d라이브러리

이어지는 내용을 보려면?☞ #빅뱅 #팽창 #입자 #힘 #별

항성(별)과 행성, 블랙홀, 암흑물질, 그리고 생명체까지. 우주를 채우고 있는 온갖 만물은 어디서 시작됐을까. 그리고 어떻게 지금에 이르게 됐을까. 

이 궁극적인 질문은 단언컨대 지금의 과학으로는 풀 수 없다. 앞으로도 당분간은 알 수 없을 것이며, 영원히 미지의 영역으로 남을 수도 있다. 그러나 과학자들은 지식이 부족하다는 이유로 탐구를 포기하지 않는다. 불변의 속도를 갖는 빛이 우리를 태초의 시점 가까이로 안내하기 때문이다. 

우리은하가 우주의 전부라고 생각했던 1920년대, 미국 천문학자 에드윈 허블은 ‘우주에는 수많은 은하가 있다’는 사실을 밝힌 데 이어, ‘멀리 떨어진 은하일수록 지구에서 빠른 속도로 멀어져 간다’는 내용의 논문을 발표했다. 

이는 은하가 실제로 이동하는 것이 아니라, 우주라는 공간 자체가 팽창하고 있기 때문에 관측되는 현상이다. 마치 밀가루 반죽 사이에 건포도 여러 개를 끼워 넣었을 때, 반죽이 부풀어 오를수록 건포도가 움직이지 않았음에도 불구하고 건포도 사이의 거리가 벌어지는 것과 같다. 우주가 팽창한다는 사실을 근거로 시계를 거꾸로 되돌리면 결국 ‘지금의 광활한 우주가 태초에는 하나의 점’이었다는 결론에 이른다. 

관측 기술이 고도화되던 1964년, 이를 뒷받침할 강력한 증거인 우주배경복사가 발견됐고, 이와 더불어 우주의 시작이 약 137억 년 전이라는 구체적인 시점도 예측됐다(2013년 관측으로 현재는 약 138억 년 전으로 추정된다). 이로써 ‘하나의 특이점이 폭발해 지금과 같은 광활한 우주가 됐다’는 빅뱅 이론은 지금까지 우주의 탄생을 설명하는 정설로 받아들여지고 있다.

하지만 빅뱅 이론은 수많은 궁금증을 물고 왔다. 빅뱅 이전의 우주는 어떤 모습이었을까? 특이점을 폭발시킨 건 무엇이었을까? 최초의 입자는 어떻게 만들어졌을까? 입자를 엮는 힘은 어떻게 생긴 걸까? 최초의 별은 어떻게 생겼을까?

우리가 빛이라는 타임머신을 타고 우주의 역사를 거슬러 올라갈 수 있는 건 우주의 탄생(0초) 후 약 38만 년이 흐른 시점까지다. 이때부터 우리가 관찰할 수 있는 빛이 우주 공간을 자유롭게 이동했기 때문이다.

그 사이(0초~38만 년)에 벌어진 일을 알기 위해 과학자들은 상상력을 동원했다. 동시에 현재 지구에는 없는 상상 속의 입자와 그것들의 물리 현상을 보기 위해 가속기라는 거대한 실험 장치를 만들었다. 가속기는 수소나 납 같은 원자를 빛에 가까운 속도로 가속한 뒤 충돌시켜 빅뱅과 빅뱅 직후에 나타났을 법한 상황들을 재현한다. 

물론 빅뱅 당시의 에너지는 지구를 산산조각내고도 남을 만큼 엄청나기 때문에 빅뱅 직후의 우주를 완벽하게 그대로 재현할 수는 없지만, 그럼에도 불구하고 그와 유사한 환경에서 원자보다 작은 기본입자들의 정체가 밝혀졌다. 

이렇게 과학자들은 현재의 우주에서 시간을 단계적으로 되돌려 우주의 과거를 재현해왔다. 빅뱅 이후 우주가 팽창하면서 온도가 지속적으로 떨어졌기 때문에, 일반적으로 온도를 기준으로 입자와 원자핵, 별, 은하의 종류에 따라 시간대별로 분류한다.

그럼에도 여전히 빅뱅의 바로 그 순간만큼은 현대수학으로도, 양자이론으로도 풀지 못하고 있다.

이어지는 기사를 보려면?

우주의 태초☞ #빅뱅 #팽창 #입자 #힘 #별