경이로운 우주

경이로운 우주 - 낭만적이면서도 과학적인 시선으로 본 우리의 우주
브라이언 콕스.앤드루 코헨 지음, 박병철 옮김 / 해나무 / 2019년 2월

우주를 이해하는 과정은 범죄 수사 과정과 비슷하다. 다른 점이라곤 수수께끼를 해결하는 결정적 증거가 지문이나 발자국이 아닌 빛에 담겨 있다는 것뿐이다. 우리는 시간이 처음 탄생하던 무렵에 방출된 태초의 빛을 감지할 수 있게 되었다. 별은 아주 먼 곳에서 수소 기체가 중력으로 응축된 결과이며, 관측 가능항 우주의 끝에서 발견된 은하들은 우주가 처음 탄생한 직후에 형성된 별의 집단이다.100년 전에 누군가 이런 주장을 펼쳤다면 미친 사람 취급을 받았을 것이다.(p133)


뉴턴의 중력 법칙은 여러 면에서 아름답기 그지없다. 무엇보다도 이 법칙은 우주의 모든 곳에서 똑같이 적용된다. 단 하나의 예외는 블랙홀 근처인데, 이런 특별한 영역에서 중력을 설명하려면 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 도입해야 한다. 그러나 별의 주위를 도는 행성과 은하의 중심을 도는 별, 그리고 은하 자체의 운동을 설명할 때는 뉴턴의 법칙만으로도 충분하다. 또한 뉴턴의 중력 법칙은 빅뱅이 일어난 직후부터 지금까지, 모든 시간대에 똑같이 적용된다. (p260)


1054년 7월 4일, 무거운 별이 수명을 다해 거대한 폭발을 일으켰다. 우리은하에서는 평균 100년에 한 번꼴로 초신성이 폭발하는데, 1054년의 폭발은 위험하게도 6000광년이라는 가까운 거리에서 일어났다. 게성운은 과거 한때 태양보다 10밴 무거웠던 별이 초신성 폭발을 일으키고 남은 잔해로서, 지금도 초속 1500km 라는 어마어마한 속도로 팽창하는 중이다. 밝게 빛나는 구름의 한가운데에는 한때 태양보다 무거웠던 별의 중심부가 자리 잡고 있다. 광학망원경으로 보면 그다지 특별한 구석이 없지만, 전파망원경으로 관측하면 정확하게 30.2초마다 한 번씩 라디오파 신호가 감지된다. 1967년에 조슬린 벨의 전파망원경에 잡힌 신호와 비슷하다. 당시 케임브리지 관측팀이 감지한 것은 외계인이 보낸 신호가 아니라, 빠른 속도로 자전하는 중성자별, 즉 펄서(pulsar) 였다. (p307)


우주는 지금도 변화의 소용돌이 속에서 삶과 죽음이 반복되고 있다. 그 삶과 죽음에 대해서 지구와 태양도 벗어나지 못한다. 지구는 태양을 따라서 움직이고, 태양 또한 은하의 중심지를 따라 공전한다. 이 과학적인 진리는 생명체가 지구안에서 살아갈 수 있는 기초적인 원리이기도 하다. 태양을 중심으로 지구가 공전과 자전을 함으로서 중력이라는 실체를 우리는 감지하며, 중력은 지구 안에서 보여지는 네가지 힘 중에서 가장 약한 힘이지만 전우주에 공통적으로 존재하는 힘이기도 하다. 인간이 지구에 붙어서 평온하게 살아있는 이유도 중력의 영향이며, 지구 안에서 생명체들은 중력의 원천에 의해서 진화를 거듭해 왔다.


지구에서 저 먼 곳의 어느 한 점에 대해서 , 고정되어 있는 것처럼 보이는 별에 대한 지식,은하에 대한 지식을 알 수 있는 것은 빛의 힘이다. 인간은 그동안 미스터리한 존재, 빛에 대해 과학적으로 연구해 왓으며, 빛은 무엇으로 이뤄졌는지 분석해 왔다. 허블 망원경이 만들어졌던 것은 전 인류의 숙원이었고, 우주 저 먼곳에 대해 알고 싶은 과학자들의 호기심에서 시작되었다. 또한 빛은 무한대의 속도를 가지고 있다고 생각해 왔지만 그것은 오류라는 걸, 물리학과 수학을 통해서 , 관측 장비를 활용해 검증해 왔었다. 그동안 고전 물리학은 빛에 기초한 뉴턴의 물리학이었고, 오랫동안 우리의 과학적 진리를 뉴턴의 연구에서 찾아왔다. 완전 무결하다고 생각한 뉴턴의 학설 또한 틀렸다는 걸 수성의 공전 궤적을 분석하면서 찾아나서게 된다. 수성의 공전과 자전 궤도에서 보여지는 작은 오차들의 원인을 분석하는 과정에서 뉴턴의 학설이 틀렸다는 것을 재확인하게 되었으며, 아인슈타인의 상대성 이론이 나타난 이유도 여기에 있다.


우리는 우주에 대해서 여전히 궁금하다. 우주의 과거의 기원에 대해서 알고 싶으며, 우주의 수명이나 크기에 대해서 찾아보고 싶다. 블랙홀의 실체, 실제 우리가 보이는 것들 이외 에 숨어있는 암흑 에너지에 대해서 여전히 그 답을 얻고자 하는 천문학자, 물리학자는 존재하고 있다. 과학은 질문을 통해서 기존의 학설을 의심하고, 그 의심 속에서 새로운 학설들이 탄생된다. 물론 우리 앞에 놓여진 아인슈타인이 남겨놓은 물리학적인 학설 또한 후대에 본명 검증될 것이며, 최금 검증된 중력파의 발견처럼 ,지금의 관측장비들이 더 발전한다면, 과학자들이 생각해 왔던 가설들이 하나 둘 검증될 가능성이 크다,  새로운 관측도구들은 우주를 좀 더 자세히 이해할 수 있는 주춧돌이 될 수 있다.