왜 우리 은하는 처녀자리 은하단으로 돌진하고 있을까? 우주 배경 복사를 고공에서 관측한 조지 스무트George Smoot와 그의 동료들은 처녀자리 은하단의 중력 작용으로 우리 은하수 은하가 이 은하단의 중심으로 빨려 들어가는 중이라는 제안을 내놓았다. - P511
스무트는 그 은하단 내부에 여태껏 알려진 것보다 훨씬 더 많은 수의 은하들이 존재할 것으로 예상했으며, 이 은하단이 차지한 공간 역시 20억 광년을 가로지르는 방대한 규모라고 밝혔다. - P511
우주의 탄생 초기에 물질 분포의 비균질성이 있었다고 하더라도, 그것이 자라서 지금의 처녀자리 초은하단 정도의 질량을 끌어 모으기에는 우주의 나이가 충분하지 않다. 그럼에도 불구하고 우주 배경 복사의 관측 결과는 처녀자리 초은하단에 그렇게 거대한 양의 물질이 몰려 있어야만 하는 것으로 해석됐던 것이다. - P512
따라서 스무트는 대폭발 당시 우주의 물질 분포에는 상당한 수준의 비균질성이 있었을 것이라는 결론을 내릴 수밖에 없었다. 비록 그가 수행한 우주 배경 복사의 고공 관측 결과가 자신의 예상에 걸맞은 수준의 비균질성을 보이지 않았지만 처녀자리 초은하단의 질량으로부터 그는 우주 초기의 물질 분포가 심하게 불균일했다는 결론에 도달할 수 있었던 것이다. - P512
완전 대칭인 배경 복사장 안에서 관측자가 움직인다면, 운동 방향에서 오는 빛은 청색 이동을 일으키고 반대 방향에서 오는 빛은 적색 이동을 할 것이다. 즉 우주 배경 복사가 관측자의 후방보다 전방에서 약간 더 밝게 보일 것이다. - P512
또한 밝기의 차이는 속력에 비례할 것이다. 밝기 분포의 이러한 비대칭 성분을 우리는 쌍극자성분이라고 부른다. 스무트의 우주 배경 복사 관측에서 쌍극자 성분이 검출됐으며, 이것을 이용해 우리 은하수 은하의 운동방향과 속력을 결정할 수 있었다. 운동의 방향은 처녀자리 쪽이었고 처녀자리 초은하단의 질량은 속력에서 가늠할 수 있었다. - P512
은하수 은하가 처녀자리 쪽으로 움직인다는 사실만을 놓고 볼 때 처녀자리 초은하단에 막대한 양의 질량이 몰려 있어야 한다. 그런데 우주 배경 복사의 고공 관측 결과에서는 그러한 규모의 비균질성이 드러나지 않는다. 그렇기 때문에 패러독스라는 말이다. - P512
거의 동시에 매우 좁은 영역에서 두 개 또는 그 이상의 대폭발이 있었다면, 이 패러독스를 해결할 수 있을지 모르겠지만 말이다. - P513
현대 관측에서는 다양한 척도의 비균질 분포 구조를 우주 배경 복사에서 검출할 수 있었으며 이러한 관측결과가 우주론의 제한 조건으로 쓰인다. - P512
사람들은 보통 특이점에서 벌어진 상황에 대한 설명을 신의 몫으로 떠넘긴다. 이것은 여러 문화권에 공통된 현상이다. - P513
하지만 신이 무無에서 우주를 창조했다는 답은 임시변통에 지나지 않는다. 우리가 근원을 묻는 이 질문에 정면으로 대결하려면 당연히 "그렇다면 그 창조주는 어디에서 왔는가?"라는 질문을 해결해야 한다. 만일 이 질문에는 답이 없다는 식의 결론밖에 내리지 못한다면, 차라리 우주의 기원 문제에는 답이 없다 하고 한 단계 단축하는 것이 어떨까? 또 한편으로, 신은 항시 존재했다는 결론을 내린다면, 역시 한 단계 줄여, 우주가 항시 존재했다고 하면 어떻겠는가? - P513
어느 문화권이든지 창조 이전의 세상과 세계 창조에 관한 신화를 갖고 있다. 세상이 "신들의 짝짓기에서 만들어졌다."라거나, "우주의 알에서 태어났다."라는 식의 소박한 우주관을 우리는 세계 도처에서 만나게 된다. 이러한 신화들은 우주가 사람이나 동물이 하는 바를 따라했다는 순진한 상상에 그 뿌리를 두고 있다. - P513
과학은 스스로에게 끊임없이 질문을 던지고 제안의 사실 여부를 검증하기 위하여 실험하고 관찰한다 - P515
어느 문화권이든 사람들은 자연에 내재하는 주기성을 즐기며 그 주기성을 최대로 활용한다. - P515
사람들은 오랫동안 ‘신이 의도하지 않아도 자연의 주기성이 가능할 수 있을까?‘를 고민했다. 수십 년 세월의 인생에도 주기성이 있다면 영겁의 신의 세계라고 주기성이 없으란 법이 있겠는가? - P515
인류 문화의 위대한 종교들 중에서 힌두교만이 코스모스가무한 반복된다는 것을 믿는다. 우주가 생生과 멸滅의 끝없는 순환을 반복한다는 것이다. - P515
현대 우주론이 밝힌 시간 척도와 비슷한 크기의 척도로 시간의 흐름을 이야기하는 유일한 종교가 바로 힌두교이다. - P515
일상의 하루는 낮과 밤 24시간이다. 그러나 브라흐마의 하루는 지구인의 시간으로 86억 4000만 년에 해당한다. 86억 4000만 년이라니! 이것은 지구나 태양의 나이보다 긴 시간이고 우주가 대폭발 이래 오늘에 이르기까지 경과한 시간의 절반도 넘는 참으로 장구한 시간이다. 힌두교의 가르침은 브라흐마의 1년보다 더 긴 세월도 언급한다. - P516
우주가 신의 꿈에 불과하다는 생각에는 누구나 심오한 매력을 느끼게 된다. - P516
신은 브라흐마의 1년이 100번 지난 다음에 스스로를 분해하여 꿈 없는 잠의 세계와 합일한다. 그러면 우주도 스스로를 해체해서 신과 합일된 상태에서 브라흐마의 1세기를 지낸다. 그 다음에 신은 잠에 빠진 스스로를 꿈틀거리며 깨워 자신을 재구성한다. 그리고 다시 우주적 꿈으로 빠져 들어간다. 이렇게 하여 무한히 많은 세계들이 생긴다. 그리고 이 세계에는 각각 우주적 꿈을 꾸는 무수한 신들이 있다. - P516
그런데 힌두교의 이 위대한 가르침은 다른 가르침, 어찌 보면 더 위대한 가르침을 통해 발전될 수 있다. 그것은 사람이라는 존재가 신의 꿈이 아니라, 신이 사람이 꾸는 꿈의 소산일지도 모른다는 가르침이다. - P516
인도 문화에는 신이 많은데, 같은 신일지라도 그 현현 양식이 다양하다. - P516
11세기에 만들어진 촐라 Chola 왕조의 청동상에서 우리는 시바 Shiva 신의 다양한 모습을 엿볼 수 있다. 시바 신의 여러 현신現身 중에서 우주의 새로운 주기가 시작할 때마다 이루어지는 창조를 춤으로 형상화한 것이 가장 우아하고 장대하다. - P516
시바의 우주적 춤을 모티프로 한 이 청동상에서 시바 신은 네 개의 손을 가진 춤의 제왕 나타라자 Nataraja로 나타난다. 위로 치켜든 오른손은 창조의 소리를 내는 북을 들고, 왼손은 화염을 쥐고 있다. 널름거리는 불꽃의 혀는 이번에 새로 태어나는 우주도 수십억년 후에 다시 멸망함을 상징한다. - P516
심원한 의미를 담고 있는 아름다운 이 신상들에서 나는 현대 천문학에서 태어날 각종 아이디어들의 전조를 즐거운 마음으로 읽어 낼 수 있다. - P517
마야 문명의 유적에서 볼 수 있는 시간 개념도 아득한 과거에서 때로는 먼 미래로 넘나든다. 100만 년 이상의 과거를 언급한 유적이 하나 있다. 마야 문명을 연구하는 학자들이 논의하는 중이기는 하지만, 그래도 또 다른 유적은 4억 년 전의 과거를 이야기하고 있다. 이러한 유적에 언급된 사건 자체는 신화적 설화일지 모르지만, 그들이 생각할 수 있었던 시간의 척도에서 우리는 마야 문명의 비범성을 만나게 된다. - P517
세상의 나이가 겨우 수천 년이라는 성서적 사고의 오류를 유럽 문명이 겨우 인식하기 시작한 게 인류사의 아주 최근의 일이 아닌가. 그런데 그보다 1,000년 전에 마야 문명은 이미 100만 년의 세월을 생각할 줄 알았고, 인도인들은 수십억 년을 상상할 수 있었다. - P517
우주는 대폭발 이래 지금까지 계속해서 팽창해 왔을 가능성이 크다. 그렇다고 해서 앞으로 우주가 영원무궁 팽창할지는 아직 확신할 수 없다. 우주 팽창의 속도가 점점 느려지다가 결국 멈춘 다음, 팽창의 방향을 바꿔 수축할 수도 있기 때문이다. - P517
우주에 내재하는 물질의 밀도가 어떤 임곗값보다 작으면 현재 후퇴 운동 중인 은하들 사이의 중력이 팽창을 멈추기에는 역부족이어서 우주의 팽창은 영원히 지속될 수 있다. - P517
그러나 만일, 빛으로 관측 가능한 물질의 질량보다 훨씬 많은 양의 물질이 우주 여기저기에 숨어 있다면 후퇴하던 은하들은 중력으로 서로 묶여서 인도의 창조 신화에서 볼 수 있는 팽창과 수축을 반복하는 우주적 주기 운동에 동참할 수 있다. - P517
한편 빛으로 자신의 존재를 드러내지 않는 소위 ‘잃어버린 물질‘의 후보로서 블랙홀을 쉽게 떠올릴 수 있을 것이다. - P517
밀도가 매우 낮고 온도가 지극히 높은 물질도 천문학자들의 관측에 쉽게 걸리지 않는데, 은하들 사이의 공간이 저밀도고온의 물질로 채워져 있을 수 있다. 그러므로 빛을 이용한 관측으로 검출할 수 있는 천체들의 총질량보다 훨씬 많은 물질이 우주에 내재할 가능성도 배제할 수 없다. 그렇다면 코스모스는 영원히 팽창과 수축을 반복할 것이다. - P518
수축과 팽창의 새로운 주기가 열릴 때마다 새롭게 태어나는 코스모스, 그것은 바로 인도 신화가 우리에게 가르쳐 준 우주의 실상이다. 우리가 살고 있는 코스모스가 바로 그렇게 진동하는 우주라면 대폭발은 우주 창조의 순간으로 볼 수 있지만 동시에 이전 우주가 완전히 파괴되는 최후의 순간으로 볼 수도 있다. - P518
우리는 영원히 팽창하는 우주도 싫고 팽창과 수축을 반복하는 진동 우주도 달갑지 않다. 우선 지금으로부터 100억 년 전인지 200억 년전인지 그 구체적 시간은 크게 문제가 되지 않지만, 어떻든 하나의 우주가 어느 순간에 갑자기 생겨 팽창을 시작한 것은 확실하다. - P518
무한정 계속 팽창하는 우주론에 따르면 은하들은 팽창과 더불어 우주의 지평선cosmic horizon 너머로 하나둘씩 사라질 것이다. 그러다가 은하수 은하의 지평선 안에 끝까지 남아 있던 마지막 은하마저 지평선 너머로 사라지고 나면 홀로 남은 은하수 은하는 우주적 고독을 혼자 참아 내야 한다. 이렇게 되면 지구상에 살던 외계 은하 연구자들의 일거리가 없어진다. - P518
어디 그뿐인가. 별들은 차갑게 식어 모두 죽고, 물질은 모조리 소립자의 상태로 돌아간다. 결국 소립자들만이 흐릿하게 분포하는 아주 재미없고 적막한 세상이 도래한다. 이것이 영원히 팽창하는 우주가 맞이할 최후의 운명인 것이다. - P518
진동 우주의 운명은 어떻게 되는가? 진동 우주에서 코스모스는 시작도 없고 끝도 없으며 끝없이 반복되는 생과 멸의 중간에 자리할 뿐이다. 한 주기가 끝나고 다음 주기로 넘어갈 때, 앞의 코스모스에서 다음 코스모스로 어떠한 정보도 흘러 들어가지 못한다. 전생 우주에 있던 은하, 별, 행성, 생물 그리고 문명이 후생 우주가 태어나는 대폭발의 특이점을 넘지 못하고 모두 사라지고 만다. - P519
영원무궁의 팽창 우주든 팽창과 수축을 반복하는 진동 우주든 우울하기는 마찬가지이다. 한 가지 위안 삼을 만한 점이 있다면 운명의 그 순간까지 아직 긴 시간이 남아 있다는 사실이다. 앞으로 수백억 년, 또는 이보다 더 긴 세월이 남아 있다. 코스모스가 멸망할 때까지 수백억 년의 세월 동안 현생 인류와 그의 후손이 이룩할 위업에 대한 기대와 희망이 우리를 우주적 우울증에서 구원해 줄 것이다. - P519
우주가 실제로 진동한다면 의문의 행렬은 계속된다. 팽창에서 수축으로 바뀔 때, 그래서 은하의 적색 이동이 청색 이동으로 반전될 때 인과因果관계에도 역전이 생겨 결과가 원인에 앞설 수 있다고 생각하는 학자들이 있다. 연못에 파문이 먼저 생기고 그 다음에 내가 돌을 던지는 격이란 이야기이다. 또 횃불이 타기 시작하고, 그 다음에 성냥을 그어 댄다는 식의 현상이 벌어질 수도 있다. 팽창이 수축으로 반전될 시기에는 무덤에서 탄생을 맞고 어머니 뱃속에서 죽음으로 삶을 마감한다니, 도대체 뭐가 뭔지 통 알아들을 수가 없다. 우리는 인과 관계의 역전을 제대로 이해했다고 아는 체하기 어렵다. 시간이 거꾸로 흐를까? - P519
과학자들은 팽창이 수축으로 바뀌는 순간 진동 우주에 어떤 일이 일어날까 궁금해 한다. 자연의 법칙들이 그 순간 무작위적으로 마구 뒤섞인다고 믿는 학자들도 있다. 그들의 주장에 따르면 우주에서 일어나는 온갖 자연 현상을 지배한다고 알려진 물리학과 화학의 제반 법칙들은 무수히 많은 가능성들 중 하나일 뿐이기 때문이다. 매우 제한된 범위의 법칙들만이 현생 우주에서 볼 수 있는 은하, 별, 행성, 생명 그리고 지능 등의 현상을 합리적으로 설명할 수 있다. - P520
우주의 팽창과 수축이 역전되는 순간에 법칙들이 멋대로 뒤섞인다면 그때 얻어지는 법칙이 현생 우주를 설명하는 법칙들과 우연히 일치할 확률은 실질적으로 0이다. 그러니까 전생 우주와 현생 우주 사이에 어떤 공통성도 기대할 수 없다. - P520
자연법칙의 뒤섞임이 팽창과 수축의 변환점에서 일어나지 않을 것이다. - P520
우주가 이미 여러 차례 팽창과 수축을 반복했으며 그때마다 다른 중력 법칙들이 선택됐다고 하자. 중력 법칙의 후보들 대부분이 실제로는 매우 미약한 중력을 동반한다. 이렇게 미약한 세기의 중력만으로는 우주를 한데 묶어 둘 수 없을 것이다. 그러므로 우주가 선택한 대부분의 중력에서는 우주가 흩어질 것이고, 그렇기 때문에 더 이상 팽창과 수축의 반복은 기대할 수 없다. 결과적으로 중력 법칙의 새로운 후보가 채택될 가능성이 자동적으로 배제된다. - P520
우리는 다음과 같은 결론에 도달한다. 우주가 유한한 기간 동안만 존속하든가, 팽창ㆍ수축의 매 주기마다 자연은 제한된 극히 일부의 법칙들만 선택할 것이다. 그렇다면 팽창이 수축으로 반전되는 순간에 일어나는 자연법칙의 뒤섞임이 완전히 제멋대로일 수는 없다. 후보 법칙들에서 선택이 이루어질 때 모종의 규칙이 준수돼야 할 것이다. 어떤 법칙은 선택되고 어떤 것들은 선택해서는 안 되고 하는 식의 제한 조건들이 있을 것이란 말이다. - P520
‘법칙 선택의 법칙‘ 은 기존의 물리학을 뛰어넘는 새로운 물리학으로 우리에게 다가올 것이다. 이 지경에 이르면 인간의 언어는 빛을 잃는다. 새로운 물리학에 붙일 적당한 이름을 찾기 어렵다. ‘파라물리paraphysics‘ 이니 ‘메타물리 meta-physics‘ 니 하는 이름들은 여기서 요구되는 의미와는 전혀 다른 뜻으로 이미 사용되고 있다. 그렇다면 ‘초월물리transphysics‘ 라는 표현은 어떨까? - P520
우리 우주가 영원무궁 팽창하는 우주인지, 아니면 팽창과 수축을 주기적으로 반복하는 우주인지 누구나 확인하고 싶을 것이다. 구별할 수 있는 방법이 있다. 우주 물질의 재고를 조사하는 것이 그 한 가지 방법이다. 그리고 다른 하나는 코스모스의 끝, 영원의 벼랑 끝까지 가보는 것이다. - P520
전파 망원경은 아주 멀리 있는 천체의 미약한 신호도 잡아낸다. 그래서 우리는 수억 광년 이상 떨어져 있는 퀘이사의 신호도 확인할 수 있다. 가장 가까운 퀘이사라고 해도 5억 광년은 떨어져 있고, 100억 광년, 120억 광년, 아니 이보다 더 먼 거리에 있는 퀘이사들도 많다. - P520
공간적으로 멀리 떨어진 곳을 볼수록 시간적으로는 먼 과거에 일어난 상황을 보는 것이라는 이야기를 앞에서도 했다. 따라서 120억 광년 떨어져 있는 퀘이사를 관찰하는 것은 그 퀘이사의 120억 년 전 모습을 보는 것이다. 멀리 볼수록 더 오래된 과거에 손을 대는 것이다. 우주의 지평선 근처를 본다면 우리는 대폭발 시대의 우주와 같이 하게 되는 것이다. - P521
대형 배열VLA, Very Large Array은 27대의 전파 망원경으로 구성된 전과 간섭계로서 뉴멕시코 주의 오지에 설치돼 있다. 개별 망원경이 수신하는 전파 신호의 위상을 모두 고려해서 망원경의 배열을 미리 결정하고 관측을 시작한다. 구성 망원경들을 전선으로 연결하여 각 망원경으로 들어오는 신호의 세기와 위상을 합성함으로써 망원경 27대가 하나의 망원경같이 작동하도록 고안됐다. - P521
가장 먼 두 안테나의 거리가 합성 망원경의 지름에 해당한다. 그러므로 대형 배열은 지름이 수십 킬로미터에 이르는 거대한 전파 망원경이라고 생각해도 좋다. 따라서 대형 배열은 가시광선 대역을 분석하는 광학 망원경처럼 전파 대역의 자잘한 스펙트럼을 상세하게 분석할 수 있는 지상 최대의 전파 망원경이다. - P522
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