빅뱅, 그 시간 너머의 세계

이 종 완 지도교사(강릉 문성고4-H회)

과학의 세계란 어떤 것일까? 무한한 상상력의 세계를 구체화시키고 수식화시켜 현실로 끌어당기는 그래서 우리가 이해할 수 없는 것들을 설명해 보고자 가설을 세우고, 끊임없는 실패 속에서 아주 작은 실마리를 끌어안고 새로운 개념을 찾아 나가는 일.
그 중에서 이번에 다루려고 하는 책은 우주의 탄생이 어떻게 시작되었는가 하는 생각에서 ‘우주의 기원 빅뱅’이다.
‘나는 어디서 와서 어떻게 지금 존재하는가?’라는 물음처럼 우주에 대해서도 같은 의문을 갖게 되는데,‘우주에 대해서 가장 이해할 수 없는 것은 우주를 이해할 수 있다는 사실이다.’라고 말한 앨버트 아인슈타인의 말처럼 우리가 우주를 이해하려는 노력은 어쩌면 바닷가 모래 백사장에서 금반지 찾기만큼이나 어려운 일인지도 모른다. 우리 우주에는 1000억개가 넘는 은하가 있고 각각의 은하에는 대략 1000억개의 별이 있다. 별 주위를 얼마나 많은 별들이 돌고 있는지 알 수 없지만 각 행성마다 생명체가 진화하고 있고 우주의 기원을 알아내는 일을 시도하는 생명체가 존재할 수도 있을 것이다. 과거의 우주 기원을 밝혀내어 현재의 우주를 설명하는 세계로 들어가 보기로 하자.
전 세계의 각 문화권마다 우주의 기원에 대한 자기들의 신화를 갖고 있다. 이런 창조 신화는 그들의 환경과 사회를 반영하고 있기에 매우 다른 내용을 담고 있다. 신화에 의문을 가진 지식인들은 이단자로 비난받게 되고 더 이상 비난을 참을 수 없게 되자 우주에 대한 자신들의 이론을 발전시키게 된다. 많은 과학자들은 유용성 때문에 과학을 연구하는 것이 아니라 노력에서 즐거움을 얻기 때문에 연구하고 그 과정들이 아름답기 때문에 연구한다. 이 책에는 많은 천문학자들이 어떻게 업적을 남기게 되었는지에 대해 자세하고 알기 쉽게 기술되어 있다. 특히 갈릴레이의 저서 ‘두 체계의 대화’는 세 명의 인물을 등장시켜 태양 중심 모델과 지구 중심 모델의 장점을 이야기하도록 하는데, 논의와 반론으로 구성해 많은 사람들의 관심과 논란을 불러와 종교재판에 회부되게 되고 금서의 목록에 추가되게 된다. 태양중심 우주 모델이 많은 천문학자들에게 수용되면서 교회의 태도에도 변화가 일어나는데, 신학자들 중 지식인들은 일반인들이 이미 사실로 간주하는 것을 계속 부정하면 자신들이 어리석게 보일 것이라는 사실을 깨닫게 되어 천문학과 기타 자연과학에 관해 서서히 교회가 태도를 누그러뜨리게 된다.
뉴턴과 아인슈타인의 중력전쟁도 새로운 이론이 진정으로 받아들여지려면 이론과 실제 관측을 통해 얻어진 결과와 일치하는 결과를 도출해야 함을 알고 관측여행을 떠났다가 만나게 되는, 1차 대전의 발발로 천문학의 발전이 지연되지만 관측과 실험은 궁극적인 심판을 내리게 된다. 새로운 중력의 이론을 이용해 아인슈타인은 전체우주를 연구하는데 문제는 중력이 우주를 붕괴시킬 수 있었다. 그래서 일반상대성이론에 우주상수를 포함해 반중력 효과를 만들게 되고 우주가 붕괴하는 것을 막을 수 있었다. 이것으로 정적이고 연원한 우주라는 일반적 생각과 일치하게 됐는데 한편 프리드만과 르메르는 우주상수를 버리고 우주가 역동적이라는 것을 증명했다.
그들은 팽창하는 우주를 생각해냈고 르메르는 강력하고 밀도 높은 원시원자를 생각했다. 이것이 폭발하여 팽창하고 진화해 오늘날 우주가 됐다. 우리는 이것을 빅뱅우주 모델이라고 부른다. 하지만 그들의 팽창하는 우주는 무시됐다. 그것을 증명할 아무런 관측 증거가 없었기 때문에 빅뱅 우주 모델은 정체에 빠졌다.
프리드만은 우주가 원시원자에서 시작된 것이 아니라 모든 것이 한 점에서 출발했다고 주장했다. 전 우주가 크기가 없는 점으로 빨려 들어가 있었다는 것이다. 1950년대 우주학계는 정상우주모델과 빅뱅우주모델로 나뉘어져 있었는데 빅뱅이 있었다면 왜 우주가 별들보다 나이가 적은가? 무거운 원소는 어떻게 만들어졌는가? 우주배경복사는 어디에 있는가? 은하는 어떻게 형성됐는가? 하는 물음에 답을 하지 못했다. 물론 현재는 물음에 대한 답을 모두 얻게 됐지만 중요한 것은 패러다임의 전환에 의해서 새롭게 제시된 과학 모델의 결점이 밝혀지고 실재하는 훌륭한 것으로 남게 된다는 것이다. 빅뱅의 남은 문제를 해결하기 위한 과제는 더 발전된 이론을 만들기 위해 계속 노력하고, 더 많은 실험을 하고, 무엇보다 우주를 더 자세하고 확실하게 관찰하기 위해 노력해야 한다.
 〈사이먼 싱 지음 / 영림카디널 펴냄 / 2만8500원〉