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[별별이야기] 모든 천체를 포함하는 공간…우주의 탄생

■ 이강환 / 서대문자연사박물관 관장

[앵커]
오늘부터 새로 시작되는 코너 '별별 이야기' 입니다.

앞으로 별별 이야기에서는 우주에 관한 다양한 소식이나, 천문학, 별자리 등에 관한 이야기를 전해드릴 텐데요.

첫 번째 시간에는 서대문자연사박물관 이강환 관장과 함께 '우주의 탄생'에 대해 알아보겠습니다. 관장님, 안녕하세요.

[앵커]
제가 우주를 너무 좋아해서 정말 기다렸던 순간인데요.

아무래도 우주의 시작인 탄생에 대한 이야기를 해볼까 하는데, 우주의 탄생에 대한 이론이 여러 가지 있지만, 아무래도 대표적인 게 빅뱅 우주론이 아닌가 싶습니다.

자세하게 설명 부탁드립니다.

[인터뷰]
과학적인 의미에서의 우주론은 1929년 에드윈 허블이 우주가 팽창한다는 사실을 발견하면서 시작됐다고 볼 수 있거든요.

우주가 팽창한다는 말은 우주가 커진다는 말이니까, 시간을 거꾸로 돌리면 우주가 점점 작아지게 되고, 그렇게 계속 돌리다 보면 크기가 0이 되는 순간이 있을 테니까요. 그 한 점에서부터 폭발하듯이 우주가 탄생했다는 것이 빅뱅이론입니다.

[앵커]
그것이 처음 등장한 것이 1940년대 맞나요?

[인터뷰]
네, 1940년대에 처음 등장했는데, 처음에는 사실별로 인기가 없었습니다. 왜냐면 빅뱅이라는 것으로 시작했다는 건 우주의 시작이라는 것이고, 그렇다면 시간이 시작되었다는 거거든요.

그렇다는 건 창조라는 느낌이 들게 되거든요, 그런데 과학자들은 그런 느낌을 좋아하지 않기 때문에 더 인기 있었던 것은 오히려 팽창은 계속하긴 하는데 중간에 새로운 별 하나가 계속 태어난다는 이론이 더 인기가 있습니다.

[앵커]
그건 어떤 이론이죠?

[인터뷰]
정상우주론입니다. 정상 우주가 정상 상태에 있다는 의미기 때문이죠, 그런데 지금은 우리가 빅뱅이라는 용어에 익숙해져 있기 때문에 중간에 새롭게 태어난다는 걸 이상하게 생각합니다.

그런데 그 당시에는 한 점에서 모든 게 다 생겼다는 게 오히려 더 이상하게 여겨졌습니다. 그래서 그 두 이론이 10년 이상 경쟁을 계속하다가 1964년에 우주배경복사가 발견되면서 사실상 승부가 결정 났다고 볼 수 있죠.

[앵커]
우주배경복사라는 말씀을 하셨는데, 이게 발견되면서 당시 상식이었던 정상우주론이 깨지고, 빅뱅 우주론이 힘을 싣게 된 거잖아요. 그럼 이 우주배경복사가 그만큼 중요하다는 건데, 어떤 건가요?

[인터뷰]
빅뱅 이론에 따르면 우주가 처음 태어났을 때는 굉장히 뜨겁고 밀도가 높고 그래서 빛이 빠져나올 수 없었습니다. 빛이 그 안에 갇혀서 나왔다가 입자들과 충돌해서 없어져 버리고….

[앵커]
온도가 너무 뜨거워서요?

[인터뷰]
너무 뜨겁기도 하고 입자들이 너무 빽빽하게 많이 있는 거죠. 그러다가 팽창을 계속하죠, 그러다 보면 밀도가 조금씩 떨어지고 온도도 조금씩 내려가고, 그러다가 38만 년이 지났을 때 따로 돌고 있던 원자핵과 전자가 결합하게 됩니다.
그렇게 되면 우주의 밀도가 갑자기 낮아지게 되거든요. 밀도가 낮아졌기 때문에 갑자기 빛에 큰 변화가 생기는 거죠.

[앵커]
그 이후에는 어떻게 진행됐나요?

[인터뷰]
밀도가 낮아졌고, 입자의 개수가 반으로 갑자기 확 줄어들게 된 거거든요. 그리고 전자와 원자핵은 서로 +와 -를 띄고 있죠. 빛은 전하를 가진 입자와는 자꾸 충돌하게 되거든요. 그런데 두 개가 결합하게 되면 중성이 되거든요.

그러면 빛이 자유롭게 이동하게 됩니다. 그래서 그 어느 순간에 갑자기 빛의 입장에서 보기에는 방해하던 물질이 갑자기 없어져 버리는 거죠. 그래서 우주에 쫙 퍼지게 되는 겁니다.

[앵커]
빛이 퍼질 수 있는 환경이 만들어졌군요.

[인터뷰]
그래서 전 우주에 동시에 빛이 골고루 퍼지게 됐거든요. 그 빛이 지금도 우주 전체에서 발견됩니다. 그걸 우주배경복사라고 부릅니다.

[앵커]
그렇군요, 그걸 바로 우주배경복사라고 하는데, 누가 처음 발견했는지도 궁금해요.

[인터뷰]
우주배경복사가 처음에는 온도가 되게 높았는데, 그때 3,000℃ 정도가 됐을 겁니다. 그런데 계속 팽창하면서 식기 때문에 지금 우주의 온도는 영하 270℃ 정도 되거든요.

[앵커]
아, 그렇게 쭉 내려갔군요?

[인터뷰]
네, 영하 270℃에서 나오는 전파의 형식으로 지금 관측됩니다. 전파망원경으로 관찰하게 되는데, 1940년대에 처음 봤을 때는 그때 전파망원경 기술이 그렇게 발달하지 않았기 때문에, 그래서 논쟁이 있었던 거고, 1960년대가 되니까 전파 기술이 많이 발달해서 1964년에 아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 우주배경복사를 처음 발견하게 됩니다.

[앵커]
전파망원경을 통해서요.

[인터뷰]
그래서 사실상 빅뱅이론이 정상우주론을 이기고 정식이론으로 인정받게 된 건데, 그 두 분이 1978년 노벨물리학상을 받게 되거든요.

[앵커]
충분히 받으실 만 하네요.

[인터뷰]
그러니까 완벽하게 빅뱅 이론이 정상우주론을 누르고, 정설로 인정받게 된 거죠.

[앵커]
정리를 하자면, 우주 전체에 균일하게 퍼져있는 우주배경복사를 전파망원경으로 관찰하면서 빅뱅을 증명할 수 있게 됐다고 설명해주셨는데요.

빅뱅으로 탄생한 우주, 그 뒤로는 어떻게 팽창해왔나요?

[인터뷰]
계속 팽창을 하긴 하는데, 과학자들도 그게 굉장히 궁금했어요. 그게 계속 팽창할지, 아니면 팽창하다가 어느 순간 정체해서 다시 수축할지, 그렇게 되면 다시 시간이 거꾸로 돌아가게 되는 것은 아닌가, 이런 이야기까지도 나와서 궁금하니까 과학자들은 궁금한 건 테스트해봐야 하거든요. 그래서 앞으로 어떻게 될지 관측해야 하는데, 미래를 관측할 수는 없으니까 과거를 관측하게 됩니다.

과거를 관측해서 '과거에는 이랬는데, 지금은 이렇게 되었으니까 미래는 이렇게 되겠지.'라는 예측을 해보자는 계획을 세웠죠. 그래서 먼 과거를 보게 됩니다. 과거를 어떻게 보느냐….

[앵커]
그것도 궁금해요.

[인터뷰]
천문학에서 과거를 보는 건 아주 쉽습니다. 먼 곳을 보면 됩니다. 왜냐면 빛의 속도가 한계가 있기 때문에, 예를 들어 우리가 1광년, 빛이 1년 동안 가는 거리를 1광년이라고 하는데, 1광년 떨어진 별이라는 것은 그 별의 1년 전의 모습을 보는 거고, 1억 광년 떨어진 곳을 보는 거면 1억 년 전의 모습을 보는 거죠.

그런 방식으로 수십억 광년 떨어진 곳을 보게 됩니다. 그렇게 되면 수십억 년 전 우주의 모습을 볼 수 있는 거죠. 그래서 그때와 지금 팽창 속도가 어떻게 변했는지를 보는 거죠.

[앵커]
그렇군요.

[인터뷰]
그렇게 보는 이유는 팽창 속도가 과거에 비해서 지금 느려질 것이라고 생각했거든요. 왜냐면 팽창하게 된 것은 빅뱅 대폭발로 하게 된 건데….

[앵커]
빠르게 진행됐으니까요.

[인터뷰]
처음에 빠르게 출발했다가 내부에 중력이 있기 때문에 당기겠죠, 그래서 속도가 점점 느려질 것이다, 그래서 과거에 비해서 현재에 얼마만큼 느려진 건지를 보면 과거에는 빨랐으니까 지금 많이 느려진 거면 곧 멈추고 줄어들 것이라고 생각한 거죠.

[앵커]
그것도 가능하겠죠.

[인터뷰]
그런데 조금밖에 느려지지 않았다, 그러면 계속 팽창할 가능성이 크다는 거죠. 그래서 과거를 관측해서 현재와 비교해봤더니 의외의 결과가 나왔습니다.

[앵커]
어떤 결과가 나왔나요?

[인터뷰]
팽창하는 속도가 느려지는 게 아니라 오히려 빨라지고 있다는 결론이 난 거죠.

[앵커]
완전 반대의 결과네요?

[인터뷰]
네, 완전 예측과 반대의 결과죠. 그 결과가 1998년에, 아직 20년 정도밖에 되지 않은 아주 따끈따끈한 과학계 새로운 소식인데요.

뭔가가 당겨야 하는데, 당겨서 속도가 느려져야 하는데, 점점 빨라지고 있다는 거거든요. 그래서 그 원인을 이제 고민하게 됩니다. 뭔가 이유가 있어야 하거든요.

예를 들자면 지구에서 돌을 위로 던졌는데, 밑에서 뭔가 당기고 있으면 올라가는 속도가 점점 느려지겠죠. 그런데 이 돌이 점점 빨라져서 우주 밖으로 나가버렸다? 그러면 밀어내는 힘이 있어야겠죠. 그 힘의 이름을 '암흑에너지'라고 이름 붙였습니다.

[앵커]
'암흑에너지'요. 일단 중력 때문에 느려질 줄 알았던 우주의 팽창속도가 관측해봤더니 계속해서 빨라졌다고 말씀하셨습니다. 그 이유가 암흑에너지 때문이라고 하셨는데, 이건 또 어떤 건가요?

[인터뷰]
그게 지금 과학계에서 가장 풀기 어려운 문제 중 하나입니다. 이름을 붙여놨는데, 뭔지 모르고 그래서 사실은 '모름에너지'라는 이름을 붙여야 하는데 그럼 너무 없어 보이니까, 암흑에너지라고 그럴듯한 이름을 붙여놓고 그게 뭔지 찾고 있습니다. 가속 팽창한다는 자체가 굉장히 중요한 발견이었기 때문에 그걸 발견한 사람들도 2011년에 노벨상을 받았습니다. 그만큼 중요한 발견이라는 이야기죠.

그래서 앞으로 어떻게 될 것이냐, 현재 관측한 결과로 보면 가속 팽창을 계속하기 때문에 당길 힘이 이제 없거든요. 그리고 암흑에너지는 우주가 커지면 커질수록 점점 강해집니다. 그러니깐 가속이 점점 강해질 것이기 때문에 영원히 팽창을 계속하게 됩니다.

[앵커]
그렇군요.

[인터뷰]
그래서 우주가 팽창한다고 하면 지구와 달은 왜 멀어지지 않느냐, 혹은 우리 은하와 다른 은하도 멀어져야 한다고 보는데 팽창이라는 것은 큰 규모로 얘기할 때 팽창하는 거고 가까운 곳에서는 중력이 더 강하거든요. 그래서 우리 은하와 가장 가까이 있는 안드로메다 은하와 같은 경우는 서로 지금 가까이 다가오고 있고 나중에 충돌하게 되거든요.

그런데 아주 먼 미래가 되면 가까운 곳의 중력보다 우주 팽창이 더 강하게 될 겁니다. 그러면 우리 은하 내에서는 별과 별 사이가 멀어지고 지구와 태양계에서는 태양과 행성들 사이의 거리가 멀어질 거고 모든 물질들이 다 우주로 흩어지게 될 겁니다.

[앵커]
하지만 그건 너무 먼 미래이기 때문에 걱정할 일이 없겠죠?

[인터뷰]
그 전에 태양이 먼저 죽을 것이기 때문에 지구가 그 전에 멸망할 겁니다.

[앵커]
마음이 편해지네요.

그렇군요. 오늘 우주의 탄생에 대한 이야기로 시작해봤는데요. 우주는 우리가 상상할 수 없을 정도로 넓고 크기 때문에 정말 흥미로운 주제가 많은 것 같습니다. 다음 주제가 벌써 기대되는데요. 오늘 말씀 고맙습니다.
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