우주의 탄생, 우주 빅뱅

영국의 천재 물리학자 스티븐 호킹, 그는 불편한 몸에도 불구하고 그의 머릿속에는 우주 훤히 그려져 있었습니다. 호킹이 발견한 우주 빅뱅에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

 

우주의 시작은 어떤 모습일까요?

우리 우주의 처음 모습은 어땠을까요? 현재 은하와 안드로메다 은하가 점점 멀어지고 있으니까, 시간을 거꾸로 돌리면 은하들 사이의 거리가 점점 가까워질 것입니다. 그렇다면 우주가 처음 탄생했을 때는 모든 은하들이 붙어 하나의 점을 이루고 있을 겁니다.

 

초기 우주는 크기가 아주 작은 곳에 많은 물질이 모여 있다 보니, 아주 뜨겁고 압력이 높은 상태였습니다. 이것이 대폭발을 일으켜 지금처럼 커다란 우주가 된 것입니다. 이렇게 우주가 한 점에서 폭발해 현재 우주의 크기로 커졌다는 이론이 바로 '빅뱅 이론'입니다.

우주 초기의 뜨거운 온도는 핵융합을 하기에 좋은 조건입니다. 그러니 이 시기에 많은 원자핵이 만들어졌습니다. 그리고 우주가 팽창하면서 온도가 내려가 전자들이 핵 주위를 돌게 된 것입니다. 그래서 많은 원자들이 생겨난 것입니다.

 

이제 초기 빅뱅 때의 빛을 보자면 150억 년 전의 빛을 지하 암실의 난로로 비유로 해보겠습니다. 

지하 암실은 어두웠지만 중앙에 놓인 난로에서 푸르스름한 빛이 나오고 주위는 뜨거워졌습니다. 난로의 온도는 아주 높습니다. 온도가 높다는 건 에너지가 크다는 것이고 난로에서 방출되는 빛도 큰 에너지를 가지고 있습니다. 그래서 파장이 짧은 파란빛이 나오는 것이고, 민일 난로가 훨씬 더 뜨거웠다면 난로에서 나오는 빛은 우리 눈에 보이지 않는 자외선이나 X선이나 감마선이 될 것입니다.

난로의 송풍구를 닫는다면 어떻게 될까요? 바람이 덜 들어가게 되고 난에서 나오는 빛이 노르스름, 불그스름 해지다가 이내 암실은 어두워집니다. 하지만 난로의 온기는 남아있습니다. 난로의 온도가 점점 내려가면서 에너지가 줄어듭니다. 그러니 에너지가 작은-파장이 긴-빛들이 나오기 시작하는 것입니다. 에너지가 더움 낮아지면 눈에 보이지 않는 적외선이 나오게 됩니다. 그래서 난로가 꺼져 불빛을 볼 수 없어도 난로에서 오는 열기를 느낄 수는 있습니다. 

 

이렇게 모든 물체는 온도에 따라 빛을 방출하고, 이를 '복사'라고 합니다. 그러니까 뜨거운 물체는 파장이 짧은 빛을, 차가운. 물체는 파장이 긴 빛을 방출합니다. 태양에서 오는 빛이 지구를 따뜻하게 하는 것도 바로 채양의 복사 때문입니다. 태양에서 뜨거운 물체뿐 아니라 얼음과 같이 차가운 물체에서도 빛이 나옵니다. 하지만 이때 나오는 빛은 우리 눈에 보이지 않는, 파장이 아주 긴 빛입니다. 이렇게 눈으로 볼 수 없는 빛도 다른 장치를 이용하면 관찰할 수 있습니다.

 

과학자들은 물체의 온도와 물체가 방출하는 빛의 파장 사이의 관계를 알아냈는데, 그러니까 빛의 파장을 관측하면 그 빛을 방출한 곳의 온도를 알 수 있습니다. 우주는 빅뱅 이론에 의해 아주 뜨거운 한 점 우주에서 팽창해서 지금의 우주의 크기가 되었습니다. 그러면서 우주는 차가워졌고, 현재 우주의 온도는 영하 270도입니다.

 

우주가 폭발한 중심에서 방출한 빛은 초기 우주가 엄청 뜨거웠으므로 파장이 아주 짧았습니다. 하지만 이 빛이 우주의 나이인 150억 년 동안 우주를 여행해 지구에 오면서, 현재의 우주가 차갑기 때문에 점점 빛의 파장이 길어졌을 것입니다. 그로 인해 최종적으로는 영하 270도에 해당되는 빛이 지구로 들어오게 될 것입니다. 

 

여러분이 보고 있는 이 빛들은 안테나가 수신한 전파입니다. 물론 눈으로 보이지 않는 빛까지 포함하고 있습니다. 이 중에는 영하 270도에 해당되는 빛이 있습니다. 물론 파장이 너무 길어서 눈에 보이지 않지만, 그 빛은 바로 우주의 중심에서 빅뱅 초기 때 나온 빛이 150억 년 동안 우주를 여행해 지구로 온 빛입니다.

 

미국의 펜지어스와 윌슨은 뉴저지 주에 있는 벨연구소에서 인공위성으로부터 텔레비전 음향을 방해하는 방해 전파를 연구하다가 영하 270도에 해당되는 전파를 수신하였으며, 이것이 우주 초기의 빛이라는 사실을 알아냈다. 

 

 

우주는 하나일까요?

우주에는 별처럼 무거운 물질들이 많이 있습니다. 무거운 물질들은 모두 중력을 가지고 있습니다. 우주에는 중력이 큰 블랙홀도 있고 중력이 작은 가벼운 별들도 있습니다. 블랙홀처럼 중력이 아주 큰 곳에서는 우주가 너무 많이 휘어져 우주에 구멍에 생기게 됩니다. 그 구멍을 지나면 깊고 좁은 통로가 나타나는데 그것은 우리 우주의 밖으로 나가는 통로인 '웜홀'입니다. 그러니까 웜홀은 우리 우주가 아닌, 다른 곳으로 난 구멍입니다. 다시 말해 블랙홀은 웜홀이라는 통로의 입구입니다. 블랙홀은 주변의 물질들을 빨아들입니다. 그리고 블랙홀에 한번 빨려 들어간 물질은 모두 웜홀로 들어가게 됩니다. 그러면 웜홀을 통과하면 그 끝에는 무엇이 있을까요? 그것은 물질을 방출하기만 하는 '화이트홀'이 있습니다.

 

웜홀은 우리 우주와 다른 우주를 연결하는 역할을 합니다. 반대로 다른 우주의 물질이 웜홀을 통해 우리 우주로 들어올 수도 있습니다. 우주는 우리가 관찰하고 상상하는 것보다 아주 넓습니다. 우리 우주뿐만 아니라 다른 우주도 얼마든지 존재한다는 것을 알 수 있습니다. 웜홀을 통해 다른 우주로의 여행이 가능할 수 있습니다.