게 사라지게 됐다.
<허블, 우주 팽창 발견하다>
미국의 천문학자인 허블은 1929년 윌슨산 천문대의 망원경을 이용해 우주가 팽창하고 있음을 최초로 발견했다.
허블의 결론은, 은하들은 방향에 관계없이 우리 은하로부터 2배, 3배, …, 후퇴하고 더 먼 거리에 있는 은하는 거리에 정비례해 더 빨리 후퇴한다는 것이다.
여기서 주의할 점은 우리 은하를 우주의 중심이라고 생각해서는 안 된다는 것이다.
팽창우주는 풍선에 비유할 수 있다. 바람을 넣지 않은 풍선들에 점을 찍어, 그 점들을 은하라고 생각해 보자.
이 풍선에 바람을 불어 넣으면 점들 사이의 거리는 멀어질 수밖에 없다. 반대로 풍선의 공기가 빠지면, 표면의 어떤 점에서 보더라도 주위의 점들은 점점 가까워지는 것처럼 보일 것이다.
만일 이와 마찬가지로 시간이 거꾸로 흐른다면, 어떠한 은하에서 본다고 하더라도 주위의 다른 은하들은 그 은하를 향해 접근하는 것처럼 보이게 될 것이다.
<빅뱅우주론의 남겨진 숙제>
최근 여러 가지 이유로 인해 보이지 않는 물질이 우주에 상당히 존재한다고 믿지 않을 수가 없게 됐다.
그 물질을 우리는 ‘암흑 물질(dark matter)’이라고 부른다. 암흑 물질의 정체 규명 문제는 현대 우주론에서 가장 중요한 문제들 중 하나이다.
암흑 물질 이외에도 우주는 ‘암흑 에너지(dark energy)’를 가지고 있다. 이 에너지는 우주팽창을 가속시켜, 마치 아인슈타인의 우주 척력이 작용하는 것처럼 우주를 만든다.
아인슈타인의 주장이 결코 억지만은 아니었던 것이다!
하늘로 던져진 돌은 두 가지 운명 중 하나를 선택하게 된다.
다시 땅으로 떨어지든가, 아니면 지구를 탈출하든가 하는 것이다. 이는 전적으로 그 돌이 어떤 속도로 던져졌느냐에 달렸다.
우주의 운명도 마찬가지다. 태초 어떤 크기로 대폭발을 했느냐에 따라 무한히 팽창을 계속하느냐, 팽창을 하다가 멈추고 다시 수축하느냐가 결정된다.
즉, 어떤 세기보다 더 큰 힘으로 대폭발을 했으면 은하들의 중력이 팽창 속도를 감속시킬 수는 있지만 팽창 자체를 막지 못해 영원히 팽창할 수밖에 없다.
하지만 어떤 세기보다 더 작은 힘으로 대폭발을 했다면 은하들의 중력은 팽창을 계속 감속시킨 후 마침내 팽창을 멈추게 할 수 있다는 뜻이다.
현재 천문학자들은 어떤 것이 우주의 운명인지 알지 못한다. 이것은 더 커다란 천체 망원경, 더 정밀한 관측 기술이 개발되어야 해결될 수 있는 분야로 남아 있다.
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