[박종진의 과학 이야기] 우주의 운명

박종진

이 세상 모든 것은 시작이 있고 그 끝이 있다. 모든 생명의 근원인 태양도 약 45억 년 전에 태어나서 앞으로 80억 년 후에는 생을 마칠 것이다. 기껏 백 년 사는 우리 인간에 비하면 무한한 시간이다.
 
 
1930년경 에드윈 허블은 외계 은하의 존재를 처음으로 알아낸 후, 그런 은하들이 서로 멀어지고 있다는 사실도 밝혔다. 그는 은하들이 멀어지고 있는 속도를 계산해 낸 후 그 속도로 시간을 거꾸로 돌렸더니 모든 은하는 137억 년 전에 어떤 한 점에서 시작하게 된 것을 알았다. 마치 반쯤 보던 비디오테이프를 다시 거꾸로 감은 것처럼 우주의 시간을 되돌린 것이다.
 
은하끼리는 서로 멀어진다고 한다. 우주가 여전히 팽창하고 있다는 말이다. 반대로 시간을 거꾸로 돌리면 은하들은 서로 가까워져서 과거 어느 시점에는 한 지점으로 모이게 된다. 마치 부피는 없고 질량이 무한대인 블랙홀의 특이점 같다.  
 
137억 년 전에 있었던 빅뱅 후 우주는 한없이 팽창하고 있다는 것이 현대 천체물리학이다. 그런데 이 우주를 이루고 있는 물질의 밀도가 문제다. 우주 전체에 퍼져있는 물질의 밀도가 임계치 이하인 경우를 닫힌 우주라고 하고, 반대로 임계치보다 높을 경우를 열린 우주라고 한다.  

 
다행히 우리 우주는 딱 그 임계치의 경계선에 있는데 그런 우주를 평탄하다고 한다. 지금 우리가 사는 우주는 일부러 미세 조정을 해놓은 것처럼 평탄하다.  
 
우주 물질 밀도의 임계치를 구하면 세 변이 각각 1미터인 정육면체, 그러니까 1세제곱미터의 공간에 달랑 수소 원자 몇 개가 전부다. 오히려 진공이라는 표현이 더 어울린다. 여기서 물질이란 크든 작든 기본적으로 원자핵으로 이루어진 것을 말하는데 우주에 물질이 어느 정도 미만이면 닫힌 우주라고 해서 팽창이 점점 더뎌지다가 중력 때문에 수축하여 결국 찌그러지는 최후를 맞게 된다. 이를 Big Crunch라고 한다.  
 
반대로 우주의 물질이 임계치 이상일 경우를 열린 우주라고 하는데 이 경우 더욱 가속 팽창을 하다 결국 찢기며 끝난다. Big Rip이다. 다행히 우리가 사는 우주는 처음부터 의도적으로 미세 조정이 되어있어서 팽창은 하지만 영원히 존속할 것이라고 한다.
 
하지만 찰나를 사는 우리가 거창하게 우주의 미래까지 걱정할 필요는 없다. 그 대신 우리 은하의 미래나 알아보자. 우리가 속한 은하수 은하의 바로 이웃이 빛의 속도로 250만 년이 걸리지만 그래도 제일 가까운 안드로메다은하다. 은하수에는 태양과 같은 별이 약 4천억 개가 있고, 안드로메다은하에는 대충 1조 개나 되는 별이 있다고 한다. 그 두 은하는 서로의 중력에 이끌려 40억 년 후에 합쳐지게 된다고 한다. 하지만 그 정도의 시간은 우리 인류가 종속 가능한 시간을 훨씬 넘는 미래다. 따라서 걱정할 필요가 없다. 그러면 시야를 더 좁혀 우리 태양계를 들여다보자.
 
태양은 나이를 먹을수록 더 밝고 뜨거워져서 앞으로 10억 년 후에는 지구상의 생명체가 멸종하게 된다. 그리고 점점 부풀어 적색 거성의 단계를 지나 나중에는 백색 왜성이 되어 오랜 세월이 지나 빛과 열을 완전히 잃은 후 우주의 암흑 속으로 사라질 것이라고 한다. 역시 수십억 년이란 시간은 우리와 아무 상관도 없는 먼 미래다. (작가)
 
 

박종진