[박종진의 과학 이야기] 우주론

박종진

고래로부터 우주에 대한 여러 가지 이론이 있었다. 그러다 현대적인 우주론은 에드윈 허블이 외부 은하를 발견하면서부터다. 그동안 우리는 태양계가 속한 우리 은하가 곧 우주 전체라고 생각했다. 그러다 허블이 윌슨산 천문대에서 관찰하던 성운 속의 별까지의 거리가 우리가 속한 은하의 범위보다 훨씬 먼 것에 착안하여 그것은 우리 은하 속의 성운이 아니라 우리 은하 바깥의 또 다른 은하라는 사실을 밝혀냈다. 외부 은하의 존재가 처음 알려진 엄청난 사건이었다.  
 
허블은 한술 더 떠서 그런 은하들이 서로 멀어지고 있다는 관찰 결과도 발표했다. 그 얼마 전에 벨기에의 조르주 르메트르는 태초에 한 점에서 폭발로 시작한 우주, 소위 빅뱅 이론을 소개했는데 큰 폭발로 인해 생긴 우주 속 은하끼리 서로 멀어지고 있다는 이론이다. 빅뱅 이론이 현대 천문학의 대세이기는 하지만 우주 규모의 사건을 재현해 볼 수도 없고 그 옛날의 일을 관찰할 수도 없어서 결국 이론이라는 꼬리표를 뗄 수는 없지만 그래도 많은 사람의 지지를 받고 있다.
 
현재 대세를 이루는 빅뱅 우주론에 따르면 태초에 부피는 없지만, 밀도가 무한대였던 어떤 점에서 원인 모를 폭발이 일어나서 지금까지 전역으로 퍼지는 중이다. 거기에는 중심도 없고 서로 더 먼 곳에 있는 은하끼리는 더 빠른 속도로 멀어지는 가속팽창을 한다고 한다. 우리 은하에서 지구가 속한 태양계 내부는 오히려 중력이 더 강하게 작용하지만, 그런 별의 집단인 은하로 눈을 돌리면 은하끼리는 서로 멀어진다는 말이다.  
 
사실 우리 태양이 속한 은하수 은하는 국부은하군이라는 더 작은 은하 집단에 속하는데 은하수와 약 250만 광년 떨어진 안드로메다은하는 서로 멀어지기는커녕 서로의 중력에 끌려서 앞으로 40억 년 후에는 하나의 은하로 합쳐질 예정이다. 그러니 은하끼리 서로 멀어진다는 것은 우주 규모의 이야기다.  
 

허블은 안드로메다 성운 속의 변광성을 이용해서 은하수부터 안드로메다까지의 거리가 약 90만 광년이란 계산을 했다. 그런데 은하수의 지름이 약 10만 광년이었다. 그동안 안드로메다는 우리 은하수 은하 안에 있는 성운인 줄 알았는데 그것이 아니었다. 허블은 외부 은하의 존재를 처음으로 관찰하여 증명했다. 허블은 거기서 그치지 않고 은하가 붉은색인 것은 적색편이 현상 때문이므로 은하끼리는 서로 멀어지고 있다는 생각을 했고 멀리 있는 은하일수록 더 빠른 속도로 멀어진다는 허블 법칙을 발표했다.  
 
아인슈타인은 처음부터 정적이고 영원한 우주를 상상했지만, 그의 일반상대성이론에 따르면 우주는 수축해야 옳았다. 자신의 중력장방정식에 문제가 있다는 사실을 안 아인슈타인은 우주 상수라는 항목을 넣어 억지로 수축을 멈추게 했는데 몇 년 후에 허블이 팽창 우주를 증명하는 바람에 자신의 방정식이 틀렸다는 사실을 인정했다.  
 
20세기가 끝나갈 때쯤 우주는 가속팽창을 하고 있다는 사실이 관측을 통해서 확인되자 중력을 거스르는 어떤 척력이 존재할 것을 생각했다. 그러자 바로 아인슈타인이 포기한 우주 상수가 다시 도마 위에 올랐다. 아인슈타인은 자기의 실수라고 했지만, 어쩌면 그 힘이 바로 중력을 이기는 척력인 암흑에너지가 아닌가 의심하고 있다. 우주론은 이제 우주의 70%를 이루는 암흑에너지의 정체를 밝히려는 전야에 와 있다. (작가)  
 
 
 

박종진