Part 2. 은하와 생명의 진정한 기원 드러나

정말 빅뱅 후 급팽창이 일어났나

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태초에 빅뱅이 있었다. 미국 인기 드라마 ‘빅뱅이론’의 주제가처럼 전 우주가 빅뱅에서 시작됐다. 빅뱅의 순간인 ‘0초’에 우주는 너무나도 작았다. 빅뱅 후 굉장히 짧은 찰나에 우주가 엄청나게 커졌다. 숫자로 이야기하면 ‘1억분의 1억분의 1억분의 1억분의 1초’보다 짧은 시간(10-37초부터 10-32초 사이)에 우주는 ‘1억배의 1억배의 1만배’ 혹은 ‘1억배의 1억배의 1억배의 100만배’로 커졌다. 이를 급팽창(인플레이션)이라고 한다.

급팽창 후 상당히 긴 시간이 지난 38만 년 후에야 직진하는 빛이 태어났다(그전에는 빛을 이루는 광자가 붙잡혀 있었다). 놀랍게도 이때 태어난 빛이 아직도 우주를 떠다니고 있다. 이를 우주배경복사 혹은 우주마이크로 배경복사라고 부른다. 우리는 전파망원경 등 각종 장비로 우주배경복사를 찍어서 우주의 역사에 대한 정보를 얻을 수 있다. 빛이 ‘출산’된 이후에는 우주가 커가는 걸 찍은 사진이 많은 셈이다.

우주배경복사의 신기한 점은 어느 방향에서 관측해도 정보가 똑같다는 것이다. 박석재 한국천문연구원 연구위원은 이를 “조선시대 두 전령이 평양과 전주에서 당시 가장 빠른 운송수단인 말을 타고 한양으로 달려와 임금에게 올린 정보가 완벽하게 같은 것처럼 신기한 일”이라고 비유했다. 세상에서 가장 빠른 속도인 빛을 타고 우주 사방에서 날아온 정보들이 다 똑같다고 하니 수수께끼 같은 노릇이었다.

이에 대한 해답으로 1980년 미국 MIT 물리학과 앨런 구스 교수가 내놓은 것이 바로 급팽창이론이다. 빅뱅 후에 굉장히 짧은 시간 동안 우주가 엄청나게 커졌다면 최초의 우주에 대해서 다 똑같은 정보를 가지고 있는 것이 설명된다. “강릉에 같이 있던 두 전령이 정보를 공유하고 ‘별에서 온 그대’의 도민준처럼 각각 평양과 전주로 공간이동을 한 후에(즉 급팽창을 한 후) 한양으로 각각 출발했다”고 박석재 연구위원은 설명했다.

급팽창이론의 또 다른 장점은 거대한 우주의 씨앗이 되는 초기조건을 준다는 데 있다. 빅뱅부터 급팽창 직전까지는 우주공간이 균일했다. 만약 이대로 시간이 흘렀다면 은하도, 별도, 생명도 탄생할 수 없었을 것이다. 그런데 급팽창이 일어나면 이 짧은 기간 동안에 양자요동이 순간적으로 얼어버리면서 주변보다 100만분의 1 정도 밀도가 높거나 낮은 지역이 생긴다. 이런 곳이 후에 은하로 발전할 수 있다. 이런 면에서 과학자들은 은하와 생명의 기원은 빅뱅보다 급팽창이라고 하곤 한다.

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하지만 이 모든 것은 138억 년 전에 있었던 사건이다. 이것을 관측으로 증명하는 게 너무나 어려웠다. 여러 관측을 통해서 간접 증거들은 나왔지만, 직접적인 증거가 하나도 없었다. 더구나 마지막 질문이 남아 있다. 혹시 급팽창이 일어나지 않았던 것은 아닐까. 그렇다면 지금까지 우리가 알고 있던 우주의 역사는 모두 틀린 것이 되고 만다.

 



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Intro. 우주 급팽창이론 첫 증거 찾았다
Part 1. 왜 이렇게 떠들썩하나
Part 2. 은하와 생명의 진정한 기원 드러나
Part 3. 잡음없이 깨끗한 중력파를 발견하라!
Part 4. “정확도 99.999999636%”

글 : 김선희 기자
과학동아 2014년 04호


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