현대 과학의 우주론의 변화

아인슈타인만 해도 우주는 영원 불변의 것으로 생각을 했습니다. 그래서 물리학 방정식에 우주상수라는 걸 만들기까지 했습니다.

게다가 아인슈타인이 이런 주장을 하니 사실 여기에 딴지를 걸 사람은 거의 없었습니다.

그런데 1929년 에드윈 허블은 지구로부터 멀리 떨어진 항성과 은하들이 지구로부터 멀어지고 있다는 것을 발견합니다. 그리고 멀수록 떠 빨리 멀어지는 현상을 발견하게 됩니다. 이는 패러다임 쉬프트였습니다.

아인슈타인의 정적 우주론은 폐기됩니다. 아인슈타인은 허블이 일하는 윌슨 천문대에 방문 자기 과오를 인정했습니다.

여기서 재미있는 과학사 이야기 하나 더, 호주의 과학철학자인 칼 포퍼는 과학과 비과학의 구획의 기준을 "언제 틀리는지 그 기준을 제시할 수 있을 때"라고 했습니다. 이 기준에 대한 영감은 아인슈타인이 아프리카 개기일식 때 태양 뒷편에 있는 별의 위치가 다르게 관측될 것이라고 예측한 데서 얻은 힌트입니다. 중력장에 의해서 빛이 굴절되는 현상을 최초로 관측한 것이기도 합니다. 그랬던 아인슈타인은 자기 이론이 틀렸음을 인정했으니 정말 과학자였던 것이죠.

정적 우주론이 폐기되고 나서 천문학자들과 물리학자들에게서 우주는 다시 두 가지 이론이 대두됩니다. 조지 가모프가 주장했던 빅뱅 우주론과 프레드 호일 등이 주장했던 정상 우주론입니다.

사실 빅뱅 우주론은 성경에서 나온 것이라고 해도 될 정도였습니다. 초기 인플레이션 그리고 지속적인 팽창은 태초에 빛이 있으라 라고 하신 하나님의 말씀을 연상케 했죠. 그래서 정상 우주론자들은 이것을 싫어했습니다.

정상 우주론은 우주가 팽창하지만 우주는 변하지 않는다고 보았습니다. 팽창에도 불구하고 우주는 같은 상태를 유지한다고 본 것이죠.

아무튼 이 논쟁은 답없는 허탄한 농담 같았습니다. 그걸 입증할만한 증거가 없었기 때문이죠. 35년이 지나는 동안 아무 진전이 없었습니다.

그런다가 1964년 우연한 발견이 이뤄집니다. 벨 연구소의 펜지어스와 윌슨은 고감도 안테나로 위성의 신호를 잡는 작업을 하고 있었습니다. 그런데 어떤 방편을 취해도 이 잡음은 없어지지 않았습니다. 모든 방면에서 이 잡음이 퍼져 있었습니다.

그러다가 펜지어스는 한 논문을 우연히 읽게 됩니다. 프린스턴 대 천문학자들의 빅뱅에 대한 논문이었습니다.

그 논문의 내용은 이런 것이었습니다. 빅뱅이 일어났을 때 막대한 에너지가 방출되었을 것이다. 그 어네지는 지금도 남아 있으며 온도가 존재하며 관측도 가능할 것이라는 예측을 내놓은 논문이었습니다.

조지 가모프도 비슷한 추측을 합니다. 빅뱅 초기에는 우주 에너지가 아주 크고 짧은 파장의 빛으로 가득 차 있었을 것이다(인플레이션). 우주가 빅뱅과 함께 팽창하게 되면 그 빛들은 우주 공간 전체로 고르게 퍼졌을 것이다. 그러면서 이는 에너지가 줄어들고 파장이 늘어나서 전파로 바뀌었을 것이라고 추측했습니다.

이걸 확인한 펜지어스와 윌슨은 프린스턴 대학에 전화를 합니다. 프린스턴 대도 이를 관측하기 위해서 전파 망원경을 만들고 있었습니다. 이론은 프린스턴 대에서 먼저 나왔지만 발견은 벨 연구소의 펜지어스와 윌슨이 먼저 했기에 노벨물리학상은 이 둘에게 돌아갑니다.

사실 우리는 이 배경복사를 경험한 적이 있습니다. 아날로그 티비를 켤 때, 나오는 화면과 전파 잡음, 라디오를 켤 때 나오는 전파 잡음이 바로 우주 배경복사입니다.

우주 배경복사는 우주가 한 점에서 빛처럼 폭발하고 퍼지면서 팽창하고 있다는 증거가 되었습니다.

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