우주는 어떻게 시작되었을까?

뉴턴(Isaac Newton)이 중력이론을 발견한 이후 오랫동안 많은 과학자들은 우주가 본질적으로 변화하지 않는다고 믿었다. 그러나 20세기 초에 우주가 팽창하고 있다는 증거들이 발견되기 시작했고, 1929년에 발견된 ‘허블의 법칙’은 이와 같은 우주 팽창론이 더욱 급속하게 확산되는 계기가 되었다.

미국의 천문학자였던 에드윈 허블(Edwin Hubble)은 멀리 떨어진 우주로부터 오는 빛의 적색편이(red shift)가 거리에 비례한다는 사실을 발견했다. 이와 같은 발견을 토대로 은하들이 바깥쪽으로 이동하고 있으며, 그 속도가 거리와 비례한다는 사실이 밝혀졌고, 우주가 팽창하고 있다는 사실이 더욱 명확해졌다.

허블망원경. 미국의 천문학자였던 에드윈 허블(Edwin Hubble)은 멀리 떨어진 우주로부터 오는 빛의 적색편이(red shift)가 거리에 비례한다는 사실을 발견했다. ⓒ 김서형

허블의 법칙 이후 과학자들은 대폭발 이론을 제시했다. 이들은 우주가 팽창한다는 것은 결국 물질과 에너지를 가진 작은 점에서 처음 우주가 시작되었다는 것을 의미한다고 생각했다. 오늘날 대부분의 과학자들은 이와 같은 대폭발이 약 138억 년 전에 시작되었으며, 이를 통해 우주가 시작되었다고 믿고 있다. 이것이 바로 우주의 시작을 과학적 근거들을 토대로 설명하고 있는 빅뱅(Big Bang) 이론으로서 오늘날 가장 믿을만한 우주의 기원 이야기라 할 수 있다.

우주의 시작에 대한 관심은 아주 오래 전부터 존재했다. 우리는 전 세계의 다양한 창조 신화 속에서 우주의 시작에 대한 이야기를 발견할 수 있다. 예를 들어, 중국의 신화에서는 우주가 계란 모양의 혼돈 상태였다가 반고라는 거인이 계란을 깨고 나와 하늘과 땅을 만들고, 그가 죽은 후 태양과 달, 그리고 별이 만들어졌다고 설명하고 있다.

그리스 신화에서도 모든 것이 뒤섞여 있던 상태에서 땅과 어둠이 나타났고, 이후 여러 명의 신들이 등장했다. 그러나 오늘날 이와 같은 창조 신화들이 더 이상 우주의 시작에 대한 적합한 설명으로 간주되지 않는 것은 이와 같은 이야기들을 뒷받침할만한 명확한 증거가 없기 때문이다.

반면, 138억 년 전에 우주가 시작되었다고 주장하는 빅뱅 이론은 여러 가지 과학적 증거들을 토대로 한다. 앞서 언급했던 ‘허블의 법칙’뿐만 아니라 우주배경복사(Cosmic Background Radiation; CBR) 역시 빅뱅 이론을 설명하는 중요한 증거가 된다.

초기에 매우 뜨거웠던 우주의 온도가 점차 낮아지면서 에너지와 빛이 자유롭게 이동하기 시작했다. 이와 더불어 엄청난 에너지가 방출되었는데, 1964년에 두 명의 천문학자가 이 시기에 방출되었던 에너지에 해당하는 빛의 파장을 발견했다. 이 파장이 바로 우주배경복사이다. 이와 같은 과학적 발견들은 우주의 시작과 팽창을 설명하는데 중요한 증거들로 활용될 수 있다.

빅뱅이론, 완전한 것 아니다

물론 빅뱅이 나타나기 이전이나 그 순간을 설명해줄 수 있는 과학적 증거들은 아직 발견되지 못했다. 그러나 오늘날 과학자들은 빅뱅 이후 우주에 어떤 변화가 나타났는지 설명해줄 수 있는 여러 가지 과학적 증거들을 제시하고 있다.

빅뱅 이후 10-36초가 지나자 아무 것도 존재하지 않았던 우주에 새로운 것이 나타났다. 중력과 전가지력, 강한 핵력과 약한 핵력이 바로 그것이다. 이후 물질이 등장하면서 우주는 급속하게 팽창했다. 빅뱅이 나타난 이후 38만 년이 지나자 원자가 처음 만들어졌고, 별과 은하가 만들어지면서 이후 우주는 점점 더 복잡해졌다.

‘허블의 법칙’이나 우주배경복사의 발견은 우주관의 변화를 초래했다. ‘우주는 어떻게 시작되었을까?’ 라는 빅퀘스천에 대한 대답을 찾는 과정 속에서 오랫동안 사람들은 혼돈의 상태로부터 무엇인가가 나타나 우주와 세상을 형성했다는 창조신화를 믿었고, 우주가 변화하지 않는다고 믿었다.

그러나 이와 같은 우주관은 다양한 과학적 증거들이 발견되고 제시됨에 따라 변화하기 시작했다. 빅뱅 이론은 우주의 시작과 그 이후 나타났던 다양한 변화들을 명백한 과학적 증거들을 토대로 설명한다는 점에서 과거의 창조 신화들이나 우주관과 차별성을 지닌다고 할 수 있다.

빅뱅 이후 10-36초가 지나자 아무 것도 존재하지 않았던 우주에 새로운 것이 나타났다. 중력과 전가지력, 강한 핵력과 약한 핵력이 바로 그것이다. 이후 물질이 등장하면서 우주는 급속하게 팽창했다. ⓒ 김서형

빅뱅 이론이 우주의 시작에 대한 절대적인 설명이라고 할 수는 없다. 여전히 빅뱅 이론이 가지는 한계점을 극복하고 보완하기 위해 다양한 시도들이 나타나고 있으며, 만약 새로운 과학적 증거들이 발견된다면 빅뱅 이론에서 주장하고 있는 내용 역시 수정되어야하기 때문이다. 지식과 정보가 축적되면서 창조 신화와 정적 우주론으로부터 빅뱅 이론까지 우주의 시작을 설명하는 방식이 다양하게 변화했다.

새로운 과학적 증거들의 발견과 더불어 빅뱅 이론 역시 변화할 것이다. 그리고 이와 같은 변화를 통해 우리는 ‘우주는 어떻게 시작되었을까?’라는 빅퀘스천에 대한 대답을 획일적이고 단일한 시각에서 분석하는 것을 넘어 다양한 관점과 시각에서 살펴볼 수 있다.

 ScienceTimes