우주의 끝을 찾아서 - 이강환 저 / 책임편집 : 김예지

우주의 끝을 찾아서
이강환 지음 / 현암사 / 2014년 4월

난이도 : ★★★☆

61 ~ 62. 실제로 우리 우주는 계속해서 가속 팽창을 하고 있는 것이 아니라 처음 약 70억 년 동안은 감속 팽창을 하다 그 후 약 70억 년 동안 가속 팽창을 하고 있다. 

그래프의 모양이 두 번 휘어져 있는 이유가 바로 그 때문이다. 암흑물질과 암흑에너지의 줄다리기는 최종적으로 암흑에너지의 승리로 끝났다. 우주는 영원히 가속 팽창을 할 것이고 암흑물질은 그것을 막을 힘이 없다.

가속 팽창하는 우주는 열린 우주보다 더 빠른 속도로 팽창하기 때문에 바깥으로 휜 우주인 것으로 오해할 수 있다. 그런데 우리 우주는 가속 팽창하지만 기하학적으로는 편평한 우주다. 가속 팽창을 하긴 하지만 '우주 전체의 물질-에너지 밀도'는 임계 밀도와 정확하게 같다는 말이다. 

연구팀이 밝혀낸 것은 우주 가속 팽창만이 아니었다. '우주의 물질 - 에너지 밀도'가 어떻게 분포되어 있는지도 알아냈다. 연구 결과에 따르면 '우주의 물질 - 에너지 밀도'는 보통물질 4퍼센트, 암흑물질 24퍼센트, 암흑에너지 72퍼센트로 구성되어 있다. 그리고 세 가지를 합하면 우주 전체의 물질 - 에너지 밀도는 임계 밀도와 같아진다. 

그래서 우리 우주는 기하학적으로 편평하면서도 암흑에너지 때문에 가속 팽창하는 우주가 되는 것이다. 

317. 2009년 5월 플랑크라는 위성이 발사되었다. 플랑크 위성의 첫 번째 관측 결과는 2013년 3월에 발표되었다. 그 결과는 기본적으로 기존의 이론들을 다시 한 번 확인시켜주는 것이었다.

하지만 그 결과를 통해 우주 구성 비율과 우주의 나이에 약간의 변화도 생겼다. 암흑에너지의 비율이 68.3 퍼센트로 약간 낮아졌고, 암흑물질의 비율은 26.8퍼센트, 그리고 보통물질의 비율은 4.9퍼센트로 약간 높아졌다. 

이것은 우리 우주가 가속 팽창하는 비율이 이전에 알고 있었던 것보다 약간 더 느리다는 의미가 된다. 현재 우주의 크기가 조금 더 느린 팽창으로 만들어졌으므로 우주의 나이가 이전보다 더 많다는 결과가 나오게 된다. 

플랑크 위성이 새롭게 제시한 우리 우주의 나이는 이전보다 약 1억 년 더 많아진 38억 2천만 년이다. 그래서 우주의 나이는 137억 년이 아니라 138억 년으로 수정되었다.  

1. 이것은 아주 건조하게 겉만 슬쩍 핥은 <우주의 끝을 찾아서>의 결론이다. 

위의 인용구의 짙게 표시한 부분들이 무슨 말인지 이해가 되지 않는다면. 그것보다 궁금하다면 <우주의 끝을 찾아서>의 일독을 추천해드리고 싶다. 

사실, 이 책은 이 내용이 전부가 아니다. 우주에 대하여 어떻게 이런 결과를 얻을 수 있었는지 책 한 권에 걸쳐서 상세하게 서술하고 있었다. 독자는 그저 책에 적힌 내용을 마치 영화를 감상하듯이 천천히 감상만 하기만 하면 된다.

2. 미지의 세계를 개척하기 위해서 인간의 활동은 본능적으로 이어져왔다. 인간의 정복이 지구의 모든 것을 삼켰을 때, 궁금증이 지구의 밖에 있는 우주로 향했다. 관측과 실험과 증명이라는 탐구 활동은 계속 되었다. 상상할 수 없을 정도로 멀리 떨어진 곳에 위치한 별과 우리가 있는 이곳의 거리를 어떻게 측정할 것인가라는 고민은 세페이드 변광성과 초신성을 만나게 해주었다.

초신성이 가진 빛의 세기는 일정하지 않았다. 하지만 그 중에서도 질량이 큰 초신성과는 달리 '찬드라세카르의 한계'를 막 넘은 상태에서 폭발하기 때문에 폭발할 때의 질량이 거의 일정하게 유지되는 Ia 초신성은 우리에게 고정된 값을 제공했다.

그렇다고 해서 이 Ia 초신성이 자동으로 표준광원이 된 것은 아니다. 표준광원이라는 것을 정당화하기 위해서 수많은 Ia 초신성을 관측하여 초신성들이 가지고 있는 빛과 거리에 관한 경향성을 추출했고, 초신성을 가리고 있는 우주에 분포하는 먼지와 같은 변수들을 제거 하기 위해서 많은 시간과 자료를 통해 조사했다. 또한 초신성의 주위에 있는 별의 성질을 통해 상대적인 자료를 추출함으로써 보다 정밀하게 실험을 진행해왔다.  

3. 가속 팽창

우주가 가속 팽창한다고 한다. 여기서 중요한 것은 은하 자체가 벌어지는 것이 아니라 은하와 은하 사이의 빈 공간이 팽창한다는 것이다. 

아주 단순히 생각했을 때 가속 팽창이라함은 우리가 자동차 악셀을 힘껏 밟았을 때 잠깐 동안 느낄 수 있는 것이고, 그렇다는 말은 가속 팽창을 가능하게 하는 암흑에너지라는 것은 우주의 공간 사이에서 갑자기 형성된 정체모를 자가발전기리고 볼 수 있다. 

이것은 공간이 열림으로써 갑자기 에너지(우주가 팽창하는 속도도 계산되었는데 우주는 1초당 71km(약 330만광년 떨어진 은하 기준) 속도로 팽창)가 발생한다는 것으로 이해할 수 있겠다. 

저절로 생겨나는 에너지. 이게 대체 무엇일까? 

4. 별이 죽음으로써 인간이 탄생한다.

 

이 역설은 진리다. 태양처럼 행성 중심부에 수소가 존재하는 살아있는 별은 수축을 통해 온도가 높아지고 핵분열하여 수소가 헬륨이 된다. 수소를 바깥으로 밀어낸 헬륨은 또 다시 엄청난 수축을 통해 탄소가 되고, 탄소는 네온이 되고, 네온은 산소가 되고, 산소는 규소가 되고, 규소는 융합을 통해 철이 된다.

융합이 계속 이어지다가 이 별이 질량의 한계를 견디지 못하면 이 별은 폭발한다. 그 순간 핵융합을 통해서 이렇게 사진처럼 양파껍질처럼 분류되어 있는 각 물질들은 폭발을 등에 업고 제각각 우주로 분리되어 나온다. 

이렇게 별이 마지막으로 폭발하면서 빛을 내는 것이 초신성이다. 이 순간 수십억 도의 온도까지 치솟은 초신성은 철 보다 더 무거운 원소들도 생성해낸다고 한다. 그리고 이 순간 만들어진 다양한 원소들은 우주의 공간에 퍼지게 된다. 그리고 그 원소는 오랜 시간을 떠돌다 우주의 먼지나 덩어리와 만나 새로운 행성이 되는 것이다. 

그 행성 중에서도 생명체가 살 수 있는 환경으로 만들어진 희귀한 지구에서 또 한번 다시 없을 우연을 통해 생명체가. 그리고 그 중에서 인간도 탄생하는 것이다.   

놀랍지 않은가?