[별소리 다 듣겠네] 우주의 탄생!… 빅뱅우주론VS정상우주론
2023년 04월 03일 오전 09:00
[앵커]
끝을 알 수 없는 광대한 우주! 이 우주는 도대체 언제, 어떻게 시작됐으며 지금은 어떤 상태일까요?
신의 영역인 창조론은 별도로 치더라도, 과학계 내에서도 그 해석과 추정이 나뉩니다.
엄청난 폭발로 지금도 우주가 팽창하며 온도와 밀도가 떨어지고 있다는 빅뱅론과 예나 지금이나 같은 상태가 유지되고 있다는 정상론, 무엇이 맞을까요?
사람이 감당하기엔 너무나 큰 우주를 상대로 머리를 싸맸던 천재 과학자들은 어떻게 보고 있는지, 오늘 그들의 '별소리'를 들어보겠습니다.
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
안녕하세요. 열아홉 번째 별소리를 전해드리게 된 황호성입니다. 여러분! 세상엔 참 다양한 논쟁거리들이 있죠~? 우리 우주에도 ‘우주론 논쟁’이 있는데요! 그중에서도, 오늘은! 빅뱅 우주론과 정상우주론에 대한 별소리를 전해드리겠습니다~!
Q. 정상 우주론과 빅뱅 우주론 정의와 차이점은?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 먼저 빅뱅 우주론과 정상 우주론을 한마디로 정의하자면, 빅뱅 우주론은 우주의 시작이 있었다는 이론이고, 정상 우주론은 우주가 시작 없이 예나 지금이나 항상 같은 모습 그대로 있었다는 이론입니다.
빅뱅 우주론은 1930년으로 거슬러 가서 신부이자 물리학자인 르메트르라는 사람이 허블 등의 관측을 통해서 '은하들이 멀어져 간다', 즉 우주가 팽창한다는 사실을 알았는데 그것을 생각하면서
'우주가 팽창하네?', '만약 시계를 거꾸로 돌리면 우주의 시작이 있었던 것은 아닐까?' 라는 생각을 처음으로 제안하면서 빅뱅 우주론 시작이 되었습니다. 그래서 우주가 처음에 시작하면서 굉장히 밀도가 높고 뜨겁고 그런 상태에서 우주가 점점 팽창하면서 우주가 점점 식어가는 게 바로 빅뱅우주론이 되겠습니다.
정상우주론은 이에 반대하였던 본디, 골드, 호일 등에 의해서 제안되었는데 우주가 공간이 팽창하면서 그 팽창하는 공간에서 물질이 계속 생성되면서 예나 지금이나 한결같은 모습을 유지하고 있다는 것이 핵심이 되겠습니다.
여기서 재미있는 사실은! 정상 우주론을 지지했던 호일이라는 학자가 당시 라이벌 이론이었던 빅뱅 우주론을 비꼬면서 ‘어떻게 우주가 갑자기 Big Bang! 하면서 생겨날 수 있냐’고 얘기한 것에서부터 빅뱅 우주론 이름이 생겨났죠.
Q. 그렇다면 정상 우주론, 비주류 이론이 된 이유는?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 결국에는 관측결과가 빅뱅 우주론 예측과 잘 일치했기 때문에 그런 건데요. 우리가 몇 가지 관측 사실을 예로 들 수 있습니다.
첫 번째로는 우주 배경 복사가 있는데 우리가 보통 어떤 물체가 있으면 그 물체 온도에 맞게 여러 파장의 빛, 즉 스펙트럼이란 것을 우리가 볼 수 있는데, 이런 빛을 내는 것을 흑체 복사라고 합니다.
우주가 처음에 빅뱅에서 시작해서 굉장히 뜨거웠을 때 그 뜨거운 온도에 맞는 빛이 온 하늘을 뒤덮고 있었는데 그게 바로 우주배경복사라고 합니다. 우주가 팽창하면서 우주의 빛이 점점 파장이 길어지면서 현재 우주의 온도, 절대온도로 이야기하면 3K 스펙트럼이 현재 우주를 꽉 채우고 있는데 바로 이 열에 해당하는 빛을 펜지어스하고 윌슨이라는 천문학자가 1960년대 실제 전파망원경으로 관측함으로써 우주배경복사가 실제 있었고 그 말은 결국엔 빅뱅우주론이 맞았다는 첫 번째 관측적인 증거가 되었습니다.
두 번째 증거로는 퀘이사라는 특이한 천체가 있는데, 이 천체는 우주 초기에 굉장히 활발하게 활동을 하고 있고 우주 초기에 훨씬 더 많이 있다고 관측결과가 나왔습니다. 그런데 정상 우주론에 따르면 우주 초기나 현재나 항상 정상적으로 똑같은 모습을 보여줘야 하는데 이 퀘이사라고 하는 천체가 우주 초기에는 엄청나게 많게 활동했는데 현재는 상대적으로 활동이 적은 어떤 시간에 따른 차이를 보이고 있기 때문에 정상 우주론 예측과 다른 것이죠. 그러기 때문에 퀘이사의 관측 결과도 정상 우주론이 틀렸다고 하는 것에 뒷받침하는 증거가 됐고 이러한 증거들을 다 모으다 보니까 빅뱅우주론에서 예측한 것과 우리가 관측한 결과가 더 잘 맞아서 현재 주류 이론이 되었습니다.
Q. 그렇다면 빅뱅 우주론의 불완전성이 해결해야 할 문제점은?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 현재 빅뱅 우주론이 주류 우주론이긴 하지만, 완벽한 건 아닙니다. 예를 들면 빅뱅 그 순간 또는 빅뱅 그 직전 무슨 일이 있었는지 우리가 여러 가지 이론을 통해서 예측할 순 있지만, 실제 관측으로는 검증할 수가 없습니다. 그렇기 때문에 빅뱅우주론에서 예측하는 자연스러운 설명이 없는 거죠.
그런데 물론 또 빅뱅 우주론이 처음에 만들어지고 나서 우주의 평탄성문제라던가 우주의 지평선 문제 이런 것들의 문제가 있었는데 이러한 문제를 해결하기 위해서 우주가 갑자기 팽창한다는 인플레이션 또는 급팽창 이론이라는 것을 도입하면서 자연스럽게 해결을 했습니다.
그런데 문제는 이 인플레이션 급팽창을 우리가 직접 검증할 수 있는 도구가 현재 없는 상태인데요. 그 이유는 우리가 빛으로 어떤 천체를 관측할 때 볼 수 있는 우주의 한계 그것을 보통 우주의 지평선이라고 이야기를 하는데 그 한계 때문에 인플레이션이 있었던 때는 우리가 빛으로 관측을 못 합니다.
그런데 그것을 할 수 있는 방법은 우주 배경 복사의 편광관측이라는 것을 이용을 한다든지 중력파라는 것을 이용하게 되면은 정말 인플레이션이 있었는지 검증을 할 수 있게 될 텐데 아무튼 핵심은 우리가 빅뱅 우주론을 우주 초기에 정말 그 시작 순간을 검증할 수 있는 도구가 아직까지는 없다. 그래서 여전히 해결되지 못하는 문제가 있다. 라고 말씀드릴 수 있겠습니다.
한국천문연구원의 정문에 가면 다음과 같은 글귀가 적혀 있는 비석이 있습니다: “우리는 우주에 대한 근원적 의문에 과학으로 답한다”. 천문학의 본질을 관통하는 문장이자 제가 가장 좋아하는 글귀인데요. 천문학의 가장 큰 단점은 너무 재미있다는 것입니다. 우주에 대한 근원적 의문을 과학으로 같이 답할 천문학자의 꿈을 키우는 분들이 많아졌으면 하는 바람을 가지면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
끝을 알 수 없는 광대한 우주! 이 우주는 도대체 언제, 어떻게 시작됐으며 지금은 어떤 상태일까요?
신의 영역인 창조론은 별도로 치더라도, 과학계 내에서도 그 해석과 추정이 나뉩니다.
엄청난 폭발로 지금도 우주가 팽창하며 온도와 밀도가 떨어지고 있다는 빅뱅론과 예나 지금이나 같은 상태가 유지되고 있다는 정상론, 무엇이 맞을까요?
사람이 감당하기엔 너무나 큰 우주를 상대로 머리를 싸맸던 천재 과학자들은 어떻게 보고 있는지, 오늘 그들의 '별소리'를 들어보겠습니다.
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
안녕하세요. 열아홉 번째 별소리를 전해드리게 된 황호성입니다. 여러분! 세상엔 참 다양한 논쟁거리들이 있죠~? 우리 우주에도 ‘우주론 논쟁’이 있는데요! 그중에서도, 오늘은! 빅뱅 우주론과 정상우주론에 대한 별소리를 전해드리겠습니다~!
Q. 정상 우주론과 빅뱅 우주론 정의와 차이점은?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 먼저 빅뱅 우주론과 정상 우주론을 한마디로 정의하자면, 빅뱅 우주론은 우주의 시작이 있었다는 이론이고, 정상 우주론은 우주가 시작 없이 예나 지금이나 항상 같은 모습 그대로 있었다는 이론입니다.
빅뱅 우주론은 1930년으로 거슬러 가서 신부이자 물리학자인 르메트르라는 사람이 허블 등의 관측을 통해서 '은하들이 멀어져 간다', 즉 우주가 팽창한다는 사실을 알았는데 그것을 생각하면서
'우주가 팽창하네?', '만약 시계를 거꾸로 돌리면 우주의 시작이 있었던 것은 아닐까?' 라는 생각을 처음으로 제안하면서 빅뱅 우주론 시작이 되었습니다. 그래서 우주가 처음에 시작하면서 굉장히 밀도가 높고 뜨겁고 그런 상태에서 우주가 점점 팽창하면서 우주가 점점 식어가는 게 바로 빅뱅우주론이 되겠습니다.
정상우주론은 이에 반대하였던 본디, 골드, 호일 등에 의해서 제안되었는데 우주가 공간이 팽창하면서 그 팽창하는 공간에서 물질이 계속 생성되면서 예나 지금이나 한결같은 모습을 유지하고 있다는 것이 핵심이 되겠습니다.
여기서 재미있는 사실은! 정상 우주론을 지지했던 호일이라는 학자가 당시 라이벌 이론이었던 빅뱅 우주론을 비꼬면서 ‘어떻게 우주가 갑자기 Big Bang! 하면서 생겨날 수 있냐’고 얘기한 것에서부터 빅뱅 우주론 이름이 생겨났죠.
Q. 그렇다면 정상 우주론, 비주류 이론이 된 이유는?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 결국에는 관측결과가 빅뱅 우주론 예측과 잘 일치했기 때문에 그런 건데요. 우리가 몇 가지 관측 사실을 예로 들 수 있습니다.
첫 번째로는 우주 배경 복사가 있는데 우리가 보통 어떤 물체가 있으면 그 물체 온도에 맞게 여러 파장의 빛, 즉 스펙트럼이란 것을 우리가 볼 수 있는데, 이런 빛을 내는 것을 흑체 복사라고 합니다.
우주가 처음에 빅뱅에서 시작해서 굉장히 뜨거웠을 때 그 뜨거운 온도에 맞는 빛이 온 하늘을 뒤덮고 있었는데 그게 바로 우주배경복사라고 합니다. 우주가 팽창하면서 우주의 빛이 점점 파장이 길어지면서 현재 우주의 온도, 절대온도로 이야기하면 3K 스펙트럼이 현재 우주를 꽉 채우고 있는데 바로 이 열에 해당하는 빛을 펜지어스하고 윌슨이라는 천문학자가 1960년대 실제 전파망원경으로 관측함으로써 우주배경복사가 실제 있었고 그 말은 결국엔 빅뱅우주론이 맞았다는 첫 번째 관측적인 증거가 되었습니다.
두 번째 증거로는 퀘이사라는 특이한 천체가 있는데, 이 천체는 우주 초기에 굉장히 활발하게 활동을 하고 있고 우주 초기에 훨씬 더 많이 있다고 관측결과가 나왔습니다. 그런데 정상 우주론에 따르면 우주 초기나 현재나 항상 정상적으로 똑같은 모습을 보여줘야 하는데 이 퀘이사라고 하는 천체가 우주 초기에는 엄청나게 많게 활동했는데 현재는 상대적으로 활동이 적은 어떤 시간에 따른 차이를 보이고 있기 때문에 정상 우주론 예측과 다른 것이죠. 그러기 때문에 퀘이사의 관측 결과도 정상 우주론이 틀렸다고 하는 것에 뒷받침하는 증거가 됐고 이러한 증거들을 다 모으다 보니까 빅뱅우주론에서 예측한 것과 우리가 관측한 결과가 더 잘 맞아서 현재 주류 이론이 되었습니다.
Q. 그렇다면 빅뱅 우주론의 불완전성이 해결해야 할 문제점은?!
[황호성 / 서울대학교 물리천문학부 교수]
네, 현재 빅뱅 우주론이 주류 우주론이긴 하지만, 완벽한 건 아닙니다. 예를 들면 빅뱅 그 순간 또는 빅뱅 그 직전 무슨 일이 있었는지 우리가 여러 가지 이론을 통해서 예측할 순 있지만, 실제 관측으로는 검증할 수가 없습니다. 그렇기 때문에 빅뱅우주론에서 예측하는 자연스러운 설명이 없는 거죠.
그런데 물론 또 빅뱅 우주론이 처음에 만들어지고 나서 우주의 평탄성문제라던가 우주의 지평선 문제 이런 것들의 문제가 있었는데 이러한 문제를 해결하기 위해서 우주가 갑자기 팽창한다는 인플레이션 또는 급팽창 이론이라는 것을 도입하면서 자연스럽게 해결을 했습니다.
그런데 문제는 이 인플레이션 급팽창을 우리가 직접 검증할 수 있는 도구가 현재 없는 상태인데요. 그 이유는 우리가 빛으로 어떤 천체를 관측할 때 볼 수 있는 우주의 한계 그것을 보통 우주의 지평선이라고 이야기를 하는데 그 한계 때문에 인플레이션이 있었던 때는 우리가 빛으로 관측을 못 합니다.
그런데 그것을 할 수 있는 방법은 우주 배경 복사의 편광관측이라는 것을 이용을 한다든지 중력파라는 것을 이용하게 되면은 정말 인플레이션이 있었는지 검증을 할 수 있게 될 텐데 아무튼 핵심은 우리가 빅뱅 우주론을 우주 초기에 정말 그 시작 순간을 검증할 수 있는 도구가 아직까지는 없다. 그래서 여전히 해결되지 못하는 문제가 있다. 라고 말씀드릴 수 있겠습니다.
한국천문연구원의 정문에 가면 다음과 같은 글귀가 적혀 있는 비석이 있습니다: “우리는 우주에 대한 근원적 의문에 과학으로 답한다”. 천문학의 본질을 관통하는 문장이자 제가 가장 좋아하는 글귀인데요. 천문학의 가장 큰 단점은 너무 재미있다는 것입니다. 우주에 대한 근원적 의문을 과학으로 같이 답할 천문학자의 꿈을 키우는 분들이 많아졌으면 하는 바람을 가지면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
[저작권자(c) YTN science 무단전재, 재배포 및 AI 데이터 활용 금지]
