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노벨 물리학상의 나머지 절반의 상금은 우주 진화 과정에 대한 기초 이론을 정립한 미국 프린스턴대학교 제임스 피블스 교수에게 돌아갔어요. 빅뱅부터 현재의 우주 거대구조까지 피블스 교수가 알아낸 우주의 비밀을 들어봐요~!

우주배경복사 관측으로 1978년 노벨 물리학상을 수상한 미국의 천문학자 아노 앨런 펜지어스와 로버트 우드로 윌슨의 뒤에는 올해 노벨 물리학상 수상자인 미국 프린스턴대학교 제임스 피블스 교수가 있었어요. 1964년 미국 벨 연구소에 있던 펜지어스와 윌슨은 홈름델 혼 안테나를 이용해 인공위성과 신호를 주고받으려고 했어요. 그런데 아무리 안테나를 청소하고 주변을 통제해도 강도 4.2K의 전파가 계속 잡혔어요. 이들은 잡음의 정체를 알아내기 위해 과학자들에게 도움을 구했어요. 

잡음의 정체는 피블스가 소속돼 있던 미국 프린스턴대학교 로버트 디케 교수팀이 알고 있었지요. 당시 디케 교수팀은 빅뱅으로 우주가 탄생했다면 대폭발 당시 뿜어져 나온 빛이 우주가 팽창하면서 우주 전역에 퍼졌고, 138억 년 동안 팽창하는 우주를 따라 파장은 점점 길어져 전파 형태가 됐을 거라 생각했지요. 이 흔적을 찾아내려 안테나를 제작하던 와중에 펜지어스와 윌슨이 전파를 발견했다는 사실을 듣게 된 거예요. 결국 펜지어스와 윌슨 교수는 디케 교수팀의 도움으로 잡음이 ‘우주배경복사’라는 사실을 알게 됐답니다. 

1970년대 피블스 교수는 우주배경복사의 미세한 온도 차이를 예측했어요. 우주 초기, 급팽창이 일어난 후 물질들은 저마다 다른 밀도로 뭉쳐져 있었어요. 입자들이 뭉쳐 있는 부분에서 출발한 빛과 성긴 부분에서 출발한 빛의 온도는 미세하게 달랐지요. 이 차이가 우주배경복사에 담겨져 있는 거예요. 그로부터 20년 뒤 실제로 우주배경복사에 최대 10만분의 1K 만큼의 온도 차가 난다는 사실이 밝혀졌답니다. 

이뿐만 아니라 피블스 교수는 우주 초기의 밀도 차이로 은하의 분포를 알아내는 이론도 세웠어요. 우주 초기 물질의 밀도가 높았던 곳은 현재 은하가 많이 생성됐을 거예요. 초기의 밀도 차이를 바탕으로 은하가 탄생하는 과정을 이론적으로 계산하면 현재 은하의 분포를 예측할 수 있어요. 이를 바탕으로 우리가 관측할 수 없는 은하의 분포, 즉 ‘우주 거대 구조’를 완성할 수 있는 거예요.

피블스가 제안한 이론으로 우주의 거대구조를 알아내려면 적어도 수백만 개의 은하를 분석해야 해요. 당시엔 은하 하나를 제대로 분석하는 데 수년이 걸렸기 때문에 피블스의 이론은 검증되지 못했지요. 현재는 수백만 개의 은하 위치와 특성을 파악할 수 있을 정도로 기술이 발전했어요. 이처럼 기술이 발전한 지금 1970년대 피블스가 설계한 우주 거대구조 계산법은 여전히 그대로 쓰이고 있답니다.