[박종진의 과학 이야기] 팽창하는 우주

박종진

아인슈타인은 이미 120년 전에 시간은 일정하지 않고 상대적이란 생각을 인류 최초로 했던 사람이다. 게다가 뉴턴이 발견한 만유인력이란 개념도 질량을 가진 천체가 공간을 누르므로 생긴 공간 왜곡 현상이라고 했다. 그리고 인류 역사상 가장 간단한 E=mc²라는 질량-에너지 공식을 만들었으며, 광양자 설로 양자역학의 문을 활짝 열었다.
 
그런 천재의 눈에도 이 우주는 항상 그대로의 모습으로 보였던가 보다. 아리스토텔레스로부터 뉴턴에 이르기까지 이 우주는 무한하고 영원히 변하지 않는 것처럼 보였고 아인슈타인 역시 그렇게 생각했다. 그런데 자연과학이 발달하면서 그런 정적인 우주에 반하는 이론, 즉 동적 우주론이 고개를 들기 시작했다.
 
벨기에의 가톨릭 신부 조르주 르메트르가 태초에 우주가 한 점에서 폭발하여 시작했을 것이라는 빅뱅 이론을 주창하자, 러시아 출신 미국의 과학자였던 조지 가모프가 이 팽창 우주론을 지지했다.  
 
그런데 정상 우주론자였던 영국의 프레드 호일은 우주 공간이 지속해서 팽창하고 있다는 동적인 우주론 입장이긴 했지만, 어느 날 그가 라디오 대담 프로에서, "어떤 정신 나간 사람은 이 우주가 태초에 '꽝(Big Bang)'하고 터지면서 시작했다네요"라고 비꼬았다. 그렇게 비아냥거렸던 빅뱅 이론이 지금은 거의 정설로 굳고 있다.
 

만약 이 우주가 팽창하지 않는다면 은하와 은하 사이의 중력에 의해서 서로 가까워져야 하고, 결국 스스로 찌부러진다는 생각을 한 아인슈타인은 그런 중력에 반하는 어떤 힘을 가정하고 그것을 우주 상수라고 이름 지어서 자신의 상대성이론을 합리화시켰다. 몇 년 후 허블에 의해서 은하와 은하 사이가 점점 멀어진다는 것이 증명되자 아인슈타인은 자신이 억지를 부려서 만든 우주 상수를 폐기했다.
 
허블의 업적은 우주가 팽창한다는 사실을 밝혀낸 것이다. 나중에 팽창 속도를 구해서 역으로 계산해 보았더니 138억 년 전에 모든 것이 한 지점에서 퍼져나간 사실을 알게 되었다. 아인슈타인은 자신의 실수를 바로 인정했다. 최근에 이르러 우주는 점점 빠르게 팽창한다는 사실도 밝혀졌다.
 
그런데 문제는 가속 팽창하는 우주가 어느 순간 중력을 이기게 되면 그때부터는 걷잡을 수 없이 팽창하다가 결국 찢기는 상태에 이를 것이다. 하지만 우주는 중력에 대항하는 그 어떤 힘이 있는지 그동안 상상 속에만 존재하던 암흑에너지와 암흑물질에 의해서 영향을 받는 것이 아닌가 생각하게 되었다.  
 
빛을 포함한 전자기력에 의해서 반응하는 물질이라는 것은 이 우주에 고작 4%밖에 없다. 그 나머지는 우리가 알 수 없고, 그것을 우리는 암흑에너지와 암흑물질이라고 이름 붙였다. 아인슈타인이 죽기 전에 예견했던 중력파도 최근에 발견되었다. 어쩌면 아인슈타인의 실수였던 우주 상수도 암흑에너지와 암흑물질과 어떻게든 관련이 있을지도 모른다고 생각하는 사람들이 늘어간다.  
 
이 글을 쓰고 읽는 순간에도 우리 우주는 엄청난 속도로 팽창하고 있는데 우리로부터 138억 광년 떨어진 먼 우주는 빛의 속도로 우리와 멀어지고 있다고 한다. (작가)  
 
 
 

박종진