우주

우주

 

점 하나가 현재의 우주로 엄청난 폭발을 일으켰다는 이론이 있다. 그것이 바로 빅뱅 이론이다. 우주의 역사를 기술하는 현재 가장 많이 받아들여지고 있는 빅뱅 이론을 처음 언급할 때 혼란스러울 수도 있다. 풍선에 일정한 간격으로 점을 찍어 풍선을 불면 그 사이의 거리가 보일 것이다. 이것이 우주 빅뱅이론의 원리이다.

우리가 풍선 안의 한 지점에 서서 다른 한 지점을 바라보면, 다른 한 지점은 우리로부터 멀리 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 풍선이 두 배로 늘어나면 옆의 지점은 2cm 정도 떨어져 있고, 2cm 간격은 4cm 정도 차이가 난다. 다시 말해서 멀리 있을수록 더 빨리 얻어지는 것 같다. 풍선을 우주로 생각하고 그 위에 있는 점을 은하로 생각한다면 우리 은하의 다른 은하들을 관찰하면 모든 은하들이 멀어질 것이고 멀어질수록 속도가 빨라지는 것이 관찰될 것이다.

그래서 천문학자인 허블 (1889-1953)은 대부분의 은하들이 우리로부터 멀어지고 있고, 멀어질수록 더 멀어진다는 것을 관찰한 후에 허블의 법칙을 발표했다. 그러나 은하는 풍선 위의 지점과 다르기 때문에 우리 모두로부터 멀어지는 대신 안드로메다 은하처럼 우리에게 접근하는 은하도 있다.

 

우주의 팽창

대부분의 은하계가 우리로부터 멀어지고 있다는 사실은 우주가 팽창하고 있다는 증거다. 반대로 생각하면 과거로 돌아갈수록 우주는 작아지는 것을 알 수 있다. 그리고 우주의 시작으로 돌아가면 우주가 하나의 측면에서 팽창하기 시작했다는 결론을 내릴 수 있다. 이것이 바로 앞 서설명 했듯이 빅뱅 이론이다.

빅뱅 그 이후를 한번 알아보자. 한 점은 약 137억년 전에 폭발했을 것으로 추정된다. 이 지점(빅뱅)의 폭발은 우주의 시작이자 탄생이다. 빅뱅이 시작된 지 정말 얼마 안 되는 시간, 상상할 수 없는 짧은 시간이지만 우주에서 가장 중요한 시간이다. 이 기간 동안 폭발로 인한 에너지는 빠르게 확산되어 우주 공간의 절반가량을 생성한다. 여기서 이상한 것은 우리가 처음 생각한 공간에 실체가 없다는 것이다. 처음에는 물질이 아니라 복사 에너지만 있었다. 아인슈타인의 유명한 공식인  E=mc2를 보면 "에너지가 질량이 되고, 질량이 에너지가 될 수 있다"라고 해석할 수 있다.

즉, 고대 우주는 빛에너지와 전혀 상관없는 빛만 가지고 있었다. 즉, 초기에는 빛 외에는 아무것도 없었다. 그 결과 복사 에너지의 일부가 물질로 변하지만 원자보다 작은 물질의 쿼크와 반 쿼크, 색의 글루온 등이 생성된다.

"빅뱅 이후 1초가 지나면 우리가 알고 있는 핵이 만들어지기 시작한다. 약 100초 후면 수소와 헬륨 핵이 완성되고, 수백초 뒤면 마침내 전자가 핵과 결합해 수소와 헬륨 원자를 완성한다. 빛은 점점 약해지고 물질의 나이는 시작된다. 이 수소와 헬륨은 1천억 개 이상의 은하를 만들기 위해 단위화 되었고, 각각 1천억 개 이상의 별을 가지고 있으며, 그 안에서 우리의 태양이 생성되었다가 다시 태양을 중심으로 행성이 만들어졌고, 우리는 그 행성들 중 하나인 지구에서 태어났다. 이렇게 해서 우주의 탄생과 우리의 탄생 사이의 시간은 약 137억 년, 즉 우주의 해의 137억 년이다.

우주의 크기

그렇다면 우주의 끝은 어디이며 우주의 크기는 얼마인가, 우주의 가장자리는 어디에 있는가? 우리는 빛이 우주에서 가장 빠르다는 것을 알고 있다. 탄생 당시의 빛은 물질이 되었지만, 물질이 아닌 빛은 처음부터 빛의 속도로 날고 있다고 가정할 수 있다. 따라서 우주의 나이는 137억이므로 137억 년 동안 빛이 계속 자라면서 우주의 반지름은 137억 광년이라고 말할 수 있다. 그러나 우주가 빛의 속도로 끊임없이 팽창하고 있지 않기 때문에 실제로는 약 400억 광년 정도로 137억 광년보다 훨씬 크다.

그리고 우리는 현재 우주의 중심이 어디에 있는지 모른다. 앞에서 말한 풍선 중앙의 풍선 바깥을 보면 어디인지 알 수 있을 것이다.그러나 그 점에 관한 다른 점들을 보면 멀어지는 점만 보일 뿐 풍선 중앙이 어디인지 알 수 없다. 즉, 우리가 아직 있다는 것을 인식하고, 먼 은하계만을 바라보기 때문에, 우리는 우주의 중심이라고 생각하지만, 실제 우주의 중심은 아무도 모른다는 것이다.