우리는 어디서 왔을까? 빅뱅우주론과 빛의 속력

우리는 어디서 왔으며, 현재 무엇이며, 앞으로 어떻게 될까? 그리고 우리가 사는 세상, 우주는 무엇일까? 

아주 먼 옛날부터 사람들은 이것을 궁금해하고 끊임없이 연구했다. 별, 은하, 우주를 통해 이 궁금증을 여러분과 함께 풀어 보려고 한다.

우주의 기원을 파헤치는 열쇠는 오늘날 표준 이론으로 받아드이고, 있는 우주론, '빅뱅 우주론'이다. 우리가 사는 우주가 어떻게 사는지, 우주가 지금 우리에게 어떤 영향을 주는지 빅뱅 우주론에서 시작해보자.

빅뱅 우주론과 빛의 속력

빅뱅 우주론은 우주의 시작과 여시를 말해 준다. 빅뱅 우주론에 따르면 우주는 과거의 한 시점에서 생겼고 그 후 시공간이 팽창했다. 현재 우리가 보고 있는 시공간은 우주 시간의 역사를 고스란히 보여 주며, 우주의 나이는 137억 년이다.

빅뱅 우주론을 이해하기 위한 첫걸음은 빛의 속력이 일정하다는 사실을 아는 것이다. 빛의 속력은 초속 약 30만 킬로미터로, 1초에 지구를 일곱 바퀴 반을 돌 수 있다. 1억 광년 떨어져 있는 별을 바라본다고 생각해 보자. 빛의 속력이 일정하기 때문에 지금 우리가 보고 있는 별은 1억 년 전 별을 출발하여 지금 우리 눈에 도착해 빛으로 보이는 것이다. 그러니까 1억 년 전 모습이다.

따라서 1억 광년 떨어져 있는 많은 천체를 관측하고 그 특성을 종합하면 1억 년 전의 우주의 모습을 알 수 있다. 더 멀리 10억 광년, 50억 광년, 100억 광년 떨어져 있는 천체들을 본다는 것은 10억 년 전, 50억 년 전, 100억 년 전의 우주를 본다는 것이다. 빛의 속력이 일정하기 때문에 100억 년도 넘는 우주의 과거를, 그리고 현재까지의 우주 역사를 과학적으로 확인할 수 있다.

팽창하는 우주

현대 빅뱅 우주론의 지평을 연 사람은 허블이었다. 1929년 허블은 사람들이 그동안 알고 있던 우주와 전혀 다른 우주의 모습을 제시했다. 모든 은하가 우리로부터 멀어지고 있다는 것이다. 그리고 이것이 우주가 팽창하기 때문에 생기는 현상이라고 했다.우주가 팽장한다는 사실에는 많은 의미가 있다. 과거와 현재, 미래의 우주 모습을 짐작할 수 있는데, 언젠가 우주는 팽창을 시작했고, 지금까지 계속 팽창해 왔을 것이다. 이것은 또한 우주의 나이는 유한하며 또한 유한한 시공간을 가진다는 뜻이다.팽창하는 우주에는 조금 복잡한 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 적용되는데, 한 번쯤 들어봤을 이 이론은 조금 뒤에서 다루겠다.

역동적인 밤하늘

밤하늘의 별과 달을 바라보는 자신의 모습을 상상해 보자. 광활한 우주가 눈앞에 펼쳐지고 적막하고 고요한 밤하늘 깊숙이 수많은 별이 맑게 빛나며 낭만은 극치에 이른다. 이러한 모습은 시, 음악, 그림 등 문학과 예술에서 아름답고 우아하게 표현되기도 한다.

그러나 천문우주학의 관점에서 보는 밤하늘은 역동 그 자체다. 우리가 살고 있는 지구만 보아도 그렇다. 지구 반지름은 약 6,378 킬로 미터이며, 하루에 한 바퀴 자전하는 지구는 적도를 기준으로 초속 약 420미터의 속력으로 회전한다. 그리고 지구는 태양으로부터 평균 1억 5,000만 킬로미터 떨어져 있으면서 초속 약 30킬로미터의 속력으로 1년에 한 바퀴 공전한다. 한편 지구가 속해 있는 태양계는 은하의 중심으로부터 약 26,000광년 떨어져 있으며, 초속 약 250킬로미터의 속력으로 약 2억 년에 한 바퀴 공전한다.

멀리 떨어져 있는 별들과 은하들도 조속 수백~수만 킬로미터, 심지어 빛의 속도에 가까운 속력으로 우주 속을 역동적으로 움직인다. 단정적으로 말하면 우주 공간에 존재하는 모든 천체는 이와 같이 매우 역동적으로 움직이며, 움직이지 않는 전체는 하나도 없다. 다만 우리로부터 거리가 매우 멀리 떨어져 있어 그 역동적인 움직임을 맨눈으로는 보고 느낄 수 없을 뿐이다. 플랍게도 이 모든 전체를 품고 있는 우주 그 자체도 계속 팽창하며 역동적으로 변하고 있다.