우주이야기: 빅뱅Big Bang

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.

미켈란젤로의 성스러운 탄생을 예고한 다섯 무녀

미켈란젤로의 성스러운 탄생을 예고한 다섯 무녀

작품을 Daum '광우의 문화읽기'에서 감상할 수 있습니다.

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<다섯 무녀와 예언자>

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<에리트레아 무녀>

독특한 의상의 무녀는 다리를 꼬고 앉아 있습니다. 그녀는 방대한 내용의 큰 책의 페이지를 열고 있고, 그녀의 동반자는 매달린 램프 위에 불을 올려놓고 입으로 불고 있습니다. 불길은 빛과 진리를 상징하며, 에리트레아의 머릿속에서 타고 있는 생각을 의미합니다.

482

<델피의 무녀>

아폴로의 지성소 델피에 앉아 있는 이 무녀는 무녀들 가운데 가장 젊고 아름답습니다. 이 그리스의 무녀는 약간 놀란 눈으로 왼쪽을 바라보는데, 그녀가 펼쳐든 두루마리에 적힌 내용이 천장화로 전개된 것을 바라보는 듯합니다. 그녀의 응시는 내면에 대한 성찰처럼 보이고, 정신적으로 투명해지는 듯합니다.

484

<리비아 무녀>

이 무녀는 자신의 커다란 예언서를 잡으려는 것인지 보다가 놓아두려는 것인지 알 수 없습니다. 이 그림을 위해 습작한 드로잉을 보면 미켈란젤로가 세부적인 표현에도 관심을 기울였음을 알 수 있습니다. 왼쪽 엄지발가락에 힘을 주고 몸을 일으키려는 자세를 그리면서 엄지발가락을 세 차례에 걸쳐서 드로잉했습니다. 채색면에서는 빛을 받아 찬란하게 변하는 색을 표현한 데서 미켈란젤로가 물감을 상당히 독창적으로 사용했음을 알 수 있습니다.

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<리비아 무녀를 위한 습작>, 1510년경, 28.9-21.5cm.

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<쿠매아 무녀>

자신의 예언서를 펼친 이 무녀는 천장화 가운데 가장 무서운 얼굴을 하고 있습니다. 입을 벌린 채 딱E가하고 위엄 있는 표정을 짓고 있습니다. 그녀가 무시무시하게 보이는 이유는 남자보다 더한 근육과 흔들리는 젖가슴, 그리고 유난히 길고 무쇠처럼 강해 보이는 왼쪽 팔뚝 때문입니다. 이런 것들이 관람자에게 두려움을 주는 위풍당당함으로 보입니다. 그녀의 나이는 백 살을 넘은 것이 아니라 천 살도 넘은 고대의 여인으로 보입니다. 그녀의 상체는 남자 장사와도 같지만, 다소곳하게 두 무릎을 붙이고 있는 하체는 상체에 비해 덜 남성적입니다.

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<쿠매아 무녀>의 부분

미켈란젤로는 예언자와 무녀들을 그릴 때 앞서 그린 그림들보다 강력하게 표현했는데, 그 변화는 인물의 크기가 거인처럼 커진 데서 찾을 수 있습니다. 그는 건축적 틀의 연속성을 유지하면서 천장의 실제 크기를 고려했기 때문에 의도적으로 이 인물들을 크게 그린 것입니다. 노아의 이야기에서 첫 세 장면을 그린 뒤 그는 인물들이 너무 작아서 편안하게 그릴 수 없다는 것을 느끼고 등장인물들의 크기를 키우기 시작했습니다. 그가 그렇게 판단하게 된 동기는 성서에 대한 구상을 변경함에 따라 생긴 것이며 다른 부분들도 거기에 맞추어 구상이 달라졌습니다. 다섯 무녀는 이교도이지만 그리스도의 출현을 예고한 사람들입니다. 이들의 유형은 개인적인 특성과는 거리가 멀고, 의상도 완전히 이상화되었습니다. 머리는 매우 단순한 형태이며 얼굴을 정면으로 하고 상체를 옆으로 들어 약간 숙인 모습입니다. 미켈란젤로는 이들을 넓은 대리석 옥좌에 앉아 있는 모습으로 묘사하면서 각각 두 명의 동반자 혹은 마귀를 대동하게 했는데, 그들은 책을 읽거나 글을 쓰거나 곰곰이 생각하는 모습들입니다. 여기서도 그의 풍부한 상상력을 볼 수 있는데, 예언자와 무녀들을 인간을 초월하는 모습으로 묘사하면서 예지력이 충만한 모습으로 표현했습니다.

우주의 미래

우주의 미래

아인슈타인은 일반상대성이론으로 태양의 중력에 의해 빛이 휘어지는 현상과 수성의 근일점perihelion(태양계의 천체가 태양에 가장 가까워지는 위치)이 이동하는 현상을 설명했지만, 우주론과 관련된 부분에서는 분명한 답을 제시하지 못했습니다. 그의 이론은 일련의 방정식으로 이루어져 있어 풀기가 매우 어려웠습니다. 러시아의 물리학자 알렉산드르 프리드만Alexandr Alexandrovich Friedmann(1888~1925)은 젊은 나이로 사망한 바람에 그의 업적이 최근까지 잊혀져있었습니다. 프리드만은 우주가 역동적이라고 가정한 뒤 여기에 우주공간은 등방성isotropic(한 지점에서 어떤 방향을 바라봐도 모두 같아 보인다는 뜻)이고 균질하다homogeneous(우주의 모든 지점에서 밀도가 균일하다는 뜻)는 두 개의 가정을 추가해 방정식을 단순화시켰습니다. 프리드만의 가정을 수용하면 아인슈타인의 방정식은 매우 간단해집니다. 프리드만의 세 가지 변수는 다음과 같습니다.

1. H: 우주의 팽창속도를 좌우하는 상수. 오늘날 이 상수는 허블상수Hubble's costant로 알려졌다. 허블은 우주의 팽창을 최초로 예건한 천문학자이다.

2. Ω(오메가): 우주공간의 평균밀도

3. Λ(람다): 빈 공간과 관련된 에너지 혹은 암흑에너지

허블상수(H)와 우주공간의 평균밀도(Ω) 그리고 암흑에너지(Λ) 세 개의 상수들은 서로 미묘한 관계를 유지하면서 우주의 미래를 좌우하는데, 빅뱅 이후 우주가 계속 팽창하고 있으나 천체들 사이의 중력이 팽창을 저지하고 있으므로 우주공간의 평균밀도가 우주의 팽창을 저지하는 일종의 브레이크 역할을 합니다. 지표면에서 수직방향으로 던질 경우 돌멩이는 지구중력의 영향 하에 결국 아래로 떨어지지만 돌멩이를 아주 빠른 속도로 던질 경우 아래로 되돌아오지 않고 지구의 중력권을 영원히 탈출하게 됩니다. 이와 같이 우주는 빅뱅에 의해 팽창을 시작했지만, 우주공간의 평균밀도가 팽창을 저지하는 브레이크 역할을 하는 것입니다. 돌멩이에 작용하는 지구의 중력과 팽창을 저지하는 우주공간의 평균밀도는 근본적으로 같은 역할을 하는 셈입니다.

우주공간에 진공에너지가 전혀 없다고 가정하고(Λ=0), 우주공간의 밀도를 임계밀도critical density로 나눈 값이 Ω 라고 할 경우 임계밀도는 1m3 당 수소원자 10개 정도입니다. 대충 비유를 들면 농구공 3개만한 부피에 수소원자 1개가 존재하는 셈입니다. 만약 Ω가 1보다 작을 경우, 즉 우주공간의 평균밀도가 임계밀도보다 작을 경우 우주공간에 존재하는 물질의 총량이 원래의 팽창을 저지할 만큼 충분하지 않다는 뜻이므로 우주는 대책 없이 팽창하다가 절대온도 0도에 거의 접근했을 때 총체적으로 얼어붙게 됩니다.

Ω가 1보다 클 경우에는 물체들이 행사하는 중력이 충분히 커서 우주는 어느 시점에 팽창을 멈추고 수축되기 시작하며, 우주의 온도는 다시 올라가고 별과 은하들이 서로 가까워집니다. 이런 식으로 수축이 계속되면 우주는 초고온상태가 되어 모든 생명체가 사라지면서 소위 말하는 빅크런치big crunch의 파국을 맞게 됩니다.

우주공간의 평균밀도와 임계밀도가 일치할 경우(Ω=1) 우주는 두 가지 극단적인 종말의 중간상태를 절묘하게 유지하면서 영원히 팽창하게 되며, 이는 인플레이션이론의 예견과 일치합니다.

우주가 빅크런치를 맞아 작은 점으로 수축되면 새로운 빅뱅이 일어날 가능성도 생깁니다. 우주론자들은 이런 우주를 진동하는 우주oscillating universe라 부릅니다.

알렉산드르 프리드만은 세 시나리오가 각기 시공간의 곡률curvature(휘어진 정도)을 결정한다는 사실을 증명했다. Ω가 1보다 작으면 우주는 영원히 팽창하게 되는데, 프리드만은 이 경우에 시간뿐 아니라 공간까지도 무한대로 팽창함을 입증했습니다. 이런 우주를 열린 우주open universe라 하는데, 시간과 공간이 모두 무한대로 뻗어나갈 수 있다는 뜻입니다. 프리드만은 이런 우주가 음(-)의 곡률을 갖는다고 했습니다. 음의 곡률을 갖는 대표적인 도형으로 말안장의 표면을 들 수 있으며, 이런 도형 위에서 평행선은 만나지 않으며 삼각형의 내각의 합은 180도보다 작습니다.

Ω가 1보다 크면 우주는 작은 점으로 수축되며 시간과 공간은 유한한 특성을 갖게 됩니다. 프리드만에 의하면 이런 우주의 곡률을 0보다 큽니다. Ω이 1과 같을 경우 공간은 평탄하고(곡률=0) 시간과 공간은 무한대가 됩니다.

우주가 팽창하고 있다면 팽창이 시작된 시점도 반드시 존재했을 터인데, 프리드만이 단순화한 아인슈타인 이론은 우주가 탄생한 시점에 대해 아무런 실마리를 제공하지 않습니다. 우주의 현재와 미래는 어느 정도 예측하지만 과거를 알아낼 방법이 없는 것입니다.

미켈란젤로의 <노아의 제사>, <대홍수>, <술 취한 노아>

미켈란젤로의 <노아의 제사>, <대홍수>, <술 취한 노아>

작품을 Daum '광우의 문화읽기'에서 감상할 수 있습니다.

시스티나 예배당 천장에서 노아에 관한 세 점의 그림을 찾기란 쉽지 않습니다. 고개를 젖히고 올려다보아야 하기 때문에 조금만 시간이 지나도 목이 뻣뻣해지고 통증을 느끼게 됩니다. 게다가 너무 많은 그림들이 펼쳐져 있기 때문에 시선을 이리저리 옮기다보면 어디가 어떤 그림인지 쉽게 분별되지 않습니다.

470

<대홍수>

여기에는 60명 이상의 사람들이 재난을 피하고 있고, 대부분 벌거벗은 모습이며, 물에 빠진 아들을 건져낸 아버지의 모습도 보입니다. 비에 침수되지 않은 땅이라고는 화면 하단 왼쪽이 전부입니다. 이 푸른 피난처에 비참한 인간들이 몸을 피하지만, 곧 물이 불어 잠길 것입니다. 오른쪽 작은 암석 위에도 이미 많은 사람들이 올라가 있지만, 곧 침잠될 운명에 처해 있습니다. 이미 결정된 운명임에도 불구하고 한 젊은이가 무모하게 나무 위로 오르려고 합니다. 잎이 다 떨어진 나무 뒤로 노아의 방주가 보입니다. 그곳만이 안전합니다. 방주 위 창문에서 희망의 상징인 흰 비둘기를 본 노아가 창문 밖으로 몸을 내밀고 밝아오는 하늘을 향해 감사의 몸짓을 취하고 있습니다. 노아의 가족은 무사했습니다. 노아의 세 아들 셈, 함, 야벳은 새로운 인류의 조상이 되었습니다.

466-2

<노아의 제사>

<최후의 심판>을 왼쪽 가장자리에 놓고 올려다볼 경우 오른쪽 끝이 <술 취한 노아>이고 왼쪽으로 <대홍수>와 <노아의 제사>가 있습니다.

아담의 10대 손인 노아는 당대의 의인으로 하나님과 동행했다고 구약성서에는 적혀 있습니다. 구약성서 첫 권인 창세기에 나오는 노아에 관한 이야기는 가장 유명합니다. 세상이 죄악으로 가득 차자 하나님은 사람뿐 아니라 짐승과 땅 위를 기는 것과 공중의 새까지 모조리 없애버리려고 마음먹었습니다. 그러나 유일한 하나님의 사람인 노아만은 마음에 들었기에 그가 600살 때 하나님이 말씀하셨습니다.

“하나님이 노아에게 이르시되 모든 혈육 있는 자의 강포가 땅에 가득하므로 그 끝 날이 내 앞에 이르렀으니 내가 그들을 땅과 함께 멸하리라. 너는 잣나무로 너를 위하여 방주를 짓되 그 안에 간들을 막고 역청으로 그 안팍에 칠하라.”(창세기 6:13~4)

노아가 분부대로 하자 하나님이 다시 말씀하셨습니다.

“여호와께서 노아에게 이르시되 너와 네 온 집은 방주로 들어가라. 네가 이 세대에 내 앞에서 의로움을 내가 보았음이라. 너는 모든 정결한 짐승은 암수 일곱씩, 부정한 것은 암수 둘씩을 네게로 취하며 공중의 새도 암수 일곱씩을 취하여 그 씨를 온 지면에 유전케 하라. 지금부터 칠일이면 내가 사십 주야를 땅에 비를 내려 나의 지은 모든 생물을 지면에서 쓸어버리리라.”(창세기 7:1~4)

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<술 취한 노아>

노아에 관한 마지막 작품인 <술 취한 노아>는 포도원을 가꾸는 첫 농군이 된 노아와 포도주에 관련된 에피소드를 주제로 하고 있습니다.

“노아가 농업을 시작하여 포도나무를 심었더니 포도주를 마시고 취하여 그 장막 안에서 벌거벗은지라. 함이 그 아비의 하체를 보고 밖으로 나가서 두 형제에게 고하매 셈과 야벳이 옷을 취하여 자기들의 어깨에 메고 뒷걸음쳐 들어가서 아비의 하체를 덮었으며 그들이 얼굴을 돌이키고 그 아비의 하체를 보지 아니하였더라.”(창세기 9:21~3)

노아는 대홍수가 있은 뒤 350년 후인 950살에 세상을 떠났습니다.

『탈무드』 이야기: 포도밭

『탈무드』 이야기: 포도밭

하루는 여우 한 마리가 포도밭 울타리 옆에서 어떻게 하든 포도밭으로 들어가려고 애를 썼습니다. 그러나 도무지 울타리를 뚫고 들어갈 방법이 없었습니다. 궁리 끝에 여우는 사흘을 굶고 몸을 홀쭉하게 만든 뒤 겨우 울타리 틈새로 들어갈 수 있었습니다.

포도밭에 들어간 여우는 맛있는 포도를 실컷 먹을 수 있었습니다. 하지만 막상 포도밭을 빠져나오려니 배가 불러서 도저히 빠져나올 수가 없었습니다. 그리하여 여우는 또다시 사흘 동안 굶은 뒤 몸을 홀쭉하게 만들어 가지고 간신히 포도밭을 빠져나올 수 있었습니다.

울타리를 빠져나온 후 여우가 말했습니다.

“결국 배고프기는 들어갈 때나 나올 때나 다를 바 없군.”