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2백년 가까이 천문학자들을 난처하게 만들어 왔던 문제를 온타리오에 있는 워털루대학의 천체물리학자 폴 웨슨은 해결한 것일까?

지난 1826년에 독일의 천문학자인 하인리히 올버스는 만약 하늘에 무한한 수의 별들이 존재한다면 어느 방향으로 쳐다보더라도 별 하나쯤은 볼 수 있어야 하지 않느냐는 질문을 던졌다. 별빛이 너무 약해 그 별만 보기는 힘들더라도 무한한 수의 별들이 있을땐 적어도 빛이 만들어내는 구름은 볼 수 있어야 한다는 것이었다. 사실 하늘은 무한한 수의 별들이 비추는 구름으로 가득차서 태양의 표면만큼 밝고 뜨겁게 빛나야 하는 것이다. 그리고 그 열때문에 생명의 존재는 불가능해지고 말이다.

그러나 어떤 이유에선지 여전히 밤하늘은 까맣다. 이를 '올버스의 파라독스'라고 부른다.

올버스의 파라독스를 푸는 가장 쉬운 방법은 우주엔 무한한 수의 별들이 존재하지 않는다고 일단 가정하는 것이다. 우주엔 한정된 수의 별들만이 있으며 실제로 올버스가 살아있던 당시의 별들의 수는 대략 수억개에 불과했다는 것이다.

이는 우리가 비교적 적은 수의 별만 쳐다볼 수 있으며 그 뒷면의 공허한 공간을 바라본다는 것을 의미한다.

그러나 시간이 지나면서 이러한 논리는 그 힘이 약해지기 시작했다. 1920년대에 이르러 우리의 은하계인 밀키웨이엔 3천억개의 별들이 있을 뿐만 아니라(올버스 시대에 생각했던 것보다 수천배가 더 많은 수)그렇게 반짝이는 별들로 구성된 은하계만도 수천억개나 존재한다는 사실이 알려졌다. 그렇다고 해서 별들의 수가 무한한것은 아니겠으나 그 수가 엄청나다보니 천문학자들은 어떻게 우리가 그 별들아닌 암흑의 하늘을 볼 수 있는 것일까 궁금해 했던 것이다.

20세기초에 많은 은하계들은 먼지 구름으로 차서 일반적으로 우주는 이곳저곳에 엷은 먼지층을 내포하고 있음이 발견됐다. 이 먼지는 빛을 매우 잘 흡수하기 때문에 사람들은 바로 그 먼지가 새까만 하늘의 원인이라고 생각하게 됐다. 별빛의 양은 엄청나지만 먼지에 의해 흡수되어 버린다는 것이다.

그러나 잠깐만 생각해 보아도 이것은 사실일 수 없음이 명백해진다. 만약 먼지가 빛을 차단시킨다면 그 과정에서 먼지 그 자체가 벌겋게 될 때까지 열을 받게 될 것이다. 하늘 전역에 반짝이는 별대신 반짝이는 별들과 먼지들을 함께 바라보게 될 것이며 따라서 우린 아직도 '올버스의 파라독스'를 풀지 못한 셈이다.

그러나 1920년대에 새로운 사실이 밝혀졌다. 우주가 팽창하고 있다는 것이다. 머나먼 은하계들은 우리로부터 떠나가고 있으며 점점 팽창하면서 더욱 멀어지고 있다. 우리로부터 멀어지면서 별들이 발하는 빛은 저(低)에너지의 붉은 빛으로 바뀌어간다.

이것은 별들이 발하는 빛은 그 대부분이 포함하고 있는 에너지의 양이 매우 적고 하늘을 밝게 비출만한 능력이 없을만큼 옅게 변한다는 것을 의미한다. 바로 이점이다. 하늘이 새까맣다는 것은 우주의 팽창때문이다. 이러한 논리는 매우 매력적이어서 나는 천문학에 관한 책들을 저술할 때 이 이론을 올버스의 파라독스를 푸는 열쇠로 활용하기도 하였다.

그러나 이 역시 똑같이 틀린 논리였다. 웨슨은 과연 얼마만큼의 빛이 우주의 팽창과정에서 상실되는 것인가를 계산코자 많은 노력을 기울였으며, 그 결과 올버스의 파라독스를 설명하기엔 너무도 적은 양임을 알아냈다. 비록 우주가 팽창하긴 하지만 그래도 밤하늘을 밝게 비추고 생명의 존재가 불가능할 정도는 된다는 것이었다.

그래서 한참동안 그 어떠한 설명도 불가능한것처럼 생각되던 차에 드디어 하나의 가능성이 나타났다.

즉, 은하계들은 지금까지 존재하지 않았으며 또한 앞으로도 영원한 시간을 존재하지는 않으리라는 것이다. 은하계들이 탄생해서 빛을 발하기 시작할 때까지의 시간이 있고 또한 언젠가 우주에서 사라지며 빛을 잃어버릴 때까지의 시간이 있다.

다시 말하면, 우주엔 무한한 수의 별들이 있을는지 모르나 무한한 시간동안 빛을 발하지는 않는다는 것이다.

그리고 이미 발해진 빛들은 우주 전역을 가득 채울만큼 충분한 시간적 여유가 아직은 없었다는 것이다.

이것은 사실일 수밖에 없고 바로 이 논리가 올버스의 파라독스에 대한 설명이라고 웨슨의 계산은 가르치고 있는 것이다. 하늘이 어두운 유일한 이유는 하늘을 밝게 비출만한 시간이 흐르지 않았다는 것이다. 우리가 아직 생존할 수 있는 것은 우리가 아직도 우주의 시초에 살고 있는 까닭이다.

그러나 이것이 미래를 향해 의미하는 바는 무엇일까?

시간이 흐르면서 우주는 점차 빛으로 기득 찰 것이며 어쩌면 지금으로부터 수조년 후엔 우주의 어느 곳에도 생명이 불가능한 상황에까지 이를 수 있다는 말인가?

아니면 별들이 생산해내는 빛은 일부 별들이 꺼져감에 따라 점차 희미해지는 대신 새로운 별들이 등장하는 때문에 우주의 총 별빛양엔 변함이 없으리라는 것인가?

그것도 아니라면 오래된 별들이 꺼져가는 것보다 새로운 별의 탄생빈도가 더 낮음에 따라 우주의 빛 역시 약해져서 암흑천지가 되고 발산되는 빛과 열이 너무 적어 생명체의 생존이 불가능하게 될 것인가?

또 그것도 아니라면 우주는 또다른 변화를 맞을 것인가?

바로 이러한 질문들이 천문학자들을 흥미진진하게 만드는 것이다.

Has astrophysicist Paul S. Wesson, of the University of Waterloo in Ontario, solved a problem that has been annoying astronomers for nearly 200 years?

Back in 1826, a German astronomer, Heinrich W.M. Olbers, pointed out the following : If there were an infinite number of stars, then no matter in what direction one looked, one would eventually see a star. The star might be too dim to see all by itself, but with an infinite number, you would see a cloud of light. In fact, the whole sky would be lit up by this cloud of infinite stars, so that it would all shine as brightly and as hotly as the surface of the sun. Life would be impossible.

And yet, for some reason, the sky is black. This is called "Olbers' paradox."

The easiest way of solving Olbers' paradox is to suppose that there is not an infinite number of stars in the universe. There are only so many and, in Olbers' time, actually, the rough estimate of stars in the universe amounted to only a few hundred million at most.

This means that we saw past the relatively few stars in existence and looked at blankness beyond.

However, this view weakened with time. By the 1920s, not only was it known that our own galaxy, the Milky Way, contained 300 billion stars (thousands of times as many as had been thought in Olbers' time) but in addition there were hundreds of billions of other galaxies, all glittering with stars. The number of stars was still not infinite but there were so many of them that astronomers wondered how we could look past them at the black sky.

In the early 20th Century, it was discovered that many galaxies were filled with dust clouds and that the universe generally contained thin dust layers here and there. This dust was very efficient at absorbing light, and people began to think that that was the answer to the black sky. There was a great deal of starlight but it was absorbed by the dust.

A little thought showed this couldn't be so. If the dust stopped the light, the dust itself would heat up in the process until it glowed. Instead of having stars lit up all over the sky, you would have stars and dust all lit up and we would still be facing Olbers' paradox.

But then in the 1920s, something else turned up. The universe was expanding. The distant galaxies were receding from us and growing ever more distant. This had an effect on the light they were emitting. As they receded, the light they emitted shifted in the direction of lowenergy red light.

This meant that a large percentage of the light emitted by the stars might be shifted to such an extent that their energy content grew very low and they were not capable of lighting up the sky. There it was—the sky was black because the universe was expanding. This was so attractive a suggestion that in my books on astronomy, I used that as a way of solving Olbers' paradox.

But it was wrong just the same. Wesson did a great deal of calculation as to how much light was lost as a result of the expansion of the universe, and he found that too little was lost to account for Olbers' paradox. Even though the universe was expanding, it should still light up the sky and make life impossible.

For a while it seemed as if no explanation were possible, but one turned up.

The galaxies have not been in existence forever and they don't stay in existence forever. There is a period in which they are born and begin to glow, and a period in which they die out and cease glowing.

There may, in other words, be a nearly infinite number of stars in the universe, but they don't give off light for an infinite length of time.

And what light they do give off has not yet had time to fill the universe.

Wesson's calculations show that this must be so and that this is the explanation of Olbers' paradox. The sky is black only because there hasn't been time for it to light up altogether. We are alive because we are still in the early days of the universe.

But what does this mean for the future?

As time goes on, will the universe gradually fill with light until, perhaps trillions of years from now, it will have reached the state where life is impossible anywhere within it?

Or, will the light produced by stars gradually fade out as individual stars die, and as new stars form, will the total amount of light remain static?

Or perhaps, as new stars form less frequently than old stars die, the light of the universe will gradually fade until there is so much darkness and so little light and heat that life will be impossible anyway?

Or will the universe undergo other changes still?

These questions are the sort that fascinate astronomers.
(C) 1991, Los Angeles Times syndicate