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우주 공간에서 먼 우주를 관측하다니, 앞으로 제임스 웹 우주망원경의 활약이 기대되지? 그런데 도대체 우주 초기에 별과 은하들이 어떻게 생겨났을까? 지금까지 나 아인슈타인을 포함한 수많은 수학자, 과학자가 연구했지만, 여전히 한 가지 이론으로 설명하긴 어려워 보여. 우주가 어떻게 현재까지 진화해 왔는지에 대한 갑론을박이 오래전부터 이어졌거든. 지금부터는 우주 탄생의 비밀을 수학으로 연구한 사례를 알아보자.

수학으로 밝힌 우주의 나이

우주의 탄생을 설명하는 이론 중 가장 유력한 것으로 꼽히는 것은 ‘빅뱅 이론’이야. 138억 년 전 티끌만 한 시공간이 나타나 엄청나게 빠른 속도로 팽창해 지금에 이르게 되었다는 내용이지. 이런 빅뱅 이론이 발전해 오는 과정에서 ‘수학’은 빠질 수 없다는 말씀!

우주의 비밀을 푼 수학자들

빅뱅 이론 외에도 수학자가 밝혀낸 우주의 비밀이 많아. 지금부터 대표적인 수학자와 연구 내용을 소개할게.

일식이 일어날 날짜를 계산한 탈레스

탈레스는 고대 그리스의 유명한 철학자이자 수학자예요. 일식이 일어날 날짜를 계산해 예측했지요. 당시 사람들은 달이 태양을 가리며 세상이 온통 어두컴컴해지는 일식을 ‘재앙’이라고 여겼습니다. 신이 인간에게 화가 나서 태양을 가렸다고 생각한 겁니다. 하지만 탈레스는 천문학 현상이라고 생각했어요. 그래서 태양과 달 같은 천체의 운동을 관찰하고, 이전에 일식이 일어났던 자료를 토대로 계산을 했지요.

그 결과, 일식은 태양과 달의 위치에 따라 규칙적으로 일어난다는 사실을 알아냈습니다. 그리고는 기원전 585년 5월 28일에 일식이 일어날 것을 정확히 예측해 많은 사람을 놀라게 했답니다.

중력을 발견한 아이작 뉴턴

우리에게 과학자로 잘 알려져있는 아이작 뉴턴은 영국의 대표적인 수학자이기도 합니다. 1687년 <;자연철학의 수학적 원리>;라는 책을 통해 그 유명한 ‘만유인력의 법칙’을 발표했지요. 뉴턴은 사과가 땅으로 떨어지는 현상을 보고, 어떤 힘이 사과를 지구로 잡아당기고 있다는 사실을 알아냈습니다. 바로 ‘중력’이지요. 나아가 하늘에 뜬 달이 떨어지지 않는 것 또한 서로를 끌어당기는 인력 때문이라는 것도 밝혀냈습니다. 이 힘은 두 물체의 질량에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례한다는 수학식으로 나타냈지요.

이외에도 현대 수학에서 빼놓을 수 없는 미적분을 발견하고, 마찰이 없는 상황에서 일어나는 물체의 운동을 수식으로 설명하는 ‘뉴턴의 3가지 운동 법칙’을 만들었습니다.

우주의 구조를 고민한 앙리 푸앵카레

‘우주는 공 모양일까? 도넛 모양일까?’

프랑스의 수학자 앙리 푸앵카레는 어느 날 우주의 모양에 대해 고민하기 시작했어요. ‘빅뱅 이론’에 따르면 우주는 한 점이 폭발하면서 점점 커져 왔는데, 그 공간이 공 모양인지 의문을 가진 거지요. 그리고 “경계가 없고 유한한 3차원 우주를 한 바퀴 돌아온 밧줄을 끌어당겨 한 점으로 모을 수 있다면, 이 우주는 공과 수학적으로 같다”고 주장했습니다.

이 주장은 2003년 수학적으로 증명됐는데, 이것이 바로 미국 클레이 수학연구소에서 선정한 세계 7대 수학 난제 중 하나인 ‘푸앵카레의 정리’입니다.