경이로운 우주

불과 한 세기 전만 해도 과학자들은 우리 은하가 우주의 전부라고 믿었습니다. 하지만 20세기에 천문학과 물리학 그리고 과학 기술이 눈부신 발전을 거듭하면서 우주의 막대한 규모가 밝혀졌습니다. 또한 몇 가지 발견을 통해 우리가 우주에 대해 갖고 있는 지식이 빙산의 일각에 불과하다는 점이 드러났습니다. 예를 들면 최근 수십 년 동안 천문학자들은 그러한 발견을 통해 자신들이 우주의 90퍼센트 이상이 무엇으로 이루어져 있는지조차 알지 못한다는 것을 깨달았습니다. 또한 과학자들은 자신들이 물리학의 기본을 제대로 이해하고 있는 것인지 의문을 품게 되었습니다. 사실 과학자들은 오래전부터 그러한 의문을 가져 왔습니다.

예를 들어 19세기 말엽, 물리학자들은 빛의 속도에서 특이한 점을 발견했습니다. 관찰자가 어떤 속도로 움직이든 관찰자에 대한 빛의 상대적인 속도가 항상 일정하다는 것을 알게 된 것입니다. 하지만 이것은 상식에 어긋나는 것으로 여겨졌습니다! 그런데 알베르트 아인슈타인이 1905년에 그가 발표한 특수 상대성 이론을 통해 이 문제를 언급하면서 거리(길이)와 시간과 질량이 절대적인 것이 아님을 설명했습니다. 그 후 한 가지 생각이 불현듯 그의 뇌리를 스쳐 갔습니다. 1907년에 아인슈타인은 그 생각을 바탕으로 일반 상대성 이론을 발전시키기 시작했고 1916년에 그 이론을 발표했습니다. 아인슈타인은 그 생각을 가리켜 “내 생애에서 가장 기발한 발상”이라고 했습니다. 그는 이 획기적인 이론을 통해 중력과 공간과 시간 사이에 어떤 관련이 있는지를 설명하여 아이작 뉴턴의 물리학을 한층 더 발전시켰습니다.

우주의 팽창

아인슈타인은 당시에 수집할 수 있었던 증거를 바탕으로 우주는 팽창하거나 수축하는 것이 아니라 정지해 있다고 믿었습니다. 하지만 1929년에 미국의 천문학자인 에드윈 허블은 우주가 팽창하고 있음을 시사하는 증거를 제시했습니다.

또한 허블은 밤하늘에서 희미하게 빛나는 물체의 비밀도 밝혔습니다. 가스로 이루어진 구름처럼 보이기 때문에 성운이라고 불린 그 물체는 오랫동안 베일에 가려져 있었습니다. 그러한 성운들은 모두 우리 은하 안에 있는 것이었습니까, 밖에 있는 것이었습니까? 영국의 천문학자 윌리엄 허셜(1738-1822년) 경은 그보다 100년 앞서 성운들이 우리 은하 밖에 있다고 주장한 바 있었습니다.

허블은 먼저 안드로메다자리에 있는 대성운까지의 거리를 추산해 보고는, 그 대성운이 실제로는 100만 광년 떨어진 곳에 있는 은하라고 결론 내렸습니다. 그의 생각이 맞다면 그 대성운은 지름이 10만 광년에 “지나지 않는” 우리 은하에서 상당히 멀리 떨어져 있는 것이었습니다. 그는 다른 성운들의 거리도 측정했습니다. 그리하여 우주의  광대한 규모가 베일을 벗기 시작했으며 천문학과 우주론에 일대 혁신이 일어났습니다. *

그로부터 얼마 후 허블은 거리가 많이 떨어져 있는 은하들이 지구로부터 점점 더 멀어지고 있는 것을 관측하여 우주가 팽창하고 있다는 사실을 알아냈습니다. 또한 거리가 먼 은하일수록 그만큼 더 빠른 속도로 멀어진다는 사실도 알게 되었습니다. 이것은 시간이 지날수록 우주가 커진다는 것을 의미합니다. 1929년에 허블은 이러한 혁신적인 내용을 발표했으며, 그리하여 우주의 기원을 설명하는 대폭발설의 토대가 마련되었습니다. 이 이론에서는 약 130억 년 전에 큰 폭발이 일어나면서 우주가 탄생하게 되었다고 주장합니다. 하지만 그렇다고 해서 우주의 신비가 모두 풀린 것은 아닙니다.

팽창 속도는 얼마나 되는가?

허블 이후로 천문학자들은 “허블 상수”라고 불리는 우주의 팽창률을 가능한 한 정확히 알아내기 위해 노력하고 있습니다. 이 수치에 그토록 관심을 기울이는 이유가 무엇입니까? 천문학자들이 우주의 팽창 속도를 계산해 내면 이것을 기초로 우주의 나이를 추정할 수 있기 때문입니다. 또한 팽창률에는 미래에 대한 중요한 의미가 담겨 있을지도 모릅니다. 어떻게 그러합니까? 예를 들어, 우주의 팽창 속도가 너무 느리면 결국 중력의 힘에 굴복하여 모든 것이 무너져 버리는 “대붕괴”가 일어날 수 있는 것으로 추정되고 있습니다! 반대로 팽창 속도가 너무 빠르면 우주는 무한히 팽창을 계속하다가 완전히 분해될 수도 있습니다.

더 정확한 측정을 통해 몇 가지 의문이 풀리기는 했지만 그로 인해 다른 의문들이 제기되었습니다. 현재 우리가 물질과 자연의 기본적인 힘에 대해 갖고 있는 이해가 정확한 것인지 의문이 생기게 된 것입니다.

암흑 에너지와 암흑 물질

1998년에 연구가들은 특별한 종류의 초신성 즉 폭발하는 별에서 나오는 빛을 분석하던 중에 우주의  팽창 속도가 점점 빨라지고 있다는 증거를 발견했습니다! * 과학자들은 처음에는 의아해했지만 얼마 안 있어 그 사실을 지지하는 많은 증거들이 수집되었습니다. 당연히 과학자들은 팽창을 가속화하고 있는 에너지가 어떤 것인지 궁금해했습니다. 우선 그 에너지는 중력에 반대로 작용하는 것 같았습니다. 또한 현재의 이론으로는 그 에너지를 설명할 길이 없었습니다. 따라서 이 불가사의한 에너지에는 암흑 에너지라는 이름이 붙여졌습니다. 우주의 거의 75퍼센트가 이 에너지로 구성되어 있는 것으로 추정됩니다!

그런데 최근에 암흑 에너지 말고도 불가사의한 물질이 하나 더 발견되었습니다. 1980년대에 천문학자들이 여러 은하를 조사하던 중 그러한 물질의 존재를 확인했습니다. 이 은하들과 우리 은하는 회전 속도가 매우 빠른데도 산산이 흩어지지 않고 모양을 그대로 유지하고 있습니다. 따라서 어떤 물질에서 발생한 인력이 은하를 흩어지지 않도록 붙잡아 주고 있는 것이 분명합니다. 과연 그 물질은 무엇입니까? 과학자들은 전혀 알 수 없었습니다. 그래서 암흑 물질이라는 이름을 붙였습니다. 이 물질이 측정될 수 있을 만큼 복사 에너지를 흡수하거나 방출하거나 반사하지 않기 때문입니다. * 그러면 우주에 있는 암흑 물질의 양은 얼마나 됩니까? 계산에 따르면 우주의 질량 가운데 22퍼센트 이상은 암흑 물질일 수 있습니다.

현재의 추산에 따르면 우주의 질량 중 일반 물질의 비율은 4퍼센트 정도입니다. 나머지는 알려진 바가 거의 없는 암흑 물질과 암흑 에너지로 이루어져 있는 것 같습니다. 따라서 우주의 약 96퍼센트는 완전히 신비에 싸여 있는 것입니다! *

끝없는 탐구

과학은 답을 찾으려고 애쓰지만 어떤 문제에 대한 답을 찾으면 또 다른 문제가 생기는 경우가 너무나 많습니다. 이 사실은 성서 전도서 3:11에 기록된 다음과 같은 의미 깊은 말씀을 생각나게 합니다. “[하느님]은 모든 것을 제때에 아름답게 만드셨다. 그들의 마음속에 한정 없는 시간을 넣어 두시어, 인간이 결코 참하느님께서 하시는 일을 처음부터 끝까지 찾아낼 수 없게 하셨다.”

물론 현재 우리는 짧은 수명으로 인해 제한된 지식밖에 가질 수 없습니다. 게다가 그러한 지식 중 상당 부분은 추측에 근거한 것이며 언제든지 바뀔 수 있습니다. 하지만 머지않아 상황이 바뀔 것입니다. 충실한 사람들이 낙원이 된 땅에서 영원히 사는 것이 하느님께서 갖고 계신 목적이기 때문입니다. 그때 사람들은 영원토록 하느님의 창조물에 관해 연구하면서 진정한 지식을 얻게 될 것입니다.—시 37:11, 29; 누가 23:43.

따라서 우리는 우주의 멸망에 대한 추측들 때문에 두려워할 필요가 없습니다. 과학이 밝혀 낸 것은 사실의 극히 일부분에 불과하지만, 창조주께서는 모든 것을 알고 계십니다.—계시 4:11.

[각주]

[17면 네모]

하늘을 바라보고 겸손해지라

고대에 하느님의 종 가운데 한 명은 오염되지 않은 맑은 밤하늘을 바라보면서 외경심에 사로잡혀 다음과 같은 시를 썼습니다. 시편 8:3, 4은 이러합니다. “내가 당신의 하늘을, 당신이 손가락으로 이루신 일들을, 당신이 준비하신 달과 별들을 보오니, 멸성인 사람이 무엇이기에 당신이 그를 염두에 두시며, 땅의 사람의 아들이 무엇이기에 그를 돌보십니까?” 당시 시편 필자는 망원경이나 특수 카메라를 가지고 있지 않았습니다. 그러므로 오늘날 우리는 그보다 훨씬 더 깊은 외경심을 가져야 할 것입니다!

[18면 도해]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

74% 암흑 에너지

22% 암흑 물질

4% 일반 물질

[16면 사진 자료 제공]

배경: Based on NASA photo

[18면 사진 자료 제공]

배경: Based on NASA photo