우주이야기: 빅뱅Big Bang
빅뱅이론을 제기한 사람은 자신의 분야에서 최고의 명성을 누렸던 에드윈 포웰 허블Edwin Powell Hubble(1889~1953), 조지 가모브Georgy Antonovich Gamov(1904~68) 그리고 프레드 호일Fred Hoyle(1915~2001)이었습니다. 우주론의 이론적 기초를 닦은 사람이 아인슈타인이었다면 천체관측에 입각한 현대우주론을 창시한 인물은 에드윈 허블이었습니다. 1889년 미국 몬태나주 마시필드Marshfield의 오지에서 태어난 허블은 권투선수이기도 했습니다. 한 프로모터는 허블에게 프로선수로 전향하여 당시 헤비급 세계챔피언이었던 잭 존슨과 타이틀전을 가질 것을 권유했을 정도였습니다. 허블은 1910년에 시카고 대학 법과를 졸업한 뒤 옥스퍼드 대학에 로즈장학금을 받고 진학하여 1910~13년에 법학을 공부했지만 법학에 관심을 잃고 시카고 대학으로 갔습니다. 처음에는 변호사로 일했으나 천문학에 흥미를 느껴 1914년부터 시카고 북쪽 약 100km 떨어진 위스콘신주의 윌리엄스베이에 소재한 여키스천문대Yerkes Observatory(시카고 대학의 천문 및 천체물리학과에 소속된 연구기구로 항성의 시선속도 연구 및 시차와 쌍성의 측정, 분광쌍성을 관측하는 곳)에서 천체관측에 몰두했으며, 1차 세계대전 후인 1919년에 캘리포니아주에 소재한 윌슨산천문대Mount Wilson Observatory(패서디나의 북동쪽 16km 지점에 있는 윌슨산의 해발고도 1,800m 산정에 있다)의 연구원이 되었습니다. 다른 사람보다 늦게 천문학 공부를 시작한 그는 남들보다 몇 배의 노력을 기울여 현대천문학의 아버지로 불리게 되었습니다.
1920년대 천문학자들은 은하수를 우주의 전부로 보았습니다. 우주의 크기에 관한 논쟁에서 가장 중요한 것은 별까지의 거리를 결정하는 것이었는데, 먼 거리에서 밝게 빛나는 별은 가까운 거리에서 희미하게 빛나는 별과 비슷해보이므로 천문학자들을 흥분하게 만든 논쟁은 이 모호함에서 비롯했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 허블은 우주 어디서나 동일한 양의 빛을 방출하는 표준촛불standard candle을 찾기로 했는데, 우주전역에서 항상 동일한 양의 빛을 방출하는 표준촛불을 찾을 경우 이보다 네 배 희미한 동종의 천체는 표준촛불보다 두 배 멀 거리에 있다고 결론지을 수 있기 때문입니다. 어느 날 밤 허블은 나선형 성운helix nebula 안드로메다Andromeda(혹은 the Chained Lady, 그리스 신화에서 에티오피아의 공주로 페르세우스가 구해준 미녀의 이름이다)의 사진을 분석하다가 미국의 여성천문학자로 청각장애가 있는 헨리에타 리비트Henrietta Swan Leavitt(1868~1921)가 집중적으로 연구해온 변광성Variable star(變光星, 세페이드Cepheid라고도 함)을 발견했습니다. 변광성이란 밝기가 주기적으로 변하는 천체로 별의 전체적인 밝기가 밝을수록 긴 주기를 갖고 있으므로 변광성의 주기를 측정하면 지구로부터의 거리와 실제 밝기를 유추할 수 있습니다. 허블은 북반구 별자리 중 하나로 페가수스자리와 페르세우스자리 사이에 있는 안드로메다 성운에서 발견한 변광성이 31.4일을 주기로 밝아진다는 사실을 알고 지구로부터의 거리를 계산했는데, 놀랍게도 이 별까지의 거리가 무려 1백만 광년이나 되었습니다. 은하수의 폭이 약 10만 광년이므로 변광성은 은하수를 훨씬 벗어난 곳에서 빛나고 있음이 분명했습니다. 은하수는 태양계가 속해 있는 성군입니다. 나중에 알려진 사실이지만 허블은 안드로메다까지의 거리를 과소평가했는데, 현재 알려진 거리는 약 2백만 광년입니다.
외부은하의 존재가 발견한 뒤, 허블은 1926년부터 은하들을 모양에 따라 분류하고 은하를 구성하는 항성의 구성과 은하의 밝기형태를 조사하기 시작했습니다. 이렇게 은하를 연구하는 동안 그는 1927년에 두 번째 위대한 발견을 했습니다. 은하들이 우리의 은하로부터 멀어지는 것으로 보이며 우리의 은하에서 멀리 떨어져 있는 은하일수록 더욱 빠르게 멀어진다는 것입니다. 이 발견이 의미하는 것은 엄청났는데, 그동안 정지상태일 것으로 생각되었던 우주가 팽창하고 있으며, 더욱 놀라운 사실은 929년에 역시 허블이 발견한 것으로 우주는 은하의 거리와 속도의 비가 현재 허블상수로 불리는 일정한 값을 갖고 팽창하고 있다는 것입니다. 허블의 연구결과가 알려지면서 우주는 방대한 영역으로 확장되었다. 알고 보니 수백만 혹은 수십억 개의 은하들로 우글거리는 아수라장이었고, 우주의 크기는 10만 광년 남짓한 규모에서 수십억 광년으로 확장되었다. 허블은 천문학계의 영웅이 되었습니다.