빅뱅 우주론

전편에서 알아보았던 우주의 탄생이론 중 대폭발, 빅뱅 우주론에 대해서 조금더 알아보겠다.

빅뱅 우주론이란?

대폭발, 혹은 빅뱅 우주론은 천체물리학에서 우주의 탄생을 설명하는 이론이다. 최초의 우주는 매우 높은 에너지를 가진 작은 물질과 공간이 약 137억년 전 거대한 폭발을 통해 우주가 되었다고 말한다.

빅뱅 우주론에 따르면 오늘날 존재하는 물질과 공간, 에너지 등 모든 것들은 특이점이라고 하는 작은점에 갇혀 있었다. 그리고 우주가 폭발하는 순간 작은점에서 물질과 공간, 에너지가 폭발과 함께 멀어지기 시작한다. 이 물질과 공간, 에너지들이 멀어져가면서 은하계와 은하계 내부의 천체들을 형성하게 된다는 것이다.

빅뱅 우주론은 이론의 전제로 '우주가 팽창하고 있다'는 허블의 관측을 근거로 한다. 또 은하의 이동속도는 지구와의 거리에 비례한다는 점도 들고 있다. 은하가 지구와 멀리 떨어져 있을 수록 더 빠르게 멀어지고 있다는 것이다. 이 이론은 현재 거의 유일한 과학적 우주 탄생의 이론이다.

빅뱅 우주론의 탄생배경

만약 우주가 팽창하고 있다고 가정하면 어떻게 우주의 기원을 설명하는 이론으로 발전할 수 있었을까 하는 의문이 있다. 이를 반대로 뒤집어 말하면, 즉 우주가 팽창하고 있다는 말을 뒤집으면 과거로 갈 수록 우주는 수축하여 점점 작아질 것이다. 그리고 마침내는 아주 작은 하나의 덩어리가 될 것이다. 그리고 다시 더 작아져 하나의 점이 되고, 그점이 우주가 처음 태어나는 순간일 것이다. 이렇듯 우주가 처음부터 지금처럼 있었던 것이 아니라 처음 태어났을 때부터 계속해서 팽창을 하여 현재의 우주가 된 것은 아닐까 하는 의문들이 대폭발, 빅뱅 우주론을 탄생하게 만들었다.

러시아 출신 미국의 학자 조지 가모프가 허블의 관측 결과를 바탕으로 우주의 초기 상태를 주장하면서 빅뱅 우주론을 제안하였다. 이는 러시아의 수학자이며 스승인 프리드만과 벨기에의 신부인 르메트르의 연구에 바탕을 두기도 했다.

빅뱅(대폭발) 이라는 이름을 갖게된 이유

빅뱅이라는 이름을 갖게 된 배경은 다음과 같다.

영국 케임브릿지대학 천문학과 교수 호일이 BBC와의 인터뷰에서 "우주가 어느날 갑자기 빵하고 대폭발을 일으켰다는 이론도 있다."며 비아냥 거리면서부터 이 이론은 빅뱅 이라는 이름으로 불리게 된다. 그런데 빅뱅 이론을 만든 가모프 역시 자신이 지었던 원시불덩이라는 이름 대신 빅뱅이란 이름을 사용했다.

빅뱅이론은 간단히 말해서 우주가 작은 점에서 시작해서 탄생한 후 지금까지 팽창하여 오늘날의 우주에 이르렀다는 이론이다. 얼핏 생각하기에 황당한 이론이라는 생각도 들고, 수백억년 전의 우주를 무슨 수로 알 수 있나 하는 생각도 든다. 하지만 부시할 수 없는 만큼 과학적인 증거들이 있기에 계속 논의가 되고 있다.

정상우주론

빅뱅우주론에서는 왜 우주가 대폭발을 일으켰는지에 대한 답을 내놓지 못한다. 또 관측이 정확하지 못하다는 것도 문제였다. 당시 허블이 계산했던 약 20억년이라는 우주의 나이가 지구의 나이인 45억년보다도 짧다는 모순도 발견되었다. 이러한 점들로 인해 영국 케임브리지대학 천문학과 교수들인 호일, 본디, 골드 등은 1948년에 정상우주론을 발표한다.

정상우주론에서는 우주가 영구불변하므로 우주의 탄생은 생각할 필요가 없는 것이며, 이는 지구의 나이와도 모순이 생기지 않는다고 주장했다.

1940년대 비슷한 시기에 나타난 빅뱅이론과 정상우주론은 결정적인 증거 없이 격렬한 논쟁이 지속되지만 빅뱅이론을 지지하는 증거가 하나, 둘 나오기 시작하면서 이 논쟁은 매듭지어진다.

우주마이크로파배경의 관측, 즉 별이나 은하 등에 관련이 없는 배경복사가 우주 모든 방향으로부터 균일하게 뿜어져 나오는 것이 확인되면서 이것이 대폭발의 중요한 증거로 제시되자 정상우주론은 완전히 사장되었다.

빅뱅이론의 문제점

빅뱅이론에 의하면 우주의 시작점, 즉 특이점은 엄청난 고온에서 시작되었다고 할 수 있다. 그런데 빅뱅이론으로는 우주가 탄생한 순간을 설명하지 못한다. 다시말하면 우주의 탄생이라는 대폭발이 이루어진 1초 후부터 설명이 가능하다. 얼마 안되는 시간일 수 있지만 우주의 탄생에서 그 1초는 매우 중요한 순간이다. 1초 이후의 순간부터는 많은 의문이 풀렸지만 여전히 기원은 알 수가 없다.

인플레이션 이론

MIT 출신의 천체물리학자 앨런 구스에 의한 이론으로, 이 이론의 주장에 의하면 대폭발이 발생하고 우주가 10억 X 10억 X 10억 X 10억배 이상 커졌다는 주장이다.

막 태어난 우주는 아주 작았지만 그 속에는 무한이라고 할 수 있는 에너지로 가득하게 차 있었다. 우주 탄생 후 10~36초 후 우주는 광속을 훨씬 넘는 엄청난 속도로 팽창을 시작하여 짧은 시간안에 엄청난 크기로 커졌다. 이것을 우주의 인플레이션이라고 한다.

그러나 이 이론 역시 우주의 탄생은 설명하지 못한다.

현재 우주탄생에 대한 이론으로 유일하다고 할 수 있는 이론이 빅뱅이론이다. 납득이 가지 않는 부분도 있지만 아직까지는 이보다 더 설득력을 갖는 이론이 나오지 못하고 있다. 내일 당장 이보다 더 발전되고 설득력이 있는 이론이 나올 수도 있을 것이고, 먼 훗날이 될 수도 있다.

과학에 대해 글을 쓰면서 매번 느끼는 거지만 사람의 궁금증은 발전의 시작이며, 이 궁금증을 해결하려고 하는 순간부터 발전은 진행되는거 같다는 생각이 든다.