우리 우주 이야기 - 우주 편

 

앞서 썼던 우주에 대한 이야기에서 태양계, 은하계를 거쳐, 이젠 가장 큰 조각인 우주 전체에 대한 이야기를 해보자. 물론 아직 우리 인간은 우리가 속한 우주에 대해 정말로 작은 지식을 가졌다. 그리고 알려진 것들 조차도 실제 모두 증명된 것들이 아닌 추측이 많다. 거기에 전문적인 분야에서 일하는 것도 아닌 나의 경우엔 그 지식의 한계는 너무도 명확하다. 그래서 이 이야기는 정말로 일반인을 대상으로 하고 있다.

 

우리의 우주는 137억년 전쯤에 커다란 폭발로 시작되었다. 그것을 '빅뱅' 이라고 하는데 보통 폭발이라고 하면 우린 커다란 폭음과 눈이 부실 밝은 빛을 떠올릴지 모르지만 실제로는 빛도 소리도 없었다.

 

빅뱅 후 실제로는 아무것도 없는 곳에서 공간이란 것이 생겨났다. 이 부분이 상상하기가 가장 힘든 부분이다. 왜냐하면 우린 단 한번도 공간이 없는 것에 대해 경험을 해보지 못했기 때문이다. 물론 이때 시간도 생겨났다. 즉 시공간이 생겨난 것이다. 그나마 우린 가끔 멈춰진 화면과 같이 시간이 없거나 정지된 상태를 볼 수 있다. 하지만 공간이 없는 것을 과연 어떻게 상상하겠는가?

 

아무튼 이렇게 생겨난 시공간은 그야말로 엄청난 속도로 팽창해서 137억년이 지난 지금은 상상도 하기 힘든 거대한 공간을 형성하고 있다. 그리고 이 우주의 온도 역시 절대 온도에 거의 근접해 있다. 우린 어린 시절 과학시간에 폐쇄된 공간에 압력이 올라가면 온도가 상승하고 반대로 압력이 낮아지면 온도가 낮아진다고 배웠다. 실제로 우주도 그렇다. 빅뱅 초기의 우주는 엄청난 고온 고압이였는데 현재의 우주는 너무도 차갑게 식어 있다. 그것은 바로 우리 우주가 엄청나게 넓어져서 압력이 거의 없는 공간이 되어 버려서 그렇다.

 

이 후 우주는 이 시간에도 점점 더 넓어지고 있으며 더욱 더 차갑게 식어가고 있다. 그리고 언젠가 아주 오랜 시간이 흐르면 우주는 너무 넓어져서 모든 원자들도 분해될거라고 한다.

 

이 우주는 총 네개의 기본적인 힘이 작용하는 것으로 밝혀졌다. 그 힘은 각각 중력, 전자기력, 약력, 강력으로 표현하며 이 중에서 중력과 전자기력은 우리를 우주로 날라가지 않도록 잡아 주는 지구의 힘과 그럼에도 불구하고 우리를 지구 중심으로 떨어지지 않게 발바닥에서 우리의 몸에 척력을 행사해주는 지면의 양 극 사에서 늘 느끼는 힘이고, 강력은 원자의 핵인 중성자와 양성자를 묶어 주는 힘이며, 약력은 방사선 원소가 붕괴를 일으키는 힘이다. 이 힘들은 모두 빅뱅 초기에 만들어졌으며 결국 이 힘들의 상호작용으로 우리 우주는 구성되어 있다.

 

하지만 많은 과학자들은 이 힘들의 균형에 대해 의문을 표시하고 있다. 물론 이 의문은 이 힘들이 정말로 존재하느냐에 대한 것이 아니라 왜 이 힘들은 딱 그 만큼만의 힘을 가지고 있을까 하는 것에 대한 의문이다. 즉 이 힘들 중 특정 하나가 조금만 적거나 많아지면 우리 우주는 붕괴되어 버릴 수도 있는데 그것을 위한 수치의 변화량이 정말 작기 때문이다.  

 

그래서 어떤 의미에서 보면 마치 누군가 인위적으로 맞춰 놓은 듯한 느낌이 들 정도이다. 어떻게 하면 이렇게 우주가 만들어질 수 있도록 정확히 조정을 해놓은 것일까?

 

그래서 이 생각은 두가지로 분리가 되는데 하나는 바로 신의 존재에 대한 생각이고 다른 하나는 우리 우주는 단지 하나가 아닐 수도 있다 라는 생각이다. 신에 존재성은 이 글에서 다룰 내용은 아니니 패스하고 이제 여기에서 출발된 다중 우주 이론에 대해 생각해보자.

 

다중 우주라고 하면 너무도 단순하게 생각해서 우리 우주가 유니버스가 아닌 멀티버스라고 표현하는 것이다. 즉 몇개 인지는 모르지만 이런 우주는 아주 많다는 생각이다. 그리고 그 각각의 우주는 모두 다른 물리학 법칙이 지배하고 있으며 우린 운좋게 이런 우주에 살고 있게 된 것이다. 아니 정확히 말하면 그런 조건이 되었기에 별도 생기고 지구도 생기고 거기에 우리와 같은 존재에 대한 인식을 할 수 있는 지적인 생명체도 생겼다는 말이다.

 

또한 이 다중 우주론은 빅뱅의 원인으로서도 설명이 되고 있다. 하지만 다중 우주론에 대한 학설은 여러가지가 있지만 현재까지는 모두 단순한 상상일 뿐이다. 우리 우주도 제대로 관측을 못하는 판에 어떻게 다른 우주를 상상할 수 있겠는가? (영화나 만화에서는 이미 다중 우주론이 언급되고 있다)

 

우주는 광대하게 크고 그 안에는 수 천억개가 넘는 은하가 있으며 그 각각의 은하는 또다시 수천억개의 항성을 가지고 있다. 그리고 그런 항성들은 또다시 수 많은 행성을 거느리고 있는데 우린 바로 그 중 하나인 지구에서 번성한 지적 생명체이다. 그래서 우주적 관점에서 보면 우린 정말로 보잘것 없고 존재감도 없는 그런 상태이지만 적어도 우리 인간은 우리가 이 거대한 우주의 일부란 것을 인식을 하고 있다.

 

우리의 몸을 이루는 모든 원소는 이미 수십억년에 이 우주의 거대한 폭발이나 충돌로 인해 생성된 너무나도 오래 된 것들이고 결국 우리 모두는 우리가 늘 보는 별의 후손이다. 즉 별이 남긴 유산으로 만들어진 유기체란 뜻이다.

 

우주 연대기 상 초기 우주는 거의 수소와 수소 원자 둘이 합쳐진 원소인 헬륨으로 구성되어 있었다. 그 비율이 정확히 기억나지 않지만 아무튼 대부분이 수소이고 일부분이 헬륨이였던 것 같다. 그리고 현재의 우주 역시도 수소가 막강한 비율을 차지 하고 있으며 많은 별들에서 이 수소를 연료삼아 핵융합을 하여 에너지를 만들어 내고 있다. 그리고 그 빛이 우리의 시야에 도착해서 우린 그 빛을 보고는 밤하늘의 별이라고 칭한다.

 

우리의 우주는 아직도 그 존재가 불명확한 암흑 에너지와 암흑 물질이 96%를 차지하고 있으며 우리가 눈으로 보는 일반 물질은 겨우 4% 내외를 차지 하고 있다는 예측이 있지만 아직도 이 이론은 단순한 강력한 희망을 가진 예상치에 불과하다. 하지만 암흑 에너지는 우리 우주가 중력에 의한 수축을 경험하지 않고 끝없이 팽창을 하고 있는 현상에 대한 강력한 이론적 근거가 되는 존재이며 암흑 물질은 우리 은하계와 같은 수천억개의 은하들이 한데 뭉쳐서 회전하고 있는 이유의 근거가 된다.

 

우리 인류가 밤 하늘을 바라본 이래 우린 밤하늘의 밝은 별을 이어서 별자리를 만들고 지구의 자전축을 연장시킨 곳에 위치하고 있는 북극성을 기준 삼아 가상의 선을 그어서 적경과 적위를 구분해 행성, 별, 성운, 성단, 은하 등의 위치를 기록하고 있다. 하지만 우리의 기록을 넘어서는 오래된 시간이 흐른다면 이것들은 모두 불필요한 자료가 될 수도 있다.

 

북극성은 자전축이 아닐 수 있고 각 별자리는 그 모양이 뒤틀리고 붕괴되버 버릴 수도 있으며 어제 보이던 별이 오늘 갑자기 밝은 빛을 내며 몇일간 밤 하늘에서 달처럼 밝게 빛날 수 도 있다. 이 우주는 아주 급작스럽게 변화하며 너무도 높은 온도와 빠른 속도로 움직이고 있으나 우리 감각기관에 그런 것이 느껴지기엔 그들은 우리 상상 이상으로 멀리 있어서 우린 그 열과 속도와 모양의 변이를 전혀 느끼지 못하고 있다.

 

우주는 우리가 변화를 감지하기엔 너무도 거대한 대상이기 때문이다.

 

지구에 사는 우리들은 수 십억년 전 폭발한 어느 거대 항성으로부터 만들어진 원소가 모여서 만들어진 존재이기 때문에 우리 나이는 겨우 수십년에 불과하나 우리의 몸을 이루는 원소들은 그 나이가 최소 40억년 이상 된 대단히 오래된 존재들이다.

 

어떤 대상의 특징을 말할 때 그 크기는 꽤나 빈번하게 사용되는 단위이지만 우리 인간의 능력으로는 우주의 크기를 가늠하거나 상상조차 할 수 없다. 물론 빛의 속도란 절대 불변의 단위가 있고 그것으로부터 우리가 알 수 있는 것은 우리의 눈에 도달하고 있는 빛 중에 가장 오랜 시간을 여행 중인 빛은 약 137억년 가까운 시간을 여행했다는 것을 지식적으로만 알고 있을 뿐이다.

 

하지만 이 보다 더 멀리 있는 빛은 우리의 눈에 도달하기엔 너무도 멀어서 우린 그 어떤 방법을 써도 그 빛이 존재하는 것을 알아낼 방법이 없다. 그래서 우린 우주의 나이가 137억년이란 점은 밝혀 냈지만 우주의 크기에 대해서는 그 어떤 뛰어난 관찰자도 그것을 정의할 수 없다.

 

그것은 바로 우리 우주의 공간 자체가 빛의 속도보다 더 빠르게 팽창하고 있기 때문일 수도 있는데 그렇다고 해서 이것이 상대성 이론에 반하는 것은 아니다. 상대성 이론의 근본적 가정엔 빛의 속도를 뛰어 넘는 어떤 존재도 없다는 것인데 이것은 당연히 공간을 기반으로 하기 때문이다. 하지만 이 빛이 나가가고 있는 그 공간 자체가 팽창되는 것은 공간의 팽창이지 공간의 속도가 아니다.

 

 

우리가 속해 있는 우주는 작은 운석부터 위성, 행성, 항성, 성운, 성단, 은하, 블랙홀, 퀘이사 까지 도저히 그것이 무엇인지 상상도 하기 힘든 엄청난 공간으로 구성되어 있다. 그곳은 수조도가 넘고 숫가락 하나분의 질량이 지구와 맞먹는 수준의 말도 안되는 초밀도 공간도 존재하고 있다.

 

그리고 그 모든 것들은 우리와 연결되어 있다. 우리의 몸 하나하나를 이루는 그 모든 원소들은 모두 우주 공간에서 이루어진 별들의 활동의 결과물이다.

 

우리는 진정한 의미에서 우주인이며 이 우주의 후손이다.

 

 

 

우리를 둘러싼 환경에 대한 상대적 크기를 보여주는 플래쉬이다. 이것을 어디에서 얻었는지 기억도 나질 않아서 원본 링크를 못걸고 가지고 있는 파일로 보여준다. 저작권 문제가 있을 것 같긴 한데;; 어쩔 수 없다.

 

이 플래쉬엔 양자 역학의 미시세계에서 상대성 이론이 지배하는 거시세계까지가 모두 망라되어 있다. 즉 줄여나가면 플랑크 크기의 세계가 보이고 늘려 나가면 우리가 상상하는 최대 크기의 우주가 보인다. 어느 분이 만들었는지 모르지만 진짜 엄청난 데이터베이스라고 밖에 표현 못하겠다.

 

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