사이언스 올제

천문학 우주론의 종말?

상가속하는 우주는 그 자신의 기원이 남긴 흔적들을 모두 지워버릴 것이다.

글 : Lawrence M. Krauss and Robert J. Scherrer

백 년 전에 우주의 역사와 대규모 구조에 대한 논문이 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)에 실렸다면 거의 완전히 모두 틀린 내용이었을 것이다. 1908년경, 과학자들은 우리 은하가 우주 전체를 구성한다고 생각했다. 그들은 우리 은하를 무한한 허공으로 둘러싸인 채 고립되어있는 별들의 성단(cluster)인 "섬우주(island universe)"로 여겼다. 이제 우리는 우리 은하가 관측 가능한 우주에 퍼져있는 4천억 개 이상의 은하들 중 하나라는 걸 안다. 1908년, 과학계의 여론은 우주가 정적이며 불변이라는 것이었다. 그 당시의 과학자들에게 작열하는 빅뱅(big bang)을 통한 우주의 시작은 짐작조차 못할 일이었다. 빅뱅 후 최초의 몇 분간에 이루어졌고, 지금도 별의 핵(core) 내부에서 일어나고 있는 원소의 합성은 이해될 수도 없었다. 물질에 대한 반응으로 발생하는 우주의 팽창과 우주 공간의 굴곡은 꿈도 꾸지 못했다. 우주 공간 전체가 우주 탄생의 차갑고도 희미한 잔영을 보여주는 복사(radiation)에 푹 잠겨있다는 사실의 발견은, 불변성을 탐구하기 위해서가 아니라 사람들이 집에 전화를 걸기 위해서 만든 현대기술의 발전을 기다려야만 했다.

지난 세기 동안 @우주론(cosmology, 우주의 구조, 진화, 기원 등을 연구하는 천문학의 한 분야.)보다 더 많이 변화한 지적 탐구 분야를 생각하기는 어려울 것이다. 그 변화는 우리의 세계를 바라보는 시각도 변화시켰다. 그러나 미래의 과학이 언제나 과거에 존재했던 것보다 더욱 경험적인 지식을 반영해야만 하는가? 최근의 우리 연구에 따르면, 우주의 시간 척도에서 보았을 때 그 답은 ‘아니다.’이다. 과학자들이 우주의 진정한 본질에 대한 정확한 이해를 얻을 수 있을 때에야 비로소 우리는 우주 역사의 한 시대를 살게 되는 것인지도 모른다.

거의 10년 전에 이루어진 한 극적인 발견이 우리 연구에 자극이 되었다. 서로 다른 두 그룹의 천문학자들이 지난 50억 년 동안 진행된 우주의 팽창을 추적했고, 팽창 속도가 점점 빨라지는 듯이 보인다는 사실을 발견했다. 과학자들은 빈 공간에 존재하는 새로운 형태의 “암흑에너지(dark energy)”를, 그러한 우주 반중력(antigravity)의 원인으로 여겼다. 필자 중 한 명(Krauss)을 포함한 몇몇 이론물리학자들은 이 새로운 결과가 실제로는 부정확한 측정 때문이라고 추측했다. 그러나 그것은 물리학 역사상 정확하고 가치 있는 측정 중 하나였다. 우주팽창이 가속되고 있다는 사실은 텅 빈 공간이, 우리가 현재 관측할 수 있는 모든 우주 구조가 - 은하와 성단, 은하들이 모인 초은하단(supercluster) - 가진 에너지의 거의 세 배에 달하는 에너지를 담고 있다는 것을 의미한다. 아이러니하게도 @앨버트 아인스타인(Albert Einstein, 1879.3.14~1955.4.18. 독일 태생의 물리학자. 광양자설, 브라운운동 이론, 특수상대성이론, 일반상대성이론 등을 연구하였다. 특수상대성이론은 1905년 발표되었는데, 당시까지 지배적이었던 뉴턴 역학을 송두리째 흔들어 놓았고, 종래의 시간, 공간 개념을 근본적으로 변혁시켰으며, 철학사상에도 영향을 주었다. 특수상대성이론에 중력이론이 포함된 일반상대성이론을 1916년에 발표하였고, 이 이론에서 유도되는 하나의 결론으로서 강한 중력장 속에서는 빛이 구부러진다는 현상을 예언하였다. 이것이 영국의 일식관측대에 의하여 확인되었다. 광전효과 연구와 이론물리학에 기여한 업적으로 1921년 노벨물리학상을 받았으며, 그 후 일반상대성이론을 전자기장 이론과 통합한 통일장이론을 연구하였다.))은 우주를 정적인 상태로 유지시키기 위해, 그와 같은 형태의 에너지를 최초로 가정했다. 그는 그것을 우주상수(cosmological constant)라 이름 붙였다[Lawrence M. Krauss의 “Cosmological Antigravity” 참고. Scientific .