d라이브러리 2016년 10월 수학동아

우주는 어떻게 태어났고, 어떻게 변해왔을까? 과학자들은 지금으로부터 138억 년 전, 아주 작은 한 점에서 대폭발이 일어나며 우주가 탄생했고 지금까지도 계속 팽창하고 있다고 말한다. 바로 ‘빅뱅 이론’이다.

빅뱅 이론의 ‘빅뱅’은 사실은 ‘뻥!’이다. 그 이름도 유명한 빅뱅 이론이 뻥이라니 무슨 말일까? 1949년 당시 최고의 천문학자였던 프레드 호일 영국 케임브리지대 교수는 우주가 대폭발로 생겼다고 믿지 않았다. 그래서 한 라디오 프로그램에 나와 이 이론을 ‘뻥! 이론’이라고 비아냥거렸다. 뻥을 영어로 하면 빅뱅이라고 한다.

지금은 거의 모두가 빅뱅 이론이 옳다고 인정하고 있다. 여러 가지 증거가 나왔기 때문이다. 물론 대폭발 순간을 직접 볼 수는 없지만, 과학자들은 다양한 방법으로 초기우주★의 모습을 보고 있다.

138억 년을 날아온 빛

과학자들은 주로 빛을 이용해 우주를 관측한다. 이런 빛은 모두 과거에서 온다. 이 말이 이상하게 느껴진다면 잘 생각해 보자. 빛은 1초에 지구를 7바퀴 반이나 돌 수 있기 때문에, 일상생활 속에서 속도가 있다고 느끼기는 어렵다. 하지만 드넓은 우주에서라면 이야기는 달라진다. 예를 들어 태양빛이 지구에 도달하려면 8분 정도 걸린다. 우리가 보는 태양빛은 태양의 약 8분 전 과거 모습을 보여주는 셈이다.

그런데 만약 우주가 탄생했을 때의 모습을 간직한 빛을 관측할 수 있다면 어떨까? 빛이 8분 동안 우주를 달려 태양의 과거 모습을 우리에게 알려준 것처럼, 초기우주의 모습을 보여줄 수 있지 않을까? 빅뱅 이론에 따르면 그런 빛이 있다. 이 빛의 이름은 ‘우주배경복사’. 이를 관측하기 위해 역사적인 인공위성 ‘코비’가 1989년에 우주로 올라가 성공적으로 임무를 완수했다.

초기우주의 문이라고도 할수 있는 우주배경복사는 우주가 탄생하고 38만 년 뒤에 최초로 빛이 우주로 뻗어나가면서 남긴 흔적이다. 38만 년 이전에도 빛은 있었지만 여러 입자들이 뒤죽박죽으로 섞여 있어서 앞으로 움직이지 못했다. 그래서 우주는 한치 앞도 볼 수 없는 진흙탕 같은 상태였다.

그런데 38만 년 뒤 엄청나게 뜨거웠던 우주가 3000K★(약 2727℃) 정도로 식으면서 입자들이 서로 결합했다. 불투명했던 우주는 입자 수가 줄어들어 맑아졌다. 빛을 막고 있던 장애물이 줄어든 것이다. 방해 요소가 줄어든 빛은 전 우주로 퍼져나갔다. 이 빛이 바로 우주 초기 38만 년 순간의 모습을 고스란히 담고있는 우주배경복사다. 138억 년의 시간을 지나 우리에게 온 우주배경복사는 어떤 이야기를 들려줄까?

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PART 1. 초기우주의 문을 보다