우주의 시작에 대해 쉽게 풀어쓴 책

최초의 3분 - 우주의 기원에 관한 현대적 견해
스티븐 와인버그 지음, 신상진 옮김 / 양문 / 2005년 2월

우리는 우주가 어떻게 탄생하였는지 알고 있는가? 어떤 이들은 큰 폭발에 의해서 탄생되었다고도 하고, 어떤 이들은 전지전능한 이가 만들었다고도 한다. 이처럼 대부분의 사람들이 우주의 탄생에 대해 잘 알지 못한다. 대부분의 우주에 관한 책은 어려운 공식들과 수식들로 가득 차 있기 때문이다. 그러나 이 ‘최초의 3분’이라는 책은 조금 달랐다. 이 책에서는 우주가 탄생하는 ‘최초의 3분’동안 있었던 일에 대해서 천문학을 전공하지 않은 사람도 알기 쉽도록 쉽게 풀어쓰고 있다. 기존의 공식과 난해한 개념을 용어 설명부터 차근차근 시작하여 알기 쉽게 설명해주고, 적절한 비유를 씀으로써 우주의 탄생에 대한 어려운 여러 이론들을 일반인도 접할 수 있도록 도와주고 있는 것이다. 그럼 이 책에서 우주의 탄생을 어떻게 묘사하고 있는지 알아보자.

 맨 처음 우주의 온도는 1000억 K정도로 엄청나게 높았다. 이 때에는 우리가 지금 알고 있는 원자의 개념이 존재하지 않았고 빛과 비슷한 개념인 복사와 약간의 물질-뉴트리노, 반뉴트리노-들로 채워져 있었다. 우리가 지금 속도로만 이용하는 ‘빛’이란 물질이 태초 우주의 구성성분이었다는 것은 매우 흥미로운 사실이다. 이 시기에선 ‘빛’의 높은 복사에너지를 이용해 반튜트리노와 양성자가 양전자와 중성자를 만드는 것, 또는 뉴트리노와 중성자가 전자와 양성자를 만드는 반응이 열평형이 이루어질 때까지 끝없이 반복되며 일어난다. 또한 끝없는 속도로 팽창하고 있다. 이러한 반응이 0.11초가 경과하면 우주의 언도는 300억 K로 떨어지게 된다. 이 때의 우주는 여전히 전자, 양전자, 뉴트리노, 반뉴트리노, 광자가 지배적이며 이들은 모두 열평형의 상태에 있다. 다시 우주의 온도가 100억 K으로 떨어지면 비로소 입자들은 자유입자처럼 행동할 수 있게 되고, 전자, 양전자, 광자들은 열평형에 있지 않게 된다. 중성자와 양성자들은 아직도 뿔뿔이 흩어져 있는 상태이다. 우주의 온도가 30억 K으로 떨어졌을때는 이미 13.82초가 지난 후이다. 이제 우주의 중요한 구성요소였던 전자와 양전자는 습속히 소멸하기 시작한다. 그리고 중성자와 양성자가 원자핵으로 결합하여 안정된 핵들이 생성되기 시작한다. 양성자 하나와 중성자 하나의 원자핵으로 이루어진 헬륨은 우주와 별을 구성하는데 아주 중요한 구성성분이 된다. 태양만 해도 처음 탄생시 주성분이 헬륨이었다. 이러한 구성성분이 만들어지기 시작한지 약 3분 46초가 지나면 남아있는 중성자들이 모두 헬륨핵들로 요리되어 버림으로써 우주의 조리가 완성된다. 끝없이 무한하고 끊임없이 팽창한다고 알려진 우주는 결국 원자보다 훨씬 더 작은 입자들로부터 시작해서 3분만에 탄생한 것이다. 이제 우주는 헬륨을 이용해 아기별들을 생산하기 시작한다.

 지금까지 이 책의 핵심이라 할 수 있는 최초의 3분에 대해 간략하게 얘기해보였다. 이것은 매우 쉬운 이야기처럼 보이지만, 사실 이 결과를 알아내기 위해서는 수많은 우주학자들의 노고가 있었다. 이 책에서는 18세기부터 시작한 우주론이 어떻게 변화되어왔는지, 이 우주론의 하나하나들을 뒷받침하는 증거가 무엇인지 자세히 설명해주고 있다. 그 내용들은 내가 일반인치고는 과학을 알고 있는 공대생임에도 불구하고 이해하기가 매우 힘들었다. 이해하기도 힘든 내용들을 규명하기까지 얼마나 많은 우주학자들이 고생을 했을까? 그러나 우주의 탄생을 규명하고 궁금증을 풀어나가는 것은 정말 매력적인 일일 거라는 생각이 들었다. 매우 난해한 내용이긴 하지만 어떻게 보면 엄청나게 큰 우주에서 정말 미미하게 보잘 것 없는 존재인 인간이 우주의 탄생에 대해 규명한다는 매력적인 일에 나도 모르게 끌리게 된다. 이 책은 그럼 의미에서 힘을 들지만 읽어볼만한 가치가 있는 책이었던 것 같다.