[1분과학] 지금 우주는... 팽창하고 있다!!

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1분과학

2019. 6. 28.



1900년대 초 천문학계의 가장 큰 관심사 중 하나는 밤하늘을 뒤덮고 있는 미스터리한 먼지 덩어리에 있었다.

망원경으로 하늘을 바라보면 별과 별 사이에 흐리멍텅한 덩어리 같은 게 있었는데, 자세히 볼 수가 없으니 무엇인지 알 길도 없었다.

그저 아직 별이 되지 않은 먼지 덩어리라고 생각했다.

 

그러다 1919!

에드윈 허블이 당시 세계 최대의 망원경으로 이 먼지들을 볼 수 있게 되었고, 아주 놀라운 사실을 발견한다.

저 조그마한 덩어리들은 먼지 꾸러미가 아니었던 것이다.

저건 아주 먼 곳에 있는 은하들이었다.

 

우리 은하가 우주에서 유일한 은하가 아니라는 사실이 이 날 처음 밝혀진 것이다.

이게 딱 100년 전 일이다.

불과 100년 전 까기만 해도 우리 은하가 이 우주의 전부인 줄 알았다.

게다가 가장 가까운 먼지 꾸러미였던 안드로메다 은하에서는 우리 태양보다 7천배 밝은 별도 발견되었다.

갑자기 우주가 100, 1000배 더 커진 느낌이었다.

 

그러나 허블 인생 최대의 발견은 그 이후에 나온다.

1915년 아인슈타인의 일반상대성이론이 나오고, 수많은 수학자들과 과학자들은 이를 이용해 우주를 설명하기 위해 노력했는데

그중 수학천재 천문학자 르메트르가 아주 놀라운 사실을 증명해 낸다.

아인슈타인의 상대성이론에 따르면 지금 이 우주는 반드시 팽창하고 있어야 한다는 것이다.

 

르메트르는 아주 기쁜 마음으로 이 혁명적인 발견을 논문으로 발표했지만

당시에 그의 말을 들어주는 사람은 아무도 없었다.

그리고 아인슈타인은 르메트르에게 그 유명한 말까지 한다.

 

당신의 수학은 맞지만 당신의 물리는 끔찍하다.”

그만큼 우주 자체가 팽창한다는 것은 아인슈타인조차 받아들일 수 없을 정도로 이상한 것이었다.

 

 

그런데 바로 이것을 에드윈 허블이 망원경으로 확인한 것이다.

이걸 어떻게 알아내었느냐.

 

여기 파동의 성질을 갖는 소리와 빛이 있다.

고속도로와 같이 차가 빠르게 지나가는 곳에 가만히 서 있으면, 우리는 차가 지나갈 때 소리가 바뀌는 것을 알 수 있다.

 

이렇게 차가 지나갈 때 소리가 높은 음에서 낮은 음으로 바뀌는 이유는

듣는 사람을 기준으로 소리의 파장이 바뀌기 때문인데,

 

예를 들어

소리를 내는 물체가 우리에게 다가오면서 소리를 내면

파동의 간격이 이렇게 짧아져 파장이 짧을 때 나는 소리, 높은 음이 난다.

그런데 그 물체가 우리를 지나가는 순간부터는 반대로 멀어지면서 소리를 내기 때문에

파동의 간격은 길어지고, 파장이 길 때 나는 소리, 저음이 나는 것이다.

이게 바로 그 유명한 도플러 효과다.

 

그런데 이 도플러 효과로 멀리 있는 은하의 움직임도 알아낼 수 있다.

빛을 내는 물체가 빠른 속도로 다가오면서 빛을 내면

빛의 파장이 짧아져, 파장이 짧을 때 나오는 푸른색의 빛을 띠지만

반대로 빠른 속도로 멀어지면서 빛을 내면 파장이 긴 적색 빛이 난다.

 

그런데 저 우주에 있는 은하들이 모두 비정상적으로 적색 빛을 띠고 있었던 것이다.

우주는 사방으로 팽창하고 있었다.

이게 바로 지금으로부터 90년 전, 1929년의 일이다.

우주가 팽창한다.

모두를 엄청난 혼란에 빠트린 발견이었지만, 과학자들은 이내 바로 그 다음 질문을 하기 시작한다.

 

그러면 우주의 팽창 속도는 얼마나 빨리 줄어들고 있을까?

질량이 있는 모든 물질은 중력으로 서로를 끌어당기기 때문에 우주에 있는 천체들도 서로를 끌어당길 것이고, 이로 인해 팽창의 속도는 느려질 수밖에 없다.

 

그렇다면 얼마나 빨리 느려지고 있을까?

이 사실을 알아내기 위해 1990년대 두 개의 팀이 만들어졌는데, 여기에서 천문학 역사상 가장 중요한 관측 중 하나라고 할 수 있는 엄청난 발견이 일어난다.

그들은 이 발견으로 2011년 노벨물리학상까지 수상한다.

그들이 알아낸 것은 조금 무섭기까지 하다.

 

우주의 팽창 속도는 전혀 느려지고 있었던 게 아니다.

오히려 엄청난 속도로 우주의 팽창이 빨라지고 있었던 것이다.

아무것도 없어 보이는 저 빈 공간에 분명 어떠한 강력한 에너지가 우주를 팽창시키고 있었던 것이다.

 

우리는 이 에너지를 다크 에너지, 또는 암흑에너지라고 부른다.

그런데 이 암흑 에너지는 말 그대로 굉장히 암흑 같은 우주의 미래를 암시하고 있다.

이 암흑 에너지로 인해 우주의 팽창 속도는 끊임없이 증가할 것인데

빛의 속도는 언제나 그랬듯이 항상 일정할 것이다.

, 우주의 팽창 속도는 빛의 속도를 앞지르게 될 것이고

우주는 빛의 속도보다 더 빠르게 팽창할 것이다

 

이 말은 저 멀리 은하에서 나오는 빛이 언젠가는 우리에게 닿을 수 없게 된다는 얘기다.

다시 말해 저 반짝이는 은하들의 모습은 미래에 볼 수 없게 된다.

그들이 아무리 밝게 빛나도 그 빛은 우리에게 닿을 수 없기 때문이다.

 

따라서 먼 미래에 사는 사람들이 망원경으로 하늘을 보면 그들은 아무것도 없는 칠흑같이 어두운 밤하늘만 보게 될 것이다.

그리고 그들은 생각할 것이다.

이 우주엔 우리밖에 없구나.’

 

무수히 많았던 은하의 존재를 알지 못한 채 과거엔 우리가 서로 꽤 가깝게 살았다는 사실도 알지 못한 채, 그저 어두운 암흑만을 보며 살게 될 것이다.

그러니 이런 과학적 지식이 끊기는 일이 없도록 우리는 잘 배우고, 잘 전달해야 한다.

 

그렇지 않으면 미래인들은 또 다시 우리 은하가 유일한 은하라고 생각할 것이기 때문이다.

지금 우리가 이 우주를 유일한 우주라고 생각하는 것처럼